М у н д а р и ж а I боб. Металларнинг кристалл тузилиши ва кристалланиш поцесси

Газ мухитда цементитлаш. Бу усулдан фойдаланиладиган булса, печнинг герметик беркиладиган камерасига це- ментитланиши керак булган деталлар жойланиб, устидан атом холидаги углерод ажратиб чиқара оладиган газ ўтказилади. Бунда деталнинг талаб этилган қалинлйкдаги сиртқи 'қатламини углеродга туйинтириш тезлиги қаттиқ карбюризатордан фойдаланилгандагига қараганда анча каттадйр. Шу сабабли, газ мухитда
цементитлаш усули куплаб деталлар ишлаб чиқаришда асосий усулдир.
Газ мухитда цементитлашнинг қаттиқ карбюризаторда цементитлашга қараганда
бир қатор афзалликлари бор. Бу афзалликлар цуйидагилардир:
а) деталлар тез қизийди ва, натижада, уларни тутиб туриш вақти анча қисқаради:
б) печь камерасига киритиладиган газ миқдорини ва таркибинй тартибга солиш қулай ва осон булади;
в) катта асбоб-ускуналар, чунончи, кумир майдалагич, қориштиргич, цементитлаш яшиклари булмаганлигйдан-, ишлаб чиқариш майдони қисқаради;
г) процессии тула механизациялаштириш мумкин булади;
д) йшчи кучи анча қисқаради;
е) цементитланган деталларни тўғридан-тўғри печдан олиб тоблаш мумкин булади;
ж) цементитлаш арзон тушади ва хоказо.
Газ мухитда цементитлаш процесси стационар ёки методик (узлуксиз ишлайдиган) конвейер печларда утказилади. Цементит ловчи газлар сифатида углерод (П)-оксид СО, туйинган углеводородлар С_лН_2л+2 ва туйинмаган углеводородлар С_лН_2л ишлатилади. Бу газлар парчаланганда деталнинг сиртқи қатламига диффузиланувчи углерод атоми ажралиб чиқади:

2СО = С0₂+ С;

С_лН_2л+2= (2n + 2)Н + nС;
С_nН_2n = 2nН + nС.

Деталларни цементитлашда энг куп ишлатиладиган газлар туйинган углеводородлар (С_нН_2н+2), яъни метан СН₄, этан С₂Н₆, пропан С_зН₈, бутан С₄Н₁₀ ва бошқалардир.

Агар деталнинг сиртқи қатламига юқорида келтирилган реакциялар натижасида ажралиб чиқадиган углероднинг бир цисми ютилмай қолса, яъни абсорбция процесси диссоциация процессидан секинроц борса, ортиқча углерод, кристалланиб, деталь сиртига зич цурум пардаси тарзида утиради ва цементитланиш процессини цийинлаштириб ц^яди. Шу сабабли, газ мухитда цементитлаш процессини рационаллаш учун муайян таркибли газ ишлатиш ва газнинг сарфини тартибга солиб туриш зарур.
Маълумки, а-темир углеродни у-темирдан кура кам эритади, шунинг учун, цементитлаш вақтида деталь Ас₁ критик нуқтадан юқори температурагача қиздирилиши керак. Деталь Ас₃ нуқтадан паст температурада цементитданса, / углеродга унинг фақат юза қобиғигина тўйинади. Цементитланадиган деталлар, одатда, 930—950°С температурагача қиздирилиб, шу температурада 6—9 соат тутиб турилади, бунда деталнинг 1,2— 1,6 мм қалинликдаги сиртқи қатлами цементитланади. Температура кутарилган сари цементитланиш чуқурлиги ошиб боради. Газ мухитда цементитланиш чуқурлигининг температурага хамда вақтга қараб узгаришини курсатувчи эгри чизиқлар 196- расмда тасвирланган.

