Про торт Наполеон и цементацию стали

     Источник: http://heattreatment.ru

     В отечественной и зарубежной литературе много понаписано про цементацию, её виды, получаемые структуры и свойства. А уж браку при цементации, посвящены целые главы. И в принципе всего этого материала достаточно для назначения режима химико-термической обработки и анализа причин отклонений фактических свойств от требований конструкторской документации.

     Одним из основных видов брака при цементации, является заниженная толщина слоя. И кажется, что это можно легко исправить повторным науглероживанием поверхности с повторной закалкой. Конечно можно. Но стоит несколько раз подумать о процессах, которые будут происходить при повторной ХТО.

     При правильно проведенном технологическом процессе цементации, формируется слой, с плавным снижением концентрации углерода от поверхности к центру детали. От заэвтектоидной структуры, через границу 0,8%С, к доэвтектоидной и исходной структуре стали.

     При повторном науглероживании поверхности, температура активирует диффузионные процессы углерода слоя, полученного при первой цементации. Слой начнёт растягиваться к сердцевине детали. Это будет сопровождаться снижением концентрации углерода в цементованном слое. Одновременно с этим процессом будет идти адсорбция углерода на поверхности и его диффузия вглубь детали.

     Все как бы хорошо. Сделали повторную цементацию, получили требуемый слой и твердость. И, как правило, эти характеристики цементации будут находиться у верхних значений требований КД. Но если посмотреть на разрез слоя под микроскопом, то можно увидеть микроструктуру похожую на слоёный торт "Наполеон": растянутый первый цементационный слой с резким переходом к слою вторичной цементации. Это и есть результат диффузионных процессов при повторном науглероживании.

     Полученная микроструктура не является закономерностью для всех сталей. Нужно учитывать содержание углерода, легирующих элементов и конкретные технологические условия проведения первой и второй цементации: температуру, время выдержки, характеристики насыщающей среды. Также, такая структура не является браком абсолютно для всех изделий. Например для шестерен автомобильной промышленности (шестерни коробки переключения передач или ведущих мостов), которые работают на трение и немного на изгиб, такая структура не критична. Фактически может снизиться только ресурс работы детали или узла. Что же касается изделий, испытывающих вместе с износом поверхности высокие изгибающие нагрузки, например высоконагруженные изделия из стали 20Х2Н4ВА, то здесь стоит подумать и принять решение, что дешевле: изготовление новой детали или выход из строя какого-нибудь привода энергетической станции.

     Еще одно уточнение. Нужно понимать, что все указанные процессы при вторичном науглероживании, происходят в небольших объемах металла (0,3...2,5 мм слоя) относительно размеров изделий. Т.е. резкие переходы концентрации углерода, а соответственно и твердости будут находиться очень близко к поверхности.

     Это была ознакомительная литературная зарисовка из собственной производственной практики. На металлообрабатывающих предприятиях, решение о технологии исправления того или иного брака химико-термической обработки должны принимать главные специалисты по направлениям.