Химико термическая обработка стали виды и назначение

Химико термическая обработка стали виды и назначение

Сайт СТУДОПЕДИЯ проводит ОПРОС! Прими участие 🙂 — нам важно ваше мнение.

Процессы термической обработки стали заключаются в ее нагреве и охлаждении, что вызывает изменение внут­реннего строения, а следовательно, и свойств. К основ­ным видамтермической обработки относятся отжиг, нор­мализация, закалка, отпуск, патентирование и термоме­ханическая обработка.

Отжиг—это нагрев металла до 200—1200°С, дли­тельная выдержка при этой температуре и медленное (иногда вместе с печью) охлаждение. В зависимости от исходного состояния стали и температуры нагрева раз­личают полный, неполный, низкий, изотермический, сфе-роилизирующий, гомогенизационный, рекристаллизацион-ный отжиг, а также отжиг для снятия остаточных напря­жений.

Полный отжиг применяется для сортового про­ката, поковок и фасонных отливок из стали с целью со­здания мелкозернистой структуры, повышения вязкости и пластичности. Температура нагрева 730—950°С.

Неполный отжиг применяется для снижения твердости сталей и улучшения их обрабатываемости ре-заньем. Он осуществляется при температурах 730—950 °С.

Изотермический отжиг (930—950 °С) ис­пользуют обычно для штамповок, заготовок инструмен­тов и других изделий небольшого размера из легирован­ных сталей с целью улучшения обрабатываемости реза-ньем и повышения чистоты поверхности.

Низкому отжигу (650—680 °С) подвергается обычно сортовой прокат из легированной стали (для сни­жения твердости) или углеродистые стали, если они пред­назначены для обработки резаньем, холодной высадки или волочения.

Сфероидизирующий отжиг (750—820 °С) проводится для снижения твердости, повышения показа­телей относительного удлинения и сужения.

Гомогенизационный (диффузионный) отжиг (1100—1200 °С) применяется для слитков и крупных отливок из легированной стали с целью умень­шения ликвации, рекристаллизационный (650—760 °С) —для устранения наклепа и повышения пластичности стали, деформированной в холодном со­стоянии,

Отжиг для снятия остаточных напря­жений (200—700 °С) применяют для уменьшения внут­ренних напряжений изделий, полученных литьем, свар­кой, резаньем и др.

Нормализация—это нагрев стали до 850—950 °С, не­продолжительная выдержка и охлаждение на воздухе. В результате измельчается зерно полученных при литье, прокатке, ковке или штамповке изделий и заготовок. Нор­мализация широко применяется вместо отжига и закалки.

Закалка — это нагрев стали до 227—860 °С, выдерж­ка и быстрое охлаждение в воде, масле или другой среде. Ее применяют для повышения твердости, износостойко­сти и прочности инструментальных сталей, а также проч­ности, твердости, достаточно высокой износостойкости и пластичности конструкционных сталей. Основные пара­метры закалки — температура нагрева и скорость охлаж­дения. Последняя оказывает решающее влияние на ре­зультат закалки.

Для повышения твердости, износостойкости и предела выносливости обрабатываемого изделия при сохранении вязкой и восприимчивой к ударным нагрузкам его серд­цевины осуществляют поверхностную закалку. Наиболее часто применяется поверхностная закалка с индукцион­ным нагревом током высокой частоты. Для этого изделия помещают в переменное магнитное поле. Нагрев осуще­ствляется вследствие теплового действия индуктируемо­го в изделие тока. Поверхностной индукционной закалке, как правило, подвергаются углеродистые стали с содер­жанием углерода от 0,4 до 0,5 %.

Чтобы уменьшить хрупкость и внутренние напряже­ния, вызванные закалкой, а также получить сталь с опти­мальным сочетанием прочности, пластичности и ударной вязкости, ее подвергают отпуску. Этот процесс представ­ляет собой нагрев металла до 200—680 "С, выдержку и последующее охлаждение с определенной скоростью.

