В термическом цехе обрабатывают зубчатые колеса диаметром 30 мм из стали 20Х. Цех отказался от выполнения цементации в твердом карбюризаторе и наметил более прогрессивный процесс газовой нитроцементации. (Решение → 17403)

Заказ №38657

В термическом цехе обрабатывают зубчатые колеса диаметром 30 мм из стали 20Х. Цех отказался от выполнения цементации в твердом карбюризаторе и наметил более прогрессивный процесс газовой нитроцементации. Сравните условия и режим всего цикла химико- термической и термической обработки зубчатых колес в случае выполнения цементации в твердом карбюризаторе и газовой нитроцементации. Требуемая толщина поверхностного слоя 0,4-0,6 мм. Укажите микроструктуру и твердость на поверхности и механические свойства в сердцевине после окончательной обработки.

Сталь 20Х по химическому составу является низколегированной, по качеству – качественной (содержание серы и фосфора менее до 0,035 % каждого элемента), по структуре – доэвтектоидной, по назначению – конструкционной (машиностроительной) сталью.

Из данной марки стали изготавливают зубчатые колеса, вал-шестерни, червяки, кулачковые муфты, валики, пальцы, втулки и другие улучшаемые или цементуемые детали, работающие в условиях ударных нагрузок.

Среднее содержание углерода в стали 0,2 %, легирующий элемент – хром в небольшом количестве – 1 %. Хром повышает прочностные свойства, при этом несколько снижая пластичность.

Цементации (науглероживанию) подвергают углеродистые и легированные стали с низким содержанием углерода (0,1 - 0,2, иногда до 0,3%С).

Цель цементации - получение деталей машин с твердой и износоустойчивой поверхностью при сохранении вязкой, хорошо выдерживающей динамические нагрузки, сердцевины.

Цементированные изделия хорошо работают при знакопеременных нагрузках и в условиях трения, такие как, например, шестерни, поршневые пальцы, шейки валов и осей, втулки, распределительные валики, измерительный инструмент и др.

Цементация производится путем нагрева и длительной выдержки деталей в соответствующей науглероживающей среде при температурах аустенитного состояния стали (880 - 950 0С). После цементации производится термическая обработка, состоящая в закалке и низком отпуске.

Концентрация углерода по глубине диффузионного слоя является функцией температуры, продолжительности процесса, активности среды и химического состава стали. Содержание углерода в поверхностном слое может достигать предела максимальной растворимости в Fe, соответствующей температуре цементации.

Практически цементацию ведут при таких условиях, чтобы концентрация углерода соответствовала 0,9 – 1,0 %С при глубине слоя 0,5 – 2,0 мм.

В зависимости от состава и агрегатного состояния цементирующей среды (карбюризатора) различают два вида цементации: в твердом карбюризаторе и газовую.

Цементация в твердом карбюризаторе является давно известным способом. Карбюризатором служит древесный уголь твердых пород (дуб, бук, береза), размельченный до зерен 5,0 – 15,0 мм с добавкой 10 – 40% углекислых солей BaCO3, Na2CO3 и др. Состав карбюризатора определяется ГОСТом 5535.