Термическая обработка цементированной стали

Цель термической обработки – получить высокую твердость поверхностного слоя и вязкость сердцевины. После цементации в детали возникает структура перегрева (крупное аустенитное зерно), получающаяся из-за многочасовой выдержки при температуре цементации. Содержание углерода в сердцевине и на поверхности изделия разное, поэтому оптимальные температуры нагрева под закалку и для исправления структуры будут различные, в связи с этим для ответственных деталей после твердой цементации проводят двойную закалку.

При первой закалке нагревают до 850-900⁰С (выше верхних критических точек для сердцевины и поверхностного слоя), чтобы произошла полная перекристаллизации аустенита с измельчением зерна и растворением цементитной сетки. Охлаждение проводят в масле или на воздухе (нормализацию). Ускоренное охлаждение необходимо, чтобы в поверхностном слое цементит выделился не в виде сетки по границам зерен, а мелкими включениями. Таким образом, первая закалка назначается для измельчения зерна в сердцевине и устранения цементитной сетки на поверхности, но поверхностный слой при этом оказывается перегретым (крупнозернистым). Поэтому применяют вторую закалку (неполную) с температуры 760-780⁰С, оптимальную для заэвтектоидной стали поверхностного слоя. После второй закалки цементованный слой состоит из мелкоигольчатого высокоуглеродистого мартенсита и глобулярных включений вторичного карбида.

Если сталь нелегированная, то из-за низкой прокаливаемости малоуглеродистой стали сердцевина остается сырая со структурой феррита и небольшого количества перлита.

В легированных сталях сердцевина прокаливается насквозь, поэтому в сердцевине получается низкоуглеродистый, вязкий мартенсит. Для легированных сталей чаще всего проводят одинарную закалку с температуры 850-870⁰С. Природномелкозернистые стали можно закаливать сразу с температуры цементации, предварительно подстуживая изделия до температуры 840-860⁰С.

После закалки цементованные изделия всегда подвергают низкому отпуску (160-180⁰С) для снятия закалочных напряжений.

После газовой цементации, когда время пребывания при высокой температуре сокращается в 1,5-2 раза, обычно проводят упрощенную термическую обработку: закалку с цементационного нагрева. В последнее время все шире применяется закалка ТВЧ с последующим самоотпуском.

Цементации подвергают качественные стали 08, 10, 15, 20, 25 и легированные 18ХГТ, 12ХНЗА, 18Х2Н4В и др. В легированных сталях после закалки в цементированном слое может остаться большое количество остаточного аустенита, который снижает твердость и некоторые другие свойства. Для устранения Аост. Иногда применяется обработка холодом или другая, более сложная, термообработка. Наличие остаточного аустенита приводит к нестабильности размеров, что недопустимо для точных деталей и измерительного инструмента. Цементованные детали после закалки имеют в поверхностном слое значительные остаточные напряжения сжатия, что приводит к повышению предела выносливости стали.

Недостатком цементации является повышение себестоимости деталей в 2,5-3 раза по сравнению с деталями, упрочненными закалкой ТВЧ, поэтому, где это возможно, цементацию устраняют, применяя другие стали с закалкой ТВЧ.

Азотирование

Азотированием стали называется процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стальных изделий азотом при нагревании их в среде, содержащей аммиак. Азотирование производят для повышения поверхностной твердости и износостойкости изделий или защиты их поверхностей от коррозии. Поэтому различают прочностное и декоративное (антикоррозионное) азотирование. При азотировании стали образуются следующие фазы: - фаза – твердый раствор азота в - железе; ^' – нитрид железа Fe₄N; - нитрид Fe₃N. После медленного охлаждения с температуры азотирования в диффузионном слое фазы располагаются в следующей последовательности от поверхности к сердцевине: ( + ^')→( ^')→( + ^') – сердцевина (сорбит или Ф+П). Аммиак при нагреве диссоциирует

2NH₃→6H+2N