Различают отпуск низкотемпературный (для режущего и мерительного инструмента »з углеродистых и низколегированных сталей), среднетемгературный (для пружин и штампов) и высокотемпературный (для среднеуглеродистых конструкционных сталей, к ко­торым предъявляются высокие требования по пределу выносливости и ударной вязкости).

П агентирование — это процесс нагрев! стали до 870— 950 °С, охлаждения до 450—550 °С, длтельной выдерж­

ки при этой температуре и дальнейшего охлаждения на воздухе или в воде. Патентирование проводится для улуч­шения пластичности проволоки перед последующим ее волочением.

Термомеханическая обработка представляет собой со­четание пластической деформации (прокатки, ковки, штамповки и других способов обработки давлением) и закалки. В результате одновременно повышается сопро­тивление пластической деформации и разрушению.

Химико-термические методы обработки стали пред­полагают изменение не только структуры, но и химичес­кого состава ее поверхности. Это осуществляется диффу­зионным насыщением поверхностного слоя соответствую­щими элементами, т. е. нагревом стального изделия до заданной температуры и выдерживанием его в среде этих элементов. Наиболее распространенными видами хими­ко-термической обработки являются цементация, азоти-рование, нитроцементация, цианирование, борирование, силицирование и диффузионная металлизация.

Цементация (науглераживание) — это процесс насы­щения поверхности стали углеродом при температуре 930—950 °С. После цементации изделия подвергаются за­калке и низкому отпуску. В результате их поверхность становится более твердой (при температурах до 200— 225 °С), износостойкой, выносливой при изгибе и круче­нии. Цементация проводится в твердой или газообразной насыщающей среде (карбюризаторе). В качестве твердо­го карбюризатора используется древесный уголь или ка­менноугольный полукокс и торфяной кокс с углекислым барием и кальцинированной содой. В качестве газообраз­ного карбюризатора используют природный газ.

Азотирование — это процесс насыщения поверхности стали азотом при нагреве до температуры 500—650 °С в среде аммиака. Посредством азотирования поверхности стали придается высокая твердость (сохраняется при на­греве до температуры 450—550 °С), износостойкость, со­противление коррозии.

Нитроцементация — это процесс насыщения поверх­ности стали одновременно углеродом и азотом при 840— 860 °С в среде природного газа и аммиака. В результате повышается твердость и износостойкость поверхностного слоя стальных деталей.

Цианирование — это процесс насыщения поверхности стали одновременно углеродом и азотом при 820—950 °С

в расплавленных цианистых солях для повышения ее твердости, износостойкости и предела выносливости.

Борирование — это процесс насыщения поверхности стали бором при 850—950 °С для повышения ее твердо­сти, абразивной, коррозионной износостойкости и тепло­стойкости.

Силицирование — это процесс насыщения поверхно­сти кремнием. Силицированный слой стали отличается высокой коррозионной стойкостью в морской воде, хими­ческой стойкостью в азотной, серной и соляной кислотах, а также устойчивостью против износа.

Диффузионная металлизация — это процесс насыще­ния поверхности стали алюминием, хромом, цинком и другими металлами, придающими ей те или иные свой­ства. Насыщение алюминием (алитирование) произво^-дится для повышения окалиностойкости и коррозионной стойкости в атмосфере и морской воде. Насыщение хро­мом (хромирование) обеспечивает коррозионную стой­кость в морской и пресной воде, азотной кислоте, окали-ностойкость, повышение твердости и износостойкости. Насыщение цинком (цинкование) применяется для по­вышения коррозионной стойкости в атмосфере, бензине, маслах и горючих газах, содержащих сероводород.

Классификация и ассортимент стали

Различные виды стали рассматривают в зависимости от особенности ее производства, химического состава, раскисления, качества, назначения и др. (рис. 11).

При этом основным признаком классификации стали является ее химический состав. По этому признаку сталь подразделяется на углеродистую и легированную.