196- расм. Цементитланиш чусурлигининг температурага хамда вақтга

қараб ўзгаришини курсатувчи эгри чизиқлар (А. П. Гуляев).
Температура кўтарилган сари цементитланиш чуқурлигининг ортиб бориши юқорида айтиб утилди. Аммо цементитлаш печларининг муфеллари тайёрланадиган иссиқбардош қотишмалар температурани 950—970°С дан оширишга имкон бермайди. Шу сабабли, газ мухитда цементитлаш учун юқори частотали токдан фойдаланилади, юқори частотали ток эса юқори температуралар хосил қилишга имкон беради.
Цементитланадиган деталларни юқори частотали ток билан қиздириш усули энг такомиллашган ва юқори унумли усулдир. Масалан, 18ХГТ ёки ЗОХГТ маркали махсус пўлатдан ясалган шестерняларни юқори частотали ток билан 1050— 1070°С температурагача қиздириб цементитлашда 1 мм цементитланиш чуқурлиги хосил қилиш учун 30—45 минут, кифоя, холбуки газ мухитда одатдаги усул билан 1 мм чуқурликкача цементитлаш учун 8 соат вақт кетади. Бундан ташқари, юқори частотали ток билан қиздиришда қиммат турадиган қиздиргич печларга эхтиёж қолмайди, процесс батамом автоматлаштирилганлиги учун цементитланиш сифати хамма деталларда бир хил булади, деталларнинг таннархи пасаяди ва мехнат шароити яхшиланади.
Юқори частотали ток билан қиздиришда, одатда, 2000 гц частотали ток берадиган 50 кет қувватли генератордан фойдаланилади.
Юқори частотали ток билан қиздириб цементитлашда цементитланиш чуқурлигининг температурата ва қиздириш вақтига қараб ўзгаришини курсатувчи эгри чизиқлар 197- расмда тасвирланган.

197-расм. Юқори частотали ток билан қиздириб цементитлашда цементитланиш чуқурлигининг температурага ва қиздириш вақтига қараб ўзгаришини кўрсатувчи эгри чизиқлар( А.Д. Ассонов ва бошқалар)

Маълум температурада цементитланган деталнин сиртқи қатламидаги углерод миқдори шу температурада углероднинг у-қаттиқ эритмада эрувчанлик чегарасига, яъни Fe — Fe₃C холат диаграммасидаги SE чизиғига боғлиқдир. Деталь қанчалик юқори температурада цементитланса, унинг сиртқи юпқа қатламидаги углерод миқдори шунчалик куп булади, аммо 2,14% дан ошмайди.

Айни температурада цементитланган деталнинг сиртидаги углерод миқдори Fe—Fe₃C холат диаграммасидаги SE чизиғида етган нуқтанинг концентрациялар ўқига туширилган проекциясидан топилади. Углероднинг бу миқдори деталнинг сиртидан ичкарисига томон камайиб боради. Цементитланган деталь секин совитилгандан кейин диффузион қатламининг структураси 198-расмда тасвирланган.

198- расм. Цементитланган деталь диффузион

қатламининг секин совитилгандан кейинги микроскопик
тузилиши.

Деталнинг 0,8—0,9% углеродли сиртқи зонаси перлит билан цементитдан иборат бўлиб, эвтектоиддан кейинги зона деб аталади. Шундан кейин таркибида 0,8% чамаси углерод бўлган зона келади, бу зона перлитдан иборат булиб, эвтектоид зона дейилади. Бу зонадан сунг эвтектоидгача зона келади, феррит билан перлитдан иборат бу зона таркибидаги углерод миқдори 0,7 % дан кам булади. Эвтектоидгача булган зона структураси деталнинг ичкарисига томон узгариб бориб, нихоят, деталь узагининг структураси каби булиб қолади.

Детални цементитлаш вақтида унинг сиртқи қатламидаги углерод миқдори 1,1— 1,2% дан ошмаслиги керак, акс холда иккиламчи цементит миқдори ортиб кетиб, сиртқи қатламни мурт қилиб юборади.
Цементитланган деталнинг, эвтектоиддан кейинги зонасида, баъзан, цементит, купийча феррит билан қуршалган йирик тупламлар хосил қилади (199- расм). Бундай структура анормал структура деб, анормал структура хосил қила оладиган пўлат эса анормал пўлат деб аталади. Эвтектоиддан кейинги зонанинг нормал структураси иккиламчи цементит тури билан қуршалган пластинкасимон перлитдир (200- расм).
Цементитланган анормал пўлат одатдаги усулда тоблангандан кеййн унинг сиртида юмшоқ жойлар хосил булади. Бундай жойларни йуқотиш учун пўлат критик нуқтадан анча юқори температурагача қиздирилиб, тез совитиш йули билан тобланади. Аммо бундай тобланганда пўлат доналари анча йирйклашади. Анормал пўлатнинг бундай хоссалари ва структураси унинг ётарли даражада кислородсизлантирилмаганлигидан келиб чиқади.
Суюқ мухитда цементитлаш. Суюқ мухитда цементитлаш усулйдан юпқа сиртқи қатламини углеродга туйинтириш керак булган майда деталларни цементитлаш учун фойдаланилади. Бу усулда деталлар кремний карбид (SiC) аралаш.суюқлантирилган тузли ваннада цементитланади. Бунинг учун 75—85% натрий карбонат (ЫагСОз), 10— 15% натрий хлорид (NaCl) ва 5— 10% кремний карбид (SiC) дан иборат аралашма ваннада суюқлантирилиб, температураси 820—850°С га етказилади. Тузлар аралашмасида кремний карбид ва сувсизлантирилган сода булганлиги учун ваннада қуйидаги реакция боради:

2Na₂C0₃+ SiC =. Na₂SiO₃+ Na₂O + 2CO + C

Бу реакция натижасида ажралиб чиқан атом олидаги углерод деталнинг сиртқи қатламига диффузиланади.

