Управление параметрами диффузионного слоя в процессе химико-термической обработки стали

Abstract

RU: Цель. Целью данной работы была разработка и испытание системы управления ХТО, которая позволяет гарантированно получать необходимые параметры диффузионного слоя - концентрацию насыщающего элемента С и градиент его распределения, а также толщину слоя B для изделий ответственного назначения. Методика. Материалом для исследований выбрана сталь марки 14ХГСН2МА, которую подвергали цементации в твёрдом карбюризаторе при температуре 1300 К. Для исследования кинетики диффузионного насыщения (цементации) был использован дифференциальный дилатометр. Результаты. Установлены закономерности изменения линейных размеров трубчатого образца дифференциального дилатометра в процессе всего периода цементации стали 14ХГСН2МА. Использование пустотелого эталона вместо сплошного позволило значительно повысить точность фиксации начала процесса диффузионного насыщения, что можно объяснить более ускоренным прогревом пустотелого эталона. В работе показано, что построенные дилатометричекие кривые дают возможность определить и предотвратить непосредственно в процессе насыщения такие нежелательные процессы, как обезуглероживание и внезапное прекращение диффузионного насыщения при недостаточной активности насыщающей атмосферы. После выхода на температуру цементации стали 14ХГСН2МА (1300 К) наблюдалось удлинение трубчатого образца. Указанные результаты подтверждены теоретическими расчетами длины трубчатого образца на основании данных зависимости параметра решетки аустенита от содержания в нём углерода. Также, с помощью результатов метоллографического и химического анализа установлено пересыщение опытных образцов стали 14ХГСН2МА углеродом и предложены режимы насыщения для получения требуемых параметров цементированного слоя. Научная новизна. Впервые для контроля и управления процесса ХТО стали предложено использование дифференциального дилатометра. В работе указаны особенности конструкции, принцип работы прибора и правила его эксплуатации на примере цементации стали 14ХГСН2МА. Практическая значимость. Показано, что с помощью дифференциального дилатометра и предварительно построенных градуировочных графиков можно непосредственно в процессе ХТО сталей гибко изменять активность эндопотенциала печей и, следовательно, вносить поправку в параметры диффузионного слоя. Одновременное использование нескольких дилатометров в цементационной печи позволит выявить проблемные зоны печи для устранения их влияния на качество обрабатываемых изделий. Таким образом, использование разработанного прибора в производственном процессе позволит обеспечить высокое качество продукции путём получения наперед заданных параметров диффузионного слоя.

UK: Мета. Метою даної роботи була розробка та випробування системи керування ХТО, яка дозволяє гарантовано отримувати необхідні параметри дифузійного шару - концентрацію насичуваного елементу С і градієнт його розподілу, а також товщину шару B для виробів відповідального призначення. Методика. Матеріалом для досліджень вибрана сталь марки 14ХГСН2МА, яку піддавали цементації у твердому карбюризаторі при температурі 1300 К. Для дослідження кінетики дифузійного насичення (цементації) був використаний диференційний дилатометр. Результати Встановлено закономірності зміни лінійних розмірів трубчастого зразка диференційного дилатометру в процесі всього періоду цементації сталі 14ХГСН2МА. Використання пустотілого еталону замість суцільного дозволило значно підвищити точність фіксації початку процесу дифузійного насичення, що можна пояснити більш прискореним перегріванням пустотілого еталону. У роботі показано, що побудовані дилатометричні криві дають можливість визначити і запобігти безпосередньо в процесі насичення таким небажаним процесам, як зневуглецювання і раптове припинення дифузійного насичення при недостатній активності насичуючої атмосфери. Після виходу на температуру цементації сталі 14ХГСН2МА (1300 К) спостерігалося видовження трубчастого зразка. Зазначені результати підтверджені теоретичними розрахунками довжини трубчастого зразка на підставі даних залежності параметра гратки аустеніту від вмісту в ньому вуглецю. Також, за допомогою результатів металографічного та хімічного аналізу встановлено пересичення дослідних зразків сталі 14ХГСН2МА вуглецем та запропоновано режими насичення для отримання необхідних параметрів цементованого шару. Наукова новизна. Вперше для контролю та керування процесу ХТО сталі запропоновано використання диференціального дилатометру. У роботі вказані особливості конструкції, принцип роботи приладу та правила його експлуатації на прикладі цементації сталі 14ХГСН2МА. Практична значимість. Показано, що за допомогою диференційного дилатометру і попередньо побудованих градуювальних графіків можна безпосередньо в процесі ХТО сталей гнучко змінювати активність ендопотенціалу печей і, таким чином, вносити поправку в параметри дифузійного шару. Одночасне використання декількох дилатометрів в цементаційній печі дозволить виявити проблемні зони печі для усунення їх впливу на якість оброблюваних виробів. Таким чином, використання розробленого приладу у виробничому процесі дозволить забезпечити високу якість продукції шляхом отримання наперед заданих параметрів дифузійного шару.

EN: Purpose. The aim of this study is to develop and to test management system TCT, which allows to get the required parameters of the diffusion layer - saturating concentration of the element C and the gradient of its distribution, as well as the thickness of the layer B to products of critical appointment. Methodology. As the material for research is selected the steel of the type 14ХГСН2МА which was influenced bu carburizing in solid carburizer at 1300 K. In order to study the kinetics of diffusion saturation (cementation) was used differential dilatometer. Findings. The laws of change of the linear dimensions of the sample tube differential dilatometer during the entire cycle of carburizing steel 14ХГСН2МА. The use of standard hollow instead of a solid, greatly improving the accuracy of fixing the beginning of diffusion saturation, which can be explained by more rapid heating of the hollow standard. This shown that the constructed dilatometric curves allow to identify and prevent saturation directly in the process of such undesirable processes as decarburization and sudden cessation of diffusion saturation with insufficient activity saturating the atmosphere. After reaching the temperature of carburizing steel 14ХГСН2МА (1300 K) there was an increase over time elongated tubular sample. These results confirmed the theoretical calculations of the length of the tubular sample based on the data dependence of the lattice parameter of austenite on the content of carbon in it. Also, using the results of chemical analysis and metallographic analysis supersaturation prototypes carbon steel 14ХГСН2МА and ways saturation mode to obtain the required parameters of cemented layer. Originality. For the first time to monitor and control the process suggested the use of steel TCT differential dilatometer. We give the design features, the operating principle of the device and its proper use as an example of carburizing steel 14ХГСН2МА. Practical value. It is shown that by using differential dilatometer and pre-constructed calibration curves can be directly during the TCT steel flexible to change the activity endopotential furnaces and therefore to amend the parameters of the diffusion layer. Simultaneous use of several dilatometers in carburizing furnace will identify problem areas of the furnace to eliminate their impact on the quality of processed products. Thus, the use of the developed device in the manufacturing process would significantly improve product quality by obtaining preassigned diffusion layer parameters.