Углеродистой называется сталь, не содержащая ка­ких-либо специальных добавок. Она выпускается кон­струкционная и инструментальная. Конструкционная уг­леродистая сталь содержит 0,1-0,85 % С и применяется для изготовления конструкций, сооружении, деталей ма­шин, инструментальная (0,65-1,4 % С) —режущего, из­мерительного, штамповочного и других видов инстру­мента.

Конструкционная углеродистая сталь изготавливается

обыкновенного качества, качественная, а также повышен­ной и высокой обрабатываемости резаньем (автоматная). Г.тяль углеподистая обыкновенного ка­

чества (ГОСТ 380—71) применяется для изготовления сварных и клепаных конструкций в строительстве и ма­шиностроении. В зависимости от гарантируемых харак­теристик качества она подразделяется на три группы по­ставки — А, Б и В (табл. 10).

Сталь группы А поставляется по механическим свой­ствам. Для сталей этой группы химический состав не регламентируется, так как детали, изготавливаемые из нее, не подвергаются горячей обработке (ковке, сварке, термической обработке). Чем больше номер марки, тем выше прочность, но ниже пластичность стали.

Читайте также:  Твердотопливные котлы в леруа мерлен

В зависимости от нормируемых показателей (механи­ческих свойств) сталь группы А подразделяется на три категории.

Сталь группы Б поставляется по химическому соста­ву. Для сталей этой группы механические свойства не регламентируются. Так как известен химический состав, детали из стали группы Б можно подвергать термической обработке.

В зависимости от нормируемых показателей (механи­ческих свойств) сталь группы Б подразделяется на две категории.

Сталь группы В поставляется по механическим свой­ствам с дополнительными требованиями по химическому составу. В зависимости от нормируемых показателей (ме­ханических свойств) она подразделяется на шесть кате­горий.

В маркировке: Б и В — группы стали (группа А в маркировке не обозначается), Ст—сталь, цифры—ус­ловный номер марки в зависимости от химического со­става и механических свойств.

Сталь углеродистая обыкновенного ка­чества выпускается кипящая, полуспокойная и спо­койная, что обозначается соответственно буквами кп, пс и сп, записываемыми после условного номера марки. Например, Ст5пс, СтЗкп. Буква Г указывает на повы­

шенное содержание марганца (СтЗГпс), цифра в кон­це — номер категории (СтЗпс-2; БСтЗ-2). Для сталей пер­вой категории цифра в конце не проставляется.

Сталь углеродистая качественная кон­струкционная выпускается марок 08, 10, 15, 20, 25, 30, 35. 40, 45, 50, 55, 58,’fiO, кипящая (КП), полуспокой­ная (ПС) и спокойная (СП). Цифра в обозначении маоки указывает на среднее содержание углерода в сотых до­лях ппопента.

По тпебованиям к испытанию механических свойств сталь выпускается пяти категорий, а по назначению — трех подгрупп: а — для горячей обработки давлением, б — для холодной обработки давлением ив — для холод­ного волочения, что отражается в маркировке. Например, ЗО-а-2, где 30 — марка стали, а — подгруппа, 2 — кате­гория.

Сталь конструкционная повышенной и высокой обрабатываемости резаньем (ГОСТ 1414—75 Е) предназначена для массового изго­товления на металлорежущих станках-автоматах различ­ных машиностроительных деталей. Поэтому она называ­ется также автоматная. Выпускается эта сталь по состоянию металла трех подгрупп: а—для горячей об­работки давлением, —для механической обработки, в— для холодного волочения, по химическому составу — ше­сти групп.

В маркировке: А — автоматная, С — свинец, Е — се­лен, X — хром, Г — марганец, Н — никель, М — молиб­ден, цифра — среднее содержание углерода в сотых до­лях процента.

Сталь инструментальная углеродистая выпускается марок У7, У8, У8Г, У9, У10, У11, У12, У13, У7А, У8А, У8ГА, У9А, У10А, УНА, У12А, У13А. В маркировке: У— углеродистая, А — высококачественная, Г — с повышен­ным .содержанием марганца, цифра—среднее содержа­ние углерода в десятых долях процента.