Шуни хам айтиб утиш керакки, углерод атоми ажралиб чиқиш пайтида химиявий жихатдан жуда актив булиб, ваннадаги барча оксидларни қайтаради ва деталнинг сиртқи қатламини углеродга туйинтиради.
Деталлар ваннада 0,5 дан 2 соатгача тутиб турилса, уларнинг 0,5 мм гача қалинликдаги сиртқи қатлами цементитланади.
Бу усулнинг афзалликлари шундан иборатки, биринчидан, ишлатиладиган тузлар зарарли булмайди ва цементитлаш процесси тез ўтади, иккинчидан, цементитланиб, сунгра бевосита тобланган деталларнинг сирти жуда тоза чиқади, бу эса кесиб ишланмайдиган деталлар учун нихоятда мухимдир.
Цементитланган деталларни термик ишлаш. Цементитлашдан кузда тутиладиган мақсад деталнинг сиртқи қатламини жуда қаттиқ ва ёйилишга чидамли килишдан иборат. Аммо цементитлащнинг узи билангина деталнинг сиртқи қатламини зарур даражада қаттиқ ва ейилишга зарур даражада чидамли қилиб булмайди, деталь цементитланганда углерод деталь кесими буйлаб талаб этилган тарзда тақсимланади, холос. Шунинг учун, цементитланган деталь албатта термик ишланиши, яъни тобланиши ва ички кучланишларга бархам бериш учун паст температурада бушатилищи керак, Деталь термик ишланганда унинг сиртқи қатламида куп углеродли мартенсит хосил булади, ички қатламлари эса юмшоқ ва қовушоқлигича қолади.
Цементитланган деталнинг вазифасига қараб, термик ишлашнинг қуйидаги усулларидан бири қўлланилади:
1) бир марта тоблаб, сунгра паст температурада бушатиш;
2) икки марта тоблаб, сунгра паст температурада бушатиш;
3) цементитлангандан кейиноқ, яъни цементитланиш температурасининг узиданоқ тоблаш, сунгра паст температурада бушатиш.

199- расм. Анормал структура. X 500. 200- расм. Нормал структура. X 500.

Биринчи усул шундан иборатки, цементитланйб, сунгра нормал температурагача совитилган деталлар, пўлат маркасига қараб, 850—900°С температурагача қиздирилади, шу температурада маълум вақт тутиб турилгандан кейин тобланади. Тобланган деталлардаги ички кучланишларга бархам бериш учун улар ласт (*1S0— 170°С) температурада бушатилади. Биринчи усулда термик ишлаш режимининг схемаси 201- расмда тасвирланган.

201- расм. Цементитланган детални биринчи усулда

термик ишлаш режимининг схемаси.

Биринчи усулда тобланиб, сунгра бушатилган деталнинг сиртқи қатлами йирик нинасимон мартенситдан иборат булади.

Цементитланган деталнинг механик хоссалари айниқса юқори булиши талаб этиладиган холларда термик ишлашнинг и к к и н ч и у с у л и д а н фойдаланилади. Бу усул шундан иборатки, цементитланиб, нормал температурагача совитилган деталлар 850—900°С гача қиздирилади, шу температурада маълум вақт тутиб турилгандан кейин мойда совитилади (биринчи тоблаш). Биринчи тоблашдан кўзда тутиладиган мақсад деталнинг сиртқи қатламидаги цементит турини йуқотиш ва ички қатлами доналарини майдалашдан иборат. Цементитланган детални термик ишлаш бу билан тугамайди, чунки деталь сиртқи қатламининг қаттиқлиги зарур даражага етмайди. Деталнинг сиртқи қатламида майда нинасимон мартенсит хосил қилиш ва қолдиқ аустенит миқдорини камайтириш учун деталь иккинчи марта тобланади, яъни 760— 800°С гача қиздирилиб, шу температурада маълум вақт тутиб турилгандан кейин тез совитилади. Иккинчи марта тобланган деталь, худди биринчи усулда қилингани каби, паст температурада бўша-тилади (202- расм).

