ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СТАЛИ
Химико-термической обработкой называют поверхностное насыщение стали соответствующим элементом (например, углеродом, азотом, алюминием, хромом и др.) путем его диффузии в атомарном состоянии из внешней среды при высокой температуре. Химико-термическая обработка заключается в нагреве изделия до заданной температуры в твердой, газовой или жидкой среде, легко выделяющей диффундирующий элемент в атомарном состоянии, выдержке при этой температуре и последующем охлаждении. В отличие от термической обработки химико-термическая обработка меняет не только структуру, но и химический состав поверхностных слоев, что позволяет в более широких пределах изменять его свойства.,
Процесс химико-термической обработки состоит из трех элементарных стадий:
1) выделение диффундирующего элемента в атомарном состоянии благодаря реакциям, протекающим во внешней среде;
2) контактирование атомов диффундирующего элемента с поверхностью стального изделия и проникновение (растворение) их в решетку железа (абсорбция);
3) диффузия атомов насыщающего элемента в глубь металла.
Скорость диффузии атомов насыщающего элемента в решетку железа неодинакова и зависит от состава и строения образующихся фаз. При насыщении углеродом или азотом, составляющими с железом твердые растворы внедрения, диффузия протекает быстрее, чем при насыщении металлами, образующими твердые растворы замещения.
|
|
Поэтому при диффузионном насыщении металлами (диффузионная металлизация) процесс ведут при более высоких температуру и длительно.
ЦЕМЕНТАЦИЯ СТАЛИ
Цементацией называется процесс насыщения .поверхностного слоя стали углеродом. Различают два основных вида цементации: твердыми углеродсодержащими смесями (карбюризаторами) и газовую. Целью цементации является получение твердой и износостойкой поверхности, что достигается обогащением поверхностного слоя углеродом до концентрации 0,8—1,2% и последующей закалкой с низким отпуском. Цементация и последующая термическая обработка одновременно повышают и предел выносливости.
Для цементации обычно используют низкоуглеродистые стали 0,1—0,18% С. Для крупногабаритных деталей применяют стали с более высоким содержанием углерода (0,2—0,3%). Выбор таких сталей необходим для того, чтобы сердцевина изделия, не насыщающаяся углеродом при цементации, сохраняла высокую вязкость после закалки.
Для цементации детали поступают после механической обработки с припуском на шлифование 0,05—0,10 мм. Во многих случаях цементации подвергается только часть детали; тогда участки, не подлежащие упрочнению, защищают тонким слоем меди (0,02—0,04 мм), которую наносят электролитическим способом или изолируют специальными обмазками, состоящими из смеси огнеупорной глины, песка и асбеста, замешанных на жидком стекле и др.
|
|
Диффузия углерода в сталь возможна только, если углерод находится в атомарном состоянии, получаемом, например, диссоциацией газов, содержащих углерод (СО, СН4 и др.). Атомарный углерод адсорбируется поверхностью стали и диффундирует в глубь металла.
Цементацию, как правило, проводят при температурах 920—950°С, когда устойчив аустенит, растворяющий в больших количествах углерод. При цементации стали атомы углерода диффундируют в решетку γ – железа. По достижении предела насыщения аустенита углеродом,на поверхности может образоваться сплошной слой цементита.
АЗОТИРОВАНИЕ СТАЛИ
Азотированием называют процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стали азотом при нагреве ее в аммиаке. Азотирование очень сильно повышает твердость поверхностного слоя, его износостойкость, предел выносливости и сопротивление коррозии в таких средах, как атмосфера, вода, пар и т. д. Твердость азотированного слоя заметно выше, чем цементованной стали, и сохраняется при нагреве до высоких температур (500—550°С), тогда как твердость цементованного слоя, имеющего мартенситную структуру, сохраняется только до 200—225°С.
|
|
Азотирование широко применяется для шестерни, цилиндров мощных двигателей, многих деталей станков и других изделий.
Технологический процесс предусматривает несколько операций.
- Предварительную термическую обработку, состоящую из закалки и высокого отпуска стали для получения повышенной прочности и вязкости в сердцевине изделия. Структура стали после этого отпуска — сорбит.
- Механическую обработку деталей, а также шлифование, которое придает окончательные размеры детали.
- Защиту участков, не подлежащих азотированию, нанесением тонкого слоя(0,01—0,015 мм) олова электролитическим методом или жидкого стекла. Олово при температуре азотирования расплавляется и вследствие поверхностного натяжения удерживается на поверхности стали в виде тонкой непроницаемой для азота пленки.
- Азотирование.
- Окончательное шлифование или доводка изделия.
ЦИАНИРОВАНИЕ И НИТРОЦЕМЕНТАЦИЯ СТАЛИ
Цианированием и нитроцементацией называют совместное насыщение поверхности стали углеродом и азотом. Основное назначение цианирования (нитроцементации) — повышение твердости и износостойкости стальных изделий. Для цианирования чаще применяют стали, содержащие 0,2—0,4% С.
|
|
Цианирование (среднетемпературное). В этом процессе изделие нагревают до 820—860°С в расплавленных солях, содержащих NaCN.
Выделяющиеся атомарный углерод и азот диффундируют в сталь. Цианированный слой, полученный при 820—860°С, содержит по сравнению с цементованным меньше углерода (0,6— 0,7%), количество азота в цианированном слое 0,8—1,2%.
Цианирование при указанных сравнительно невысоких температурах позволяет выполнять закалку непосредственно из цианистой ванны. После закалки следует низкотемпературный отпуск (180—200°С). Твердость цианированного слоя после термической обработки составляет HRC 58—62. Цианированный слой по сравнению с цементованным обладает более высокой износостойкостью и эффективно повышает предел выносливости. Этот вид цианирования применяют для упрочнения мелких деталей, например в автомобилестроении, для шестерен привода масляного насоса и спидометра, пальцы задней рессоры, червяка руля, валиков, гаек и т. д.
Для получения слоя большой толщины (0,5—2,0 мм) применяют высокотемпературное или глубокое цианирование при 930—960°С в ванне, содержащей 8% NaCN.
Нитроцементация. При нитроцементации изделие нагревают в течение 2—10 ч при 850—860°С в газовой среде, состоящей из науглероживающего газа и аммиака.
Установлено, что при одновременной диффузии углерода и азота ускоряется диффузия углерода. Скорость роста нитроцементованного и цементованного слоев на глубину 0,5 мм практически одинакова, хотя температура нитроцементации почти на 100°С ниже. Глубина нитроцементованного слоя обычно 0,2— 0,8 мм.
Для нитроцементации рекомендуется использовать контролируемую атмосферу. После нитроцементации следует закалка либо непосредственно из печи с подстуживанием до 800—825°С, либо после повторного нагрева. После закалки проводят отпуск 160-1800С.
Нитроцементация по сравнению с жидкостным цианированием в свою очередь имеет также преимущества: отсутствует необходимость применения ядовитых солей, возможность регулирования содержания углерода и азота в слое, можно обрабатывать детали средних и крупных размеров и использовать более производительное технологическое оборудование и его механизацию.
Дата добавления: 2020-12-12; просмотров: 55; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!