Для придания сталям требуемых характеристик при­меняется легирование,

Легированной называется сталь, в состав которой вводятся добавки (легирующие элементы) в количествах, заметно изменяющих ее структуру, а следовательно, и свойства.

Химический состав легированной стали является ос­новным показателем, определяющим ее качество, области применения, стоимость, поэтому он отражается в ее на­именовании и маркировке.

В наименовании легированной стали обозначают толь­ко основные, входящие в состав стали легирующие эле­менты без указания их количества, например сталь мар­ганцовистая, хромоникелевая, хромомолибденовая и др.

Маркировка легированной стали буквенно-цифровая. Первая одно- или двузначная цифра указывает на сред­нее содержание углерода в десятых или сотых долях про­цента. Если углерода в стали менее 0,04 %, то ставится знак 00, если менее 0,08 % — 0. При содержании углеро­да 1 % и более цифра вначале не проставляется.

Буквы маркировки указывают наименование легиру­ющих элементов: М — молибден, Г — марганец, С — кремний, Х — хром, Н — никель, Т — титан, В — воль­фрам, Ф—ванадий, А—азот, Ю—алюминий, К—ко­бальт, Ц — цирконий, Б — ниобий, П — фосфор, Р — бор, Д — медь, Е — селен. Цифры, следующие после букв, обозначают среднее содержание данных легирующих эле­ментов (в процентах). Отсутствие цифры указывает на то, что их содержание в стали менее 1,5%. Буква А в конце маркировки означает высококачественную легиро­ванную сталь, т. е. более чистую по содержанию серы и фосфора.

В маркировке некоторых легированных сталей внача­ле проставляются буквы, укаяьтвян-пттмр и a uv гггчлипт..-"."»

Например, Р—быстрорежущие, Ш—шарикоподшипни­ковые, Э — электротехнические, Е — для постоянных маг­нитов. В быстрорежущих сталях цифра, следующая по­сле буквыР, указывает среднее содержание вольфрама (в процентах).

Для обозначения марок стали, подвергнутых перепла­вам, применяются буквы, проставляемые через тире после индексации, характеризующие химический состав. На­пример, Ш — электрошлаковый переплав, ВД — вакуум-нодуговой переплав, ЭЛ — электронно-лучевой переплав, ПД — плазменно-дуговой переплав, ВН — вакуумно-ин-дукционная плавка, ШД—электрошлаковый и вакуум-но-дуговой переплав, ШЛ — электронно-лучевой и элек­трошлаковый переплав и т. д.

Легированные стали выпускаются конструкционные, инструментальные и с особыми свойствами.

Конструкционные легированные стали производятся качественные и высококачественные, в зависимости от со­держания углерода — низкоуглеродистые (до 0,3 % С) и среднеуглеродистые (0,3—0,55 % С), а по содержанию легирующих элементов — низколегированные и средне-легированные.

Конструкционная низколегированная сталь (ГОСТ 19281—73) содержит не более 0,22 % С и до 3—4 % легирующих элементов. Она используется в виде листов, сортового фасонного проката в строитель­стве и машиностроении, хорошо сваривается. Марочный состав этой стали насчитывает 28 марок (09Г2, 09Г2Д, 12ГС, 09Г2СД, 10Г2С1Д, 15ГФ, 15ГФД, 15Г2СФД, 14Г2АФ, 18Г2АФпс, 10ХНДП и др.).

Конструкционная среднелегированная сталь (ГОСТ 4543—71) выпускается цементуемая (не более 0,3% С) и улучшаемая (0,3—0,5% С), т. е. ис­пользуемая после закалки и высокого отпуска (улучше­ния). Марочный сортамент конструкционной среднелеги-рованной стали включает 13 групп и свыше 80 марок.

