ТОВ МІУС - Технологічні параметри газової цементації
Головний фактор температурного режиму цементації – робоча температура процесу. На заводах цю температуру встановлюють в інтервалі від 900 до 1000°С. При цементації за допомогою нагріву в. ч. ця температура сягає 1100°С. Умовно прийнято вважати цементацію в інтервалі температур 900 - 950 ° С звичайною, а в інтервалі 970 - 1100 ° С - високотемпературної.
З підвищенням температури швидкість цементації різко зростає. Тому вчені та виробничники вишукують можливості підвищення температури процесу. При цьому виникають такі труднощі: погіршення механічних властивостей металу внаслідок зростання зерна за високої температури і зниження стійкості обладнання та пристроїв. Крім цього, можливі інші труднощі, наприклад збільшення деформації деталей під дією високої температури.
Підвищення температури цементації викликає збільшення межі розчинності вуглецю в аустеніті. Як показує досвід, це не призводить до пересичення цементованого шару вуглецем, оскільки з підвищенням температури швидкість дифузії зростає швидше ніж швидкість поверхневої адсорбції вуглецю.
В результаті, в цементованому шарі після високотемпературної цементації буде сприятливіший розподіл вуглецю: помірна концентрація його біля поверхні і більш плавний перехід від поверхні до серцевини.
Насамперед вважалося недоцільним підвищення температури цементації через зростання зерна сталі та зниження у зв'язку з цим механічних властивостей. При сучасномуНа технічному рівні виробництва сталей це уявлення застаріло. Нашою промисловістю освоєно випуск нових марок легованих сталей, що мають стійкість проти зростання зерна аустеніту.
В основному це сталі, в яких є елементи, що дають карбіди важкорозчинні (титан, ванадій, цирконій, вольфрам, молібден). Особливо сильний вплив має алюміній, який зараз широко застосовують для регулювання величини зерна аустеніту в сталі.
Затримуючий вплив легуючих елементів на зростання зерна проявляється лише до певної температури (табл. 1).
У вуглецевих сталях зростання зерна аустеніту починається безпосередньо після його утворення. Тому укрупнення зерна спостерігається не тільки після високотемпературної, а й після звичайної цементації. Однак не можна беззастережно рекомендувати високотемпературну цементацію для вуглецевих сталей, так як наслідки перегріву можуть у них проявитися в складніших умовах навантаження при експлуатації (особливо при низькій температурі) або навіть при більш жорстких методах випробувань, наприклад при випробуванні на розрив зразків надрізаних або визначенні ударної в'язкості за низьких температур.
З легованих сталей найменш схильними до зростання зерна і тому найбільш придатними для високотемпературної цементації є марки 18ХГТ, 30ХГТ, 15ХГНТА, 12ХН3А та ін.
Температури, за яких відбувається зростання зерна цементованих сталей
При високотемпературній цементації спадково дрібнозернистих сталей дещо збільшуються розміри зерна. Однак у результаті наступної правильно проведеної термічної обробки у цих сталях не спостерігається погіршення механічнихвластивостей порівняно з цементацією за нормальної температури. Наприклад, при високотемпературній цементації сталі типу 18ХГТ перед гартуванням роблять рівномірне по всьому об'єму деталі підстуджування до температури 820 - 850°С. Деталі зі сталі 12ХН3А після високотемпературної цементації потрібно піддавати загартування з повторного нагрівання; в іншому випадку не буде забезпечена необхідна дрібнозернистість.
Високотемпературна цементація може викликати підвищене короблення деталей, оскільки:
- з підвищенням температури зменшується опір металу деформації і жолоблення може відбуватися під дією власної ваги або ваги інших деталей, при цьому велике значення має система укладання або підвіски деталей печі;
- при нагріванні та охолодженні з більш високих температур у деталях виникають великі внутрішні напруги, що викликає великі деформації;
Повторні нагрівання також збільшують жолоблення. З цієї точки зору загартування деталей краще проводити з цементаційного нагріву з попереднім підстуджуванням. Зниження інтенсивності охолодження в загартованій рідині також сприяє зменшенню короблення. У цьому відношенні може бути корисна загартування в гарячу олію.
