ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Химико-термическая обработка из "Материаловедение и технология конструкционных материалов " Процессы химико-термической обработки (ХТО) заключаются в сочетании термического и химического воздействия в целях изменения состава, структуры и свойств поверхностного слоя стали. При ХТО происходит насыщение поверхности стали различными химическими элементами за счет диффузии, проникновения в кристаллическую решетку железа атомов этих элементов. Этот процесс происходит при нагреве стальных деталей в газовой, жидкой или твердой среде, богатой этими элементами. Наиболее распространены следующие виды ХТО цементация, азотирование, цианирование, диффузионная металлизация и т. д. [c.142] Цементации подвергают углеродистые и низкоуглеродистые стали с низким содержанием углерода (0,1-0,2 %). В результате на поверхности концентрация углерода возрастает до 0,8-1,1 %. Толщина цементованного слоя составляет 1-2,5 мм. Концентрация углерода убывает по толщине слоя по мере удаления от поверхности. Поэтому в структуре цементованного слоя можно выделить три зоны заэвтектоидную, состоящую из перлита и расположенного по границам зерен вторичного цементита эвтек-тоидную зону состоящую из перлита доэвтектоидную, состоящую из перлита и феррита. При этом количество феррита по мере приближения к сердцевине возрастает. [c.144] ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ поверхности получается после закалки, которая обязательно проводится после цементации. Термообработка после цементации нужна не только для повышения твердости поверхностного слоя, но и для уменьшения величины зерна, так как при цементации (из-за длительной выдержки при высокой температуре) сталь становится крупнозернистой. После газовой цементации часто применяется закалка без повторного нагрева, непосредственно из цементационной печи. В этом случае измельчения зерна не происходит, но это самый экономически выгодный режим. [c.145] Если надо исправить крупнозернистую структуру охлаждение после цементации производится медленнее, после чего следует закалка с повторным нагревом выше А з. Для особо ответственных деталей производится двойная закалка первая выше — для сердцевины, а втора-я выше А , — для поверхностного слоя. После закалки поверхностный сдой имеет мартенситную структуру. Затем во всех случаях следует низкий отпуск. После этого твердость поверхности составляет HR 58-62. [c.145] Перед азотированием для получения высокой прочности и вязкости сердцевины проводится предварительная термическая обработка деталей, которая состоит из закалки и высокого отпуска. После такой обработки сталь имеет структуру сорбита. Далее следует механическая обработка деталей. Если на поверх1юсти деталей имеются участки, не подлежащие азотированию, на них наносится тонкий защитный слой олова или жидкого стекла. После азотирования производится окончательное шлифование деталей. [c.146] К преимуществам азотирования перед цементацией следует отнести отсутствие необходимости в дополнительной термообработке, более высокую твердость и износостойкость, высокую коррозионную стойкость поверхности. Недостатками являются низкая скорость процесса и необходимость применения дорогих легированных сталей. Длительность азотирования можно несколько сократить, используя двухступенчатый процесс. Сначала азотирование производится при 500-520 С, а после этого при 540-560 С. Повышение температуры ускоряет диффузию, уменьшая время образования слоя необходимой толщины. Твердость поверхности при этом не снижается. [c.146] Цианирование (нитроцементация) — это процесс одновременного насыщения поверхности стали углеродом и азотом. Жидкостное цианирование проводится в расплавах цианистых солей Na N или K N. Газовое цианирование (нитроцементация) проводится в газовой среде, содержащей смесь метана СН и аммиака NHg. Углерод и азот ускоряют процесс диффузии друг друга. Различают низкотемпературное и высокотемпературное цианирование. [c.147] Низкотемпературное цианирование проводится при температуре 500-600 °С. При этом преобладает насыщение азотом. Глубина цианированного слоя составляет 0,2-0,5 мм, твердость поверхности — HV 1000. Применяется низкотемператупное цианирование, главным образом для обработки инструмента из быстрорежущей стали. [c.147] При высокотемпературном цианировании температура составляет 800-950 °С. Преобладает насыщение углеродом. Глубина поверхностного слоя составляет 0,6-2,0 мм. После высокотемпературного цианирования следует закалка с низким отпуском. Твердость после термообработки составляет HR 60. [c.147] ЖИДКОСТНОГО цианирования является ядовитость цианистых солей и высокая стоимость процесса. [c.148] Диффузионная металлизация — это насыщение поверхностного слоя стали различными элементами. При насыщении алюминием процесс называют алитированием, хромом — хромированием, кремнием — силицированием, бором — борированием. При металлизации алюминием повышается жаростойкость деталей. Такие детали можно эксплуатировать при температуре 1200 °С. Силицирование повышает жаростойкость до температуры 800-850 °С, сопротивление истиранию, коррозионную стойкость в некоторых кислотах. Хромирование увеличивает твердость (до 1600-1800 HV), жаростойкость, коррозионную стойкость. При диффузионной металлизации металлы образуют с железом твердые растворы замещения. Диффузия металлов происходит значительно медленнее, чем диффузия углерода или азота, поэтому все процессы диффузионной металлизации протекают при больших температурах алитирова-ние при 900-1200 °С, силицирование при 1050-1100 °С, хромирование при 1000-1200 °С. Применение диффузионной металлизации технически эффективно и экономически выгодно. Детали из зтлеродистых сталей, насыщенные с поверхности хромом, алюминием или кремнием, становятся жаростойкими при температуре 1000-1100 °С, что значительно выгоднее, чем изготовление их из дорогостоящих жаростойких легированных сталей. [c.148] При борировании повышаются твердость (до 2000 HV), сопротивление абразивному износу и коррозионная стойкость. Борированная сталь теплостойкая (до температуры 900 °С), жаростойкая (до температуры 800 °С), но очень хрупкая. Чаще всего борируют среднеуглеродистую сталь при температуре 850-900 °С с выдержкой в течение 2-6 ч глубина слоя 0,15-0,35 мм. Борирование производят двумя способами электролизным и газовым. [c.148] При электролизном способе в тигле с расплавленной бурой Na2B Og при температуре 950 °С помещают графитовый стержень (анод) и обрабатываемую деталь (катод). Бура разлагается, образуя атомарный бор, который диффундирует в поверхность стали. Газовое борирование осуществляют в газовой смеси из диборана и водорода Hj. Толщина борированного слоя не превышает 0,3 мм, твердость — 1800-2000 HV. Борируют траки, втулки газовых нефтяных насосов и другие быстро изнашивающиеся детали. [c.149] Новое направление в области диффузионной металлизации связано с процессом диффузии электронов, ионов, нейтронов в повфхностный слой металла. Бомбардировка электронами с помощью электронной пушки-ускорителя создает сильно нагретый поверхностный слой металла. При остывании получается гладкая оплавленная поверхность с высокопрочными свойствами. В поверхностный слой детали можно направить с большой скоростью ионы более прочного металла и создать на его поверхности улучшенный слой металла, который путем диффундирования проникает на большую глубину. При обычной металлизации это не удается, так как образовавшаяся при нагреве деталей оксидная пленка, или окалина, мешает проникновению атомов вводимого металла. При бомбардировке ионы легко в него проникают. Таким образом, можно обычную углеродистую сталь штамповать требуемого размера и с малой шероховатостью поверхности, а затем облучением создать на ее поверхности слой из другого, более прочного металла. [c.149] Вернуться к основной статье