В зависимости от химического состава и свойств кон­струкционная легированная сталь делится на категории качественная, высококачественная — А; особовысокока-чественная — Ш (сталь электрошлакового переплава);

по назначению—на подгруппы: а—для горячей обра­ботки давлением (кроме осадки, высадки, штамповки), б — для холодной механической обработки по всей по­верхности, в — для холодного волочения (подкат) иг — для горячей осадки, высадки и штамповки, а по состоя­нию материала — без термической обработки, термичес­ки обработанная (Т) и нагартованная (Н).

Инструментальные легированные стали по сравнению с углеродистой отличаются большей теплостойкостью и прокаливаемостью, поэтому могут использоваться при высоких скоростях резанья и для обработки твердых ме­таллов. Так, стойкость инструмента из быстрорежущей стали в 10—30 раз, а скорость резания—в 2—4 раза больше, чем из углеродистой.

Для изготовления режущего инструмента использу­ются стали, где основной легирующий элемент — хром (15Х, 9ХС1, ХВГ, ХВСГ) или молибден (Р12, PI8, Р6М5, Р8МЗ, Р8МЗК6С, Р9Ф5, Р14Ф4, Р9К5, Р9К10, Р10К5Ф5, Р18К5Ф2).

Стали легированные вольфрамом, а также кобальтом,

| следующая лекция ==>
Строение стального слитка и металлургические методы повышения его качества | СТАЛЬНОЙ ПРОКАТ И МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ИЗДЕЛИЯ

Дата добавления: 2014-01-11 ; Просмотров: 9837 ; Нарушение авторских прав?

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Химико-термическая обработка (ХТО)– процесс изменения химического состава, микроструктуры и свойств поверхностного слоя детали.

Изменение химического состава поверхностных слоев достигается в результате их взаимодействия с окружающей средой (твердой, жидкой, газообразной, плазменной), в которой осуществляется нагрев.

В результате изменения химического состава поверхностного слоя изменяются его фазовый состав и микроструктура,

Основными параметрами химико-термической обработки являются температура нагрева и продолжительность выдержки.

В основе любой разновидности химико-термической обработки лежат процессы диссоциации, адсорбции, диффузии.

Читайте также:  Трафарет тигра для рисования

Диссоциация –получение насыщающего элемента в активированном атомарном состоянии в результате химических реакций, а также испарения.

Адсорбция – захват поверхностью детали атомов насыщающего элемента.

Адсорбция – всегда экзотермический процесс, приводящий к уменьшению свободной энергии.

Диффузия – перемещение адсорбированных атомов вглубь изделия.

Для осуществления процессов адсорбции и диффузии необходимо, чтобы насыщающий элемент взаимодействовал с основным металлом, образуя твердые растворы или химические соединения.

Химико-термическая обработка является основным способом поверхностного упрочнения деталей.

Основными разновидностями химико-термической обработки являются:

цементация (насыщение поверхностного слоя углеродом);

азотирование (насыщение поверхностного слоя азотом);

нитроцементация или цианирование (насыщение поверхностного слоя одновременно углеродом и азотом);

диффузионная металлизация (насыщение поверхностного слоя различными металлами).

Назначение и технология видов химико-термической обработки: цементации, азотирования нитроцементации и диффузионной металлизации

Цементация –химико-термическая обработка, заключающаяся в диффузионном насыщении поверхностного слоя атомами углерода при нагреве до температуры900…950 o С.

Цементации подвергают стали с низким содержанием углерода (до 0,25 %).

Нагрев изделий осуществляют в среде, легко отдающей углерод. Подобрав режимы обработки, поверхностный слой насыщают углеродом до требуемой глубины.

Глубина цементации (h) – расстояние от поверхности изделия до середины зоны, где в структуре имеются одинаковые объемы феррита и перлита (h.=1…2мм).

Степень цементации –среднее содержание углерода в поверхностном слое (обычно, не более1,2 %).

Более высокое содержание углерода приводит к образованию значительных количеств цементита вторичного, сообщающего слою повышенную хрупкость.

На практике применяют цементацию в твердом и газовом карбюризаторе (науглероживающей среде).

Участки деталей, которые не подвергаются цементации, предварительно покрываются медью (электролитическим способом) или глиняной смесью.

Цементация в твердом карбюризаторе.

Почти готовые изделия, с припуском под шлифование, укладывают в металлические ящики и пересыпают твердым карбюризатором. Используется древесный уголь с добавками углекислых солей ВаСО3, Na2CO3 в количестве10…40 %.Закрытые ящики укладывают в печь и выдерживают при температуре930…950 o С.

За счет кислорода воздуха происходит неполное сгорание угля с образованием окиси углерода (СО), которая разлагается с образованием атомарного углерода по реакции:

Образующиеся атомы углерода адсорбируются поверхностью изделий и диффундируют вглубь металла.

Недостатками данного способа являются:

значительные затраты времени (для цементации на глубину 0,1мм затрачивается1час);

низкая производительность процесса;

сложность автоматизации процесса.

Способ применяется в мелкосерийном производстве.

Процесс осуществляется в печах с герметической камерой, наполненной газовым карбюризатором.

Атмосфера углеродосодержащих газов включает азот, водород, водяные пары, которые образуют газ-носитель, а также окись углерода, метан и другие углеводороды, которые являются активными газами.

Глубина цементации определяется температурой нагрева и временем выдержки.

возможность получения заданной концентрации углерода в слое (можно регулировать содержание углерода, изменяя соотношение составляющих атмосферу газов);

сокращение длительности процесса за счет упрощения последующей термической обработки;

возможность полной механизации и автоматизации процесса.

Способ применяется в серийном и массовом производстве.

Структура цементованного слоя

Структура цементованного слоя представлена на рис. 15.1.

Рис. 15.1. Структура цементованного слоя

На поверхности изделия образуется слой заэвтектоидной стали, состоящий из перлита и цементита. По мере удаления от поверхности, содержание углерода снижается и следующая зона состоит только из перлита. Затем появляются зерна феррита, их количество, по мере удаления от поверхности увеличивается. И, наконец, структура становится отвечающей исходному составу.

Термическая обработка после цементации

В результате цементации достигается только выгодное распределение углерода по сечению. Окончательно формирует свойства цементованной детали последующая термообработка. Все изделия подвергают закалке с низким отпуском. После закалки цементованное изделие приобретает высокую твердость и износостойкость, повышается предел контактной выносливости и предел выносливости при изгибе, при сохранении вязкой сердцевины.

Комплекс термической обработки зависит от материала и назначения изделия.

Графики различных комплексов термической обработки представлены на рис. 15.2.

Рис. 15.2. Режимы термической обработки цементованных изделий

Если сталь наследственно мелкозернистая или изделия неответственного назначения, то проводят однократную закалку с температуры 820…850 o С(рис. 15.2 б). При этом обеспечивается получение высокоуглеродистого мартенсита в цементованном слое, а также частичная перекристаллизация и измельчение зерна сердцевины.

При газовой цементации изделия по окончании процесса подстуживают до этих температур, а затем проводят закалку (не требуется повторный нагрев под закалку) (рис. 15.2 а).

Для удовлетворения особо высоких требований, предъявляемых к механическим свойствам цементованных деталей, применяют двойную закалку (рис. 15.2 в).

Первая закалка (или нормализация) проводится с температуры 880…900 o Сдля исправления структуры сердцевины.

Вторая закалка проводится с температуры 760…780 o Сдля получения мелкоигольчатого мартенсита в поверхностном слое.

Завершающей операцией термической обработки всегда является низкий отпуск, проводимый при температуре 150…180 o С.В результате отпуска в поверхностном слое получают структуру мартенсита отпуска, частично снимаются напряжения.

Цементации подвергают зубчатые колеса, поршневые кольца, червяки, оси, ролики.

Азотирование –химико-термическая обработка, при которой поверхностные слои насыщаются азотом.