При цементації великих деталей підвищене жолоблення викликається нерівномірністю розподілу температури печі при нагріванні садки. Наприклад, у шахтних печах відмінність температури в центрі та біля стін досягає 50 - 100°С. При високотемпературній цементації нерівномірність нагрівання ще більша. Для зменшення короблення деталей рекомендується робити ступінчасте нагрівання: завантаження деталей при температурі 750 - 850°С, витримка для рівномірного прогріву всієї садки, підвищення температури до робочого інтервалу.
На жаль, позитивний досвід високотемпературноїцементації не набув ще достатнього поширення.
Тривалість цементації. Загальна тривалість цементації складається із суми часу, необхідного для прогрівання деталей до робочої температури процесу, часу витримки при цій температурі для отримання цементованого шару заданої глибини та часу підстуджування, якщо воно виробляється в печі або колодязях.
Тривалість періоду прогріву в шахтних печах залежить від ваги садка, температури печі в момент завантаження, теплової потужності печі та робочої температури процесу. Якщо робоча температура знаходиться в межах 930 - 960 ° С і завантаження деталей проводиться безпосередньо після вивантаження попередньої садки, то тривалість періоду нагрівання орієнтовно може бути визначена в залежності від типорозміру печі: Ц60 - до 1 год; Ц90 - 1,5 - 2,0 год; Ц75 - 1,0 - 1,5 год; Ц105 - 2 - 4 год.
Тривалість періоду витримки для одержання цементованого шару заданої глибини залежить головним чином від температури та необхідної глибини шару, при цьому мають значення також активність карбюризатора та хімічний склад цементованої сталі.
Швидкість цементації не залишається постійною навіть за однієї і тієї ж температури. Як відомо, зі збільшенням глибини шару вона зменшується. Якщо прийняти у певних інтервалах глибини шару цю швидкість постійної, що цілком допустимо, то даної температури процесу тривалість його можна приблизно визначити, розділивши задану величину шару на середню швидкість цементації. У табл. 2 наведені середні значення швидкості газової цементації в залежності від температури різних інтервалів глибини шару.
Середні значення швидкості газової цементації за різних температур процесу
Як видно зтаблиці при цементації на глибину 0,5 - 2,5 мм підвищення температури процесу з 900 до 1000°С в середньому збільшує швидкість цементації в 2,5 - 3,5 рази. Однак з урахуванням часу, необхідного для прогрівання деталей, загальна тривалість цементації скорочується лише у 1,5 – 2 рази. Пояснюється це тим, що з підвищенням температури процесу швидкість нагріву збільшується не так різко, як швидкість дифузії, а тривалість нагріву становить 30 – 40% від загального часу цементації.
Якщо після високотемпературної цементації необхідно вести підстуджування деталей разом із піччю, то ефект збільшення продуктивності буде ще меншим. Але навіть у гіршому випадку підвищення температури цементації з 900 – 920 до 980 – 1000°С дає збільшення продуктивності на 30 – 50%.
При цементації в печах безперервної дії доцільно при розрахунках тривалості процесу виходити із середньої швидкості цементації за період циклу, включаючи час нагрівання деталей до робочої температури. В цьому випадку середню швидкість цементації при температурі 930 - 950 ° С можна прийняти в межах 0,10 - 0,12 мм/год.
При цементації на малу глибину в методичних печах швидкість цементації може виявитися зниженою, тому що в цьому випадку потрібно частіше штовхати піддони; щоразу при відкриванні затворів в піч підсмоктуватиметься повітря, і неминуче частина часу витрачається на відновлення цементуючої активності середовища печі.
Наведені цифрові дані про швидкість цементації є усередненими і можуть лише як орієнтовні розробки технологічного процесу газової цементації.
Режим охолодження. Режим охолодження деталей після цементації багато в чому визначає властивості цементованого шару. Швидкість охолодження має бутиобрана так, щоб забезпечити мінімальне жолоблення деталей, відсутність тріщин, карбідної сітки і, у разі необхідності - можливість механічної обробки. Практично після газової цементації охолодження деталей може здійснюватися в колодязях, на повітрі та в загартованих середовищах (при безпосередньому загартуванні).
