CC BY
21Сетевое издание Совета ректоров вузов Большого Алтая
СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ
Для цитирования: Земляков С. А. Применение вакуумной цементации прецизионных изделий сложной формы. // Grand Altai Rearch & Education / Nauka i obrazovanie Bol'sogo Altaa: сетевое издание». 2016. выпуск 1 (8). [Электронный ресурс] URL:
http://rectors.altstu.ru/ru/periodical/archiv/2018/1/articles/1_1.pdf (Дата доступа: 08.06.2018 г.)
DOI 10.25712/ASTU.2410-485X.2018.01.01 УДК 621.785.5
ПРИМЕНЕНИЕ ВАКУУМНОЙ ЦЕМЕНТАЦИИ ПРЕЦИЗИОННЫХ
ИЗДЕЛИЙ СЛОЖНОЙ ФОРМЫ
С. А. Земляков ООО «Роскомплект» (г. Барнаул, Россия) e-mail: kobalt_20@mail. ru
Всё более широкое распространение приобретает технология цементации стальных изделий при низких давлениях насыщающей атмосферы (вакуумная цементация). Данную технологию выделяют следующие преимущества:
- управляемость насыщения (содержание углерода в цементированном слое);
- отсутствие окисления поверхности и дефектов в предповерхностном слое;
- высокая скорость насыщения;
- возможность вести цементацию при более высоких температурах без ухудшения свойств цементированного слоя;
- отсутствие вредных выбросов;
- повторяемость процесса и высокий уровень автоматизации;
- низкие технологические затраты (электроэнергия, расходные материалы).
К недостаткам можно отнести следующее:
- высокая стоимость оборудования;
- необходимость иметь персонал высокой квалификации.
На сегодняшний день практически все мировые лидеры в производстве вакуумных печей (Ipsen, Seco-Warvik, BMI, и др.) имеют в своей линейке оборудования цементирующие вакуумные печи. По факту это оборудование представляет собой стандартную закалочную вакуумную печь с дополнительно установленной опцией «вакуумная цементация» или «вакуумная нитроцементация». Опция представляет собой систему подачи цементирующего газа состоящей из заведённых в пространство печи трубок, электрических клапанов и компьютерную систему управления подачи газа. Каждый производитель вакуумного оборудования имеет собственный запатентованный алгоритм работы. Как правило, этот алгоритм представляет собой чередующиеся периоды подачи цементирующего газа и периода диффузии.
Grand Altai Council of HEI Chancellors Network Edition
На производственной площадке Алтайского завода прецизионных изделий (АЗПИ, г. Барнаул) была модернизирована вакуумная однокамерная закалочная печь Ipsen VFC224. В качестве модернизации был разработан модуль подачи газа (Рис. 1). Также в рабочее пространство были введены газоподающие трубки с боковых сторон печи.
<?*> «« «« фф
Рисунок 1. Общий вид модуля для вакуумной цементации
В качестве цементирующего газа использовался ацетилен марки «Б» по ГОСТ 5457-75. В качестве опытных изделий использовался корпус распылителя размерностей «Б» и «Р». Марка стали 18Х2Н4МА ГОСТ 4543-71.
Технологический процесс вакуумной цементации состоит из следующих этапов:
- загрузка тары с деталями в печь; вакуумирование печи;
нагрев печи до рабочей температуры и выдержка для выравнивания температуры по всему объёму садки;
подача ацетилена;
- диффузия;
охлаждение в вакууме (или в потоке нейтрального газа); извлечение деталей из печи;
- контроль твёрдости, глубины и микроструктуры цементированного слоя;
- окончательная термическая обработка : обработка холодом Тох : -60°С, отпуск То = 170°С.
Детали цементировались по следующему технологическому режиму: температура цементации 900°С, время подачи ацетилена 110мин., общее время цементации 170мин.
Рисунок 2. Общий вид разрезанного вдоль корпуса распылителя, шлиф протравлен спиртовым раствором азотной кислоты
Сетевое издание Совета ректоров вузов Большого Алтая
При оптимальных соотношениях подачи газа и диффузии получаются следующие результаты:
1. Поверхность зацементированных деталей не имеет окалины и окисления (рисунок 2)
2. Твёрдость на внутренних и внешних поверхностях корпуса распылителя составляет 81-82ИЯЛ (61-62,5ИЯС) (соответствует требованиям технологии: 80-83ИЯЛ).
3. Глубина цементированного слоя составляет : 0,62мм на внутренней поверхности, 0,70 мм на внешней поверхности. (соответствует требованиям технологии : 0,5-0,7мм).
4. Микроструктура цементированного слоя внутренней и наружной поверхности образца состоит из мелкоигольчатого мартенсита и глобулярных карбидов. (рисунок 3,4) .
5. Дефектов, таких как поверхностной обезуглероженности, карбидной сетки, внутреннего окисления не выявлено.
Следует отметить, что исходя из исследований микроструктуры, внутренняя поверхность корпуса распылителя насыщена углеродом несколько ниже, чем наружная. По-видимому, это связано с несколько меньшим проникновением и более низкой циркуляцией цементирующего газа в глухих глубоких
отверстиях. Подобный эффект имеет место и при классической газовой
цементации.
Рисунок 3. Микроструктура цементированного слоя
внутренней поверхности
корпуса распылителя, х500
Grand Altai Council of HEI Chancellors Network Edition
Рисунок 4. Микроструктура цементированного слоя внешней поверхности
корпуса распылителя х500
Выводы
1. Вакуумная цементация имеет неоспоримые преимущества при обработке деталей сложной формы.
2. Полученные результаты позволяют применять технологию вакуумной цементации не только для изготовления ответственных прецизионных деталей дизельной топливной аппаратуры, но и для любых ответственных деталей машин и механизмов.
3. При наличии глубоких глухих отверстий имеется некоторое снижение глубины цементированного слоя и содержания углерода. Твёрдость при этом не меняется. Данную особенность процесса необходимо учитывать при разработке технологического процесса.
4. Применение вакуумной цементации допускает снижение припусков на последующую механическую обработку.
Литература
1. Jeremy St. Pierre Vacuum carburizing of steels./ Jeremy St. Pierre C.I. Hayes, Inc. USA - ASM handbook, volume 04. 30 р.
2. Мохова А.С. Вакуумная комбинированная химико-термическая обработка стали ВКС -10 / Мохова А.С., Смирнов А.Е., Алёхин А.П..-Инженерный вестник 12.12.2015. Изд-во ФГБОУ ВПО «МГТУ им. Н.Э.Баумана» 2015. 1 с.
3. Шипко А.А. Высокотемпературная вакуумная цементация - резерв по снижению энергоёмкости производства и улучшение качество зубчатых колёс
«Grand Altai Research & Education», issue 1, 2018
Сетевое издание Совета ректоров вузов Большого Алтая
трансмиссий энергонасыщенных машин / А.А. Шипко С.П., Руденко А.Л., Валько А.Н.. Чичин «Литьё и металлургия». 2(83) 2016. -104 с.
4. Гурьев, А.М. Диффузионные покрытия сталей и сплавов / А. М. Гурьев, С. Г. Иванов, И. .А. Гармаева.- Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2013.-221 с.
5. Гурьев, М.А. Перспективные методы получения упрочняющих покрытий / М. А. Гурьев, Е. А. Кошелева, А. М. Гурьев, Б. Д. Лыгденов, О. Гала.-Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2016. -186 с.
9
