Зубчатые колеса грузовых автомобилей изготавливают из стали 25ХГТ. Какой вид упрочняющей химико-термической обработки (цементацию или нитроцементацию) целесообразно применить? (Решение → 17457)

Заказ №38657

Зубчатые колеса грузовых автомобилей изготавливают из стали 25ХГТ. Какой вид упрочняющей химико-термической обработки (цементацию или нитроцементацию) целесообразно применить? Расшифруйте химический состав стали, укажите достоинства и недостатки указанных способов упрочнения. Опишите структуру и свойства упрочненных зубчатых колес.

Сталь 25ХГТ содержит 0,25 % углерода. Легирующие элементы: по 1 % хрома, марганца, до 1 % титана. По назначению – сталь конструкционная.

Цементация - это один из способов химико-термической обработки стали. Назначение цементации и последующей термической обработки - придать поверхностному слою высокую твердость, износостойкость, повысить предел выносливости при сохранении вязкой и пластичной сердцевины.

При цементации происходит, поверхностное насыщение стали углеродом, в результате чего образуется высокоуглеродистый поверхностный слой.

Для цементуемых изделий применяют низкоуглеродистые (0,1 –0,25 % С) стали. После цементации, закалки и низкого отпуска этих сталей цементованный слой должен иметь твердость HRC 58 – 62, а сердцевина HRC 20 – 40.

Нитроцементация – процесс насыщения поверхности металла азотом и углеродом. На практике, чаще всего, нитроцементация проводится в газовой атмосфере при температурах, позволяющих закалить изделия с первого нитроцементационного нагрева. При этом свойства нитроцементованной стали сходны со свойствами цементованной, но с меньшими деформациями.

Высокотемпературная нитроцементация проводится при температуре 830…950oС, для машиностроительных деталей из углеродистых и малолегированных сталей при повышенном содержании аммиака. Завершающей термической обработкой является закалка с низким отпуском. Твердость достигает 56…62 HRC.

Основные различия цементации и нитроцементации:

- различные по составу насыщающие среды (газы);

- более низкая температура нитроцементации по сравнению с температурой цементации будет положительно влиять на закалочные напряжения и коробления деталей (меньше деформация);

- в присутствии азота диффузия углерода в аустените ускоряется. Ускорение настолько значительное, что, несмотря на существенно более низкую температуру, скорость роста нитроцементированного и цементированного слоёв на глубину до 0,5 мм оказывается практически одинаковой;

- из-за относительно невысоких температур процесса, аустенитное зерно при нитроцементации может вырастать гораздо меньше, чем при науглероживании в процессе цементации;

- нитроцементация обеспечивает получение упрочненных слоев с более высоким сопротивлением изнашиванию и коррозии; - за счет легирования твердого раствора азотом (при нитроцементации) снижается критическая скорость закалки, что создает условия для применения ступенчатой закалки. Ступенчатую закалку проводят в горячем масле с температурой 120–180 ºС. Ступенчатая закалка уменьшает деформацию и стабилизирует размеры деталей за счет снижения температурных напряжений.

Недостатки нитроцементации: глубина слоя при нитроцементации практически ограничивается в пределах 0,7 - 0,8 мм вследствие дальнейшего снижения скорости роста диффузионного слоя. Также при нитроцементации несколько повышается хрупкость и снижается усталостная и контактная прочность.

Таким образом, в случае необходимости получения упрочненного поверхностного слоя толщиной 1 мм целесообразно выбрать цементацию.

Проведение цементации обеспечит высокую твердость, прочность и износостойкость поверхности при сохранении достаточно вязкой сердцевины.

Цементация – химико-термическая обработка, заключающаяся в диффузионном насыщении поверхностного слоя стали углеродом при нагревании в соответствующей среде — карбюризаторе.

Нагрев изделий осуществляют в среде, легко отдающей углерод. Подобрав режимы обработки, поверхностный слой насыщают углеродом до требуемой глубины. В качестве карбюризатора используют природный газ, состоящий почти полностью из метана (СН4) и пропанбутановых смесей, подвергнутых специальной обработке, а также жидких углеводородов. Глубина цементации (h) – расстояние от поверхности изделия до середины зоны, где в структуре имеются одинаковые объемы феррита и перлита.

Глубина цементации определяется температурой нагрева и временем выдержки.

Степень цементации – среднее содержание углерода в поверхностном слое (обычно, не более 1,2 %). Более высокое содержание углерода приводит к образованию значительных количеств цементита вторичного, сообщающего слою повышенную хрупкость.

Выберем газовую цементацию, т.к. она обладает рядом преимуществ по сравнению с цементацией в твердом карбюризаторе:

 возможность получения заданной концентрации углерода в слое (можно регулировать содержание углерода, изменяя соотношение составляющих атмосферу газов);

 сокращение длительности процесса за счет упрощения последующей термической обработки;

 возможность полной механизации и автоматизации процесса.