Шестерня была изготовлена из стали марки 20 подвергнута цементации, закалке к отпуску. Расшифруете марку стали и ее химический состав. Обоснуйте по

Шестерня была изготовлена из стали марки 20 подвергнута цементации, закалке к отпуску. Расшифруете марку стали и ее химический состав. Обоснуйте последовательность операций обработки. Выберите необходимые режимы для цементации., закалки и отпуска и обоснуйте их с помощью диаграммы состояния железо — цементит. ...

Шестерня была изготовлена из стали марки 20 подвергнута цементации, закалке к отпуску. Расшифруете марку стали и ее химический состав. Обоснуйте последовательность операций обработки. Выберите необходимые режимы для цементации., закалки и отпуска и обоснуйте их с помощью диаграммы состояния железо — цементит.

Шестерня была изготовлена из стали марки 20 подвергнута цементации, закалке к отпуску. Расшифруете марку стали и ее химический состав. Обоснуйте последовательность операций обработки. Выберите необходимые режимы для цементации., закалки и отпуска и обоснуйте их с помощью диаграммы состояния железо — цементит.

0,035
0,040
0,25
Температура критических точек Стали 20, 0С.
Ас1
Ас3
735
850
Цементация и последующая термическая обработка одновременно повышают предел выносливости. Для цементации обычно используют низкоуглеродистые стали с содержанием углерода 0,1 – 0,3 %. Выбор таких сталей необходим для того, чтобы сердцевина изделия, не насыщающаяся углеродом при цементации, сохраняла высокую вязкость после закалки.
Цементация является промежуточной операцией, цель которой — обогащение поверхностного слоя углеродом. Требуемое упрочнение поверхностного слоя изделия достигается закалкой после цементации. Закалка должна не только упрочнить поверхностный слой, но и исправить структуру перегрева, возникающую из-за многочасовой выдержки стали при температуре цементации.
Известно, что α-железо растворяет ничтожное количество углерода. Поэтому, если проводить цементацию при температурах, лежащих ниже точки Aс1 (727 °С), то на поверхности изделия образуется лишь тонкая пленка цементита, и дальнейшее проникновение (диффузия; атомов углерода в глубь изделия будет затруднено. Чтобы железо поглощало углерод, нужно α-железо перевести в γ-железо, которое способно растворить до 2% углерода. Таким образом, для цементации необходимо нагреть сталь до образования структуры аустенита (рис.1). Практически цементацию производят при температурах 870 - 920°С, т. е. Асз + (20±500°С) .
При повышении температуры цементации скорость процесса возростает. Однако, слишком высокая температура цементации является нежелательной из-за роста зерен аустенита. Кроме того, при повышенной температуре цементации наблюдается более резкий переход от цементированного слоя к сердцевине.
Рисунок 1 – Участок диаграммы состояния Fe — Fe3С, а также изменение содержания углеро­да и структуры по толщине цементованного слоя h (схема) tц — температура цементации; tз1 и tз2- температура нагре­ва при первой и второй закал­ке соответственно
При цементации деталь нагревают без доступа воздуха до 930 - 950°С в науглероживающей среде – карбюризаторе. Альтернативным вариантом является проведение газовой цементации. Газовая цементация имеет ряд преимуществ по сравнению с цементацией в твердом карбюризаторе, поэтому ее широко применяют на заводах, изготовляющих деталь массовыми партиями. При указанной температуре (930 - 950°С) сталь имеет однородную аустенитную структуру. Аустенит растворяет углерод в большом количестве (до 2%).
Время выдержки при температуре цементации зависит от температуры, требуемой толщины упрочненного слоя и способа проведения цементации. Для получения упрочненного (цементованного) слоя толщиной 1 мм выдержка должна составлять 9-11 часов. После проведения цементации проводят металлографический анализ по определению толщины слоя. В результате цементации поверхностный слой деталей науглероживается (содержание углерода составляет 0,8 – 1% С), а в сердцевине остается 0,12 – 0,22% С. Для получения нужной структуры и свойств в поверхностном слое и в сердцевине необходима двойная термическая обработка.
В результате длительной выдержки при высокой температуре цементации происходит перегрев, сопровождающийся ростом зерна аустенита. После цементации проводят замедленное охлаждение. После охлаждения сталь имеет равновесную структуру: перлит + феррит (в сердцевине) и перлит+карбиды (в поверхностном слое)