202- расм. Цементитланган детални иккинчи усулда термик ишлаш

схемаси.
Машиналарнинг ейилишга чидамли булиши талаб этиладиган деталлари цементитлангандан кейин иккинчи усулда термик ишланади.
Цементитланган деталларни термик ишлашнинг учинчи усули. Шундай деталлар борки, уларнинг фақат сиртқи қатламигина қаттиқ булиши талаб этилади ва бошқа механик хоссаларининг ахамияти катта булмайди. Бундай деталлар учинчи усулда термик ишланади: цементитлангандан кейиноқ, яъни цементитланиш температурасининг (925—950°С. нинг) узиданоқ совитилиб (тобланиб), сунгра паст температурада бушатилади. Цементитланиш вақтида йириклашган аустенит доналари деталь совитилганда унинг сиртқи қатламида йирик нинасимон мартенсит, ички қатламларида эса дагал йирик донали феррит хосил қилади. Бу усулнинг афзал томони шундан иборатки, биринчидан, деталь тобланганда кам деформацияланадй ва иккинчидан, процесс арзонга тушади. Цементитланиш температурасидан бевосита тобланган деталнинг доналари йириклашади ва диффузион қатламда қолдиқ аустенит булганлигидан, унинг қаттиқлиги пасаяди, булар эса айни усулнинг камчиликларидир деталь тоблаш олдидан шамоллатилса, яъни деталь цементитланиш температурасидан 750—800°С гача шамоллатилиб, сунгра тобланса ва, нихоят, совуқ билан ишлаш усулидан фойдаланилса, юқорида айтиб утилган камчиликларга куп даражада бархам берилган булади. Цементитланган деталларни учинчи усулда термик ишлаш режимининг схемаси 203-расмда тасвирланган.
Деталь газ ёки суюқ мухитда цементитланганда, процесснинг давом этиш вақти кам булганлигидан, пўлат доналари унча йириклаша олмай қолади. Деталь цементитланиш температурасидан 750—800°С гача шамоллатилганда пўлат доналари майдалашмаса хам аммо ички кучланишлар пасаяди. Цементитланган детални совуқ билан ишлаш эса қолдиқ аустенитнинг куп қисмини мартенситга айлантириб, деталнинг
сиртқи қатлами қаттиқлигини оширади.
Цементитланиб, сўнгра учинчи усулда тобланган деталлар хам паст (150—180°С) температурада бушатилади.
Цементитланган деталлар тобланиб, сунгра бушатилгандан кейин улар сиртининг қаттиқлиги, агар деталь махсус пўлатдан ясалган булса, пўлатнинг турига қараб, Роквелл буйича 58—62, узагининг қаттиқлиги эса 25—35, агар деталь углеродли пўлатдан ясалган булса, сиртининг қаттиқлиги 56 дан катта, узагининг қаттиқлиги эса 25 дан кичик булади.

203- расм. Цементитланган детални учинчи усулда термик

ишлаш режимининг схемаси.

Углеродли пўлатдан ясалган деталь цементитлангандан кейин термик ишланса, термик ишлаш режимидан қатъи назар, унинг ички қисми перлит билан ферритдан иборат булади (204-расм).

204- расм. Углеродли пўлатдан ясалиб, цементитланган

деталь ички қисмининг микроскопик тузилиши (структура
перлит билан феррит) х 250:
а — цементитлангандан кейин бир марта тобланган; б — цементитлангандан
кейин икки марта тобланган.

Махсус (легирланган) пўлатдан ясалган деталь цементитланиб, сунгра термик ишланса, узагининг структураси тамомила бошқача булади. Агар деталнинг узаги Ас₃ критик нуқтадан юқори температурагача қиздирилиб, сунгра тобланса, унинг структураси мартенсит булади (205-расм, а). Бу мартенситда углерод кам, шунинг учун у мурт булмайди. Агар деталь иккинчи гал Ас₁ нуқтадан юқори, аммо Ас₃ нуқтадан паст температурагача қиздирилиб, сунгра совитилса, деталнинг ўзаги чала тобланади ва унинг структураси феррит билан мартенситдан иборат булади (205-расм, б). Деталь ички қатламлари хажмининг куп қисмини феррит ташкил этганлиги учун бу қатламлар етарли даражада қовушоқ булади.

205- расм. Легирланган (хром-никелли) пўлатдан ясалиб,

цементитланган деталь ички цисмининг микроскопик тузилиши
Х500: