Химико-термическая обработка
Для металлических изделий используется химико-термическая обработка. Она содержится в том, что поверхностные слои изделий при одновременном действии разных химических реагентов и большой температуре насыщаются углеродом, другими элементами и азотом. Цель для того чтобы насыщения — повышение твердости поверхностного слоя с сохранением вязкой сердцевины изделия, увеличение устойчивости его против коррозии, приобретение новых декоративных особенностей, и жаростойкости, сопротивление износу, истиранию и т. п.
Данный процесс основан на способности разных элементов в момент собственного выделения из соединений в атомарном состоянии попадать (диффундировать) в поверхностные слои стали и насыщать их. Различают следующие главные виды химико-термической обработки: цементация; азотирование; цианирование; алитирование; силицирование; диффузное хромирование.
Цементация — это поверхностное науглероживание стали. Она используется в тех случаях, в то время, когда изделие должно иметь жёсткую поверхность при вязкой сердцевине. Цементация основана на свойстве железа поглощать углерод при большой температуре.
Цементации подвергают малоуглеродистые стали с содержанием углерода не выше 0,2%, и легированные стали с содержанием никеля, хрома и других веществ.
Азотирование (нитрирование) является процессомнасыщения поверхностного слоя металлических и чугунных изделий азотом. Азотирование углеродистых сталей используется в основном для увеличения коррозионной стойкости.
Цианирование — процесс одновременного насыщения стали азотом и углеродом, каковые повышают твёрдость изделий и коррозионную стойкость. Совместное воздействие азота и углерода активизирует данный процесс если сравнивать с цементацией.
Алитирование — процесс диффузного насыщения поверхности металлических и чугунных изделий алюминием. Оно используется для увеличения жаростойкости до 900—950°С благодаря образованию на поверхности защитной пленки из окиси алюминия.
Силицирование повышает твердость и коррозионную стойкость изделий. Оно содержится в насыщении поверхностного слоя металлических изделий кремнием.
Диффузное хромирование существенно повышает коррозионную стойкость, твердость, сопротивление износу и жаростойкость.
—
Химико-термическая обработка пребывает в насыщении поверхностных слоев изделия тем либо иным нужным элементом. диффузия и Адсорбция этого элемента протекает при повышенной температуре из среды, окружающей изделие. Такая среда, богатая насыщающим элементом, носит название цементирующей.
Все методы химико-термической обработки по характеру влияния на особенности материала возможно подразделить на две многочисленные группы.
1. Упрочняющая химико-термическая обработка, включающая цементацию углеродом, азотирование, цианирование, диффузионное хромирование, борирование сталей.
2. Химико-термическая обработка с целью коррозионной стойкости и повышения жаростойкости при простых температурах, включающая алитирование, хромирование, силицирование и другие.
Элемент, которым насыщается изделие при химико-термической обработке, должен быть в активном атомарном состоянии. Азот воздуха, находящийся, как мы знаем, в молекулярном состоянии, негоден для азотирования стали. Для цементации стали нельзя использовать вещества, каковые не претерпевают реакций, сопровождающихся выделением углерода в атомарном виде.
Исходя из этого, в большинстве случаев, насыщение при химико-термической обработке происходит при участии газовых фаз, талантливых выделять насыщающий элемент в атомарном состоянии.
—
Цель химико-термической обработки — получение поверхностного слоя металлических подробностей, владеющего повышенной твердостью, износоустойчивостью, жаростойкостью либо коррозионной стойкостью. Для этого нагретые подробности подвергают действию среды, из которой методом диффузии (проникновения) в поверхностный слой подробностей переходят некотррые элементы (углерод, азот, алюминий, хром, кремний и др.).
Поглощение таких элементов протекает оптимальнее , в то время, когда диффундирующий элемент выделяется в атомарном состоянии при разложении какого-либо соединения. Подобное разложение легче всего происходит в газах (в летучем состоянии), исходя из этого их и стремятся использовать для химико-термической обработки стали. Выделившийся при разложении активизированный атом элемента проникаете решетку стали и образует либо жёсткий раствор, либо химическое соединение.
Самый распространенными видами химико-термической обработки стали являются: цементация, азотирование, цианирование.
Цементация. Цементацией именуется процесс поглощения поверхностным слоем стали углерода с целью получения (по окончании закалки) подробности с вязкой и твёрдой поверхностью сердцевиной.
Цементации подвергают такие подробности, каковые трудятся в один момент на истирание и на удар.
Существуют два вида цементации: цементация жёстким карбюризатором (науглероживателем) и газовая цементация.
При цементации жёстким карбюризатором используют древесный уголь в смеси с углекислыми солями — карбонатами (Na2C03, ВаС03 и др.), каковые при нагревании легко распадаются с выделением углекислого газа (С02). Количество карбонатов в карбюризаторах колеблется в большинстве случаев в пределах от 20 до 40%.
Цементации подвергают подробности из углеродистой либо легированной стали с содержанием углерода от 0,2%. Такое содержание углерода снабжает высокую вязкость сердцевины по окончании цементации и, следовательно, хорошее сопротивление динамической нагрузке.
Подробности помещают в металлические цементационные коробки и засыпают карбюризатором.
Атомарный углерод диффундирует в поверхностный слой, благодаря чего содержание его в аустените увеличивается.
Та ким образом, настоящим цементирующим веществом при цементации жёстким карбюризатором есть окись углерода (СО).
Поверхности, не подлежарие цементации, изолируют от карбюризатора нанесением на них особых обмазок либо слоя меди (электролитическим методом).
Глубина цементации зависит от времени и температуры выдержки подробностей и в большинстве случаев образовывает 0,5—1,5 мм.
Предельная растворимость углерода в поверхностном слое зависит от температуры и определ яется линией SE диаграммы железо—углерод. В большинстве случаев цементированные подробности содержат в поверхностном слое 0,95—1,1% С.
При газовой цементации в качестве карбюризаторов используются газовые смеси и различные газы: природные газы, светильный газ, генераторный газ и др. В состав этих газов, не считая уже известной нам окиси углерода, входят углеводороды. Из углеводородов особенное значение имеет метан (СН4).
Преимуществами газовой цементации перед цементацией жёстким карбюризатором являются сокращение времени процесса (в несколько раз), чистота рабочего места, возможность более правильного регулирования процесса. На отечественных завода)? газовая цемендация используется весьма обширно.
По окончании цементации подробности подвергают закалке и отпуску.
Закалка цементированной стали имеет собственные особенности, поскольку цементация приводит к значительному росту зерна благодаря продолжительной выдержки при большой температуре; помимо этого, распределение углерода по сечению неравномерно.
Для неответственных подробностей закалку создают из цементационного коробки. В этом случае поверхностный слой подробности имеет структуру крупноигольчатого мартенсита, а в сердцевине — большое зерно доэвтектоидной структуры. По окончании закалки создают низкий отпуск (150—170°).
Более важные подробности по окончании цементации охлаждают на воздухе л после этого закаливают от температуры 850—900° (нагрев выше точки Ас3). При переходе через точки Асх и Ас3 зерна сердцевины и поверхностного слоя измельчаются, и в структуре закаленной подробности будут мелкоигольчатый мартенсит (поверхностный слой) и небольшое зерно (сердцевина). Закаленные подробности подвергаются низкому отпуску (150—170°).
Для очень важных подробностей создают двойную закалку. Первая закалка — от температур выше точки Ас3 (850—900°) — имеет целью измельчить структуру сердцевины. Так как для этого нет необходимости в достижении критической скорости, то охлаждение ведут в масле либо на воздухе (нормализация).
Вторая закалка — от температур выше точки Асх (760—800°) — производится чтобы придать поверхностному слою высокую твердость. В следствии второй закалки поверхностный слой получает структуру мелкоигольчатого мартенсита, а сердцевина — структуру неполной закалки (сорбит-феррит).
Углеродистая сталь имеет весьма громадную критическую скорость закалки, и сердцевина подробностей, изготовленных из данной стали, независимо от скорости охлаждения будет.иметь структуру перлит + феррит. Исходя из этого в важных подробностях, для получения прочной сердцевины (сорбит + феррит), используют легированную сталь с меньшей критической скоростью закалки.
Азотирование. Азотирование воображает процесс поглощения поверхностным слоем подробностей азота, в следствии чего данный слой получает высокую твердость.
Азотированию подвергают легированную сталь, содержащую алюминий (А1), титан (Ti), вольфрам (W), ванадий (V), молибден (Мо) либо хром (Сг), так как азотирование углеродистой стали не дает нужного результата. Количество легирующих компонентов в большинстве случаев образовывает 1,5-2%.
Азотирование, подобно газовой цементации, производится в особых печах при температуре 500—600°. Деятельный азот, выделяющийся при диссоциации аммиака, диффундирует в подробность с поверхности и вместе с перечисленными особыми элементами, и с железом образует весьма жёсткие химические соединения — нитриды (A1N, MoN, Fe4N и др.).
Длительность выдержки в камере при азотировании образовывает 25— 60 час.; в этом главный недочёт азотирования.
Но азотирование имеет последовательность преимуществ перед цементацией. Оно выполняется при относительно низкой температуре и не требует последующей закалки. Твердость азотированных изделий существенно превосходит твердость закаленной стали и определяется числом 1100—1200 по Виккерсу, а хрупкость азотированного слоя меньше цементированного и закаленного.
направляться отметить кроме этого повышенную стойкость азотированных изделий против усталости и коррозии.
Благодаря этих преимуществ азотирование активно используется как для стали, так и для чугуна.
Цианирование. Цианирование (процесс поглощения поверхностным слоем изделий в один момент азота и углерода) не редкость жидкое и газовое.
Жидкое цианирование производится в ваннах с растворами цианистых солей (NaCN, KCN, Са (CN)2 и др.). При температуре процесса эти соли разлагаются, выделяя активные атомы С и N.
Низкотемпературное (550—600°) цианирование используется, в основном, для инструментов из быстрорежущей стали в целях увеличения их стойкости и производится в практически чистых цианистых солях (NaCN + KCN). Высокотемпературное (800—850°) цианирование осуществляется в ваннах, содержащих 20—40-процентнье растворы цианистых солей в нейтральных солях NaCI, Na2C03 и др.; оно используется для разных изделий равно как и цементация.
Длительность жидкого цианирования колеблется в пределах от 5 мин. до 1 часа.
Недочётом жидкого цианирования есть ядовитость цианистых солей, и их большая цена.
Газовое цианирование отличается от газовой цементации тем, что в состав газа додают аммиак, дающий активизированные атомы азота. Газовое цианирование, так же как и жидкое, разделяется на низкотемпературное и высокотемпературное.
При низкотемпературном (500—700°) газовом цианировании в основном диффундирует азот (с образованием нитридов), а углерод диффундирует в маленьком количестве. Данный метод, так же как жидкое низкотемпературное цианирование, используется для обработки инструментов из быстрорежущей стали.
При высокотемпературном (800—850°) газовом цианировании по большей части диффундирует углерод с образованием аустьНита, подвергаемого закалке. Преимуществами этого метода перед газовой цементацией являются более низкая температура процесса и меньшая его длительность.
Газовое цианирование (именуется кроме этого нитроцементацией) — новый и более идеальный вид химико-термической обработки; оно приобретает все большее распространение.