Охолодження в колодязі дозволяє зменшити деформацію деталей та знизити окалиноутворення у разі створення в ньому нейтрального середовища. Однак таке уповільнене охолодження непридатне у тих випадках, коли в цементованому шарі виникає карбідна сітка. Як показують дослідження та заводський досвід, охолодження на повітрі є дієвим засобом попередження виникнення карбідної сітки.
При охолодженні деталей після цементації на них може утворитись значний шар окалини. Інтенсивність окалиноутворення залежить від способу охолодження деталей, а у разі застосування шахтних печей та від виду використовуваних пристроїв. Особливо сильне окалиноутворення відбувається у період, коли деталі лежать у відкритій печі за високої температури. Якщо цементація проводиться в кошиках, то при їх послідовному вивантаженні найбільша кількість окалини виникне на деталях у нижньому кошику, оскільки вона довше інших знаходиться у відкритій печі.
Сутність всіх рекомендацій щодо запобігання тріщинам, пов'язаним зі структурними перетвореннями в цементованому шарі, полягає в тому, щоб уникнути появи в ньому смугастої структури, що складається з зон з різними питомими обсягами.
Для кожної марки сталі існує своя "небезпечна" швидкість охолодження, що сприяє утворенню найбільш неоднорідної структури, яка може бути причиною виникнення тріщин. Для запобігання тріщинам охолодження потрібно прискорити або сповільнити в залежності відмарки сталі, типу деталей та інших умов.
Цементація з безпосереднім гартуванням має ряд переваг: зменшується, а в ряді випадків повністю усувається утворення окалини та знеуглерожування, підвищується продуктивність та знижуються витрати на обробку, з'являється можливість поєднання всього циклу обробки в одному агрегаті з повною механізацією та автоматизацією всіх операцій. Недоліками такого процесу є підвищена деформація деталей та збільшення кількості залишкового аустеніту у сталі. Частково ці недоліки усуваються підстуджування деталей перед гартуванням. Залежно від марки сталі температура підстуджування може бути в межах 780-840°С. Хороші результати дає цементація з безпосереднім загартуванням деталей, виготовлених із спадково-дрібнозернистих сталей 18ХГТ, 30ХГТ та ін.
Слід мати на увазі, що підстуджування перед гартуванням на повітрі або в печі без захисного середовища викликає поверхневе обезуглерожування, внаслідок чого знижується міцність деталей на 20 - 30%.
Охолодження деталей після цементації повітря ще більшою мірою викликає обезуглероживание поверхні з усіма негативними наслідками. У зв'язку з цим заслуговує на увагу режим цементації в шахтних печах, при якому подача карбюризатора в кінці процесу за 2 години до вивантаження деталей збільшується. Це певною мірою компенсує знеуглерожування, яке виходить при подальшому охолодженні деталей на повітрі.
Для зменшення короблення деталей при загартуванні з цементаційного нагріву в практиці вітчизняних та зарубіжних заводів стали застосовувати цементацію із безпосереднім загартуванням у гарячій олії. Деталі охолоджуються в маслі до температури 150 - 200 ° С, а подальше охолодження до нормальної температури відбувається на повітрі або в бакуз холодною олією. Такий спосіб обробки дозволяє у ряді випадків відмовитися від загартування під пресом.
Охолодження в гарячій олії сприяє зниженню деформації не тільки при безпосередньому загартуванні, але також і при загартуванні з повторного нагрівання. Наприклад, для сталей 18Х2Н4ВА і 20Х2Н4А можна рекомендувати після цементації ступінчасте загартування з температури 800°С в гарячій олії при температурі 160 - 180°C з подальшим охолодженням на повітрі або в холодному маслі. Нормалізація цих сталей після цементації, навпаки, підвищує небезпеку деформації.
Реорганізація компаніїЗавершено реорганізацію у формі перетворення ЗАТ "МІУС" у ТОВ "МІУС"
Теплоізоляція печейВідео, що наочно демонструє ефективність теплоізоляції печей виробництва ЗАТ "МІУС".
Розширення виробництваВведено в експлуатацію два нові науково-виробничі корпуси.
Будівництво ангаруЗАТ "МІУС" оголошує про запит комерційної пропозиції на будівництво ангару.