Впервые азотирование осуществил Чижевский И.П., промышленное применение – в двадцатые годы.

При азотировании увеличиваются не только твердость и износостойкость, но также повышается коррозионная стойкость.

При азотировании изделия загружают в герметичные печи, куда поступает аммиак NH3 c определенной скоростью. При нагреве аммиак диссоциирует по реакции:2NH3>2N+3H2. Атомарный азот поглощается поверхностью и диффундирует вглубь изделия.

Фазы, получающиеся в азотированном слое углеродистых сталей, не обеспечивают высокой твердость, и образующийся слой хрупкий.

Для азотирования используют стали, содержащие алюминий, молибден, хром, титан. Нитриды этих элементов дисперсны и обладают высокой твердостью и термической устойчивостью.

Типовые азотируемые стали: 38ХМЮА, 35ХМЮА, 30ХТ2Н3Ю.

Глубина и поверхностная твердость азотированного слоя зависят от ряда факторов, из которых основные: температура азотирования, продолжительность азотирования и состав азотируемой стали.

В зависимости от условий работы деталей различают азотирование:

для повышения поверхностной твердости и износостойкости;

для улучшения коррозионной стойкости (антикоррозионное азотирование).

В первом случае процесс проводят при температуре 500…560 o С в течение24…90часов, так как скорость азотирования составляет0,01 мм/ч. Содержание азота в поверхностном слое составляет10…12 %, толщина слоя (h) –0,3…0,6мм. На поверхности получают твердость около1000HV. Охлаждение проводят вместе с печью в потоке аммиака.

Значительное сокращение времени азотирования достигается при ионном азотировании, когда между катодом (деталью) и анодом (контейнерной установкой) возбуждается тлеющий разряд. Происходит ионизация азотосодержащего газа, и ионы бомбардируя поверхность катода, нагревают его до температуры насыщения. Катодное распыление осуществляется в течение 5…60мин при напряжении1100…1400В и давлении0,1…0,2мм рт. ст., рабочее напряжение400…1100В, продолжительность процесса до24 часов.

Антикоррозионное азотирование проводят и для легированных, и для углеродистых сталей. Температура проведения азотирования – 650…700 o С, продолжительность процесса –10часов. На поверхности образуется слой— фазы толщиной0,01…0,03мм, который обладает высокой стойкостью против коррозии. (–фаза – твердый раствор на основе нитрида железаFe3N, имеющий гексагональную решетку).

Азотирование проводят на готовых изделиях, прошедших окончательную механическую и термическую обработку (закалка с высоким отпуском).

После азотирования в сердцевине изделия сохраняется структура сорбита, которая обеспечивает повышенную прочность и вязкость.

Цианирование и нитроцементация

Цианирование– химико-термическая обработка, при которой поверхностьнасыщается одновременно углеродом и азотом.

Осуществляется в ваннах с расплавленными цианистыми солями, например NaCNс добавками солейNаCl, BaClи др. При окислении цианистого натрия образуется атомарный азот и окись углерода:

Читайте также:  Выбило автомат и не включается причины

Глубина слоя и концентрация в нем углерода и азота зависят от температуры процесса и его продолжительности.

Цианированный слой обладает высокой твердостью 58…62HRC и хорошо сопротивляется износу. Повышаются усталостная прочность и коррозионная стойкость.

Продолжительности процесса 0,5…2 часа.

Высокотемпературное цианирование –проводится при температуре800…950 o С, сопровождается преимущественным насыщением стали углеродом до0,6…1,2 %, (жидкостная цементация). Содержание азота в цианированном слое0,2…0,6 %, толщина слоя0,15…2 мм. После цианирования изделия подвергаются закалке и низкому отпуску. Окончательная структура цианированного слоя состоит из тонкого слоя карбонитридовFe2(C, N), а затем азотистый мартенсит.

По сравнению с цементацией высокотемпературное цианирование происходит с большей скоростью, приводит к меньшей деформации деталей, обеспечивает большую твердость и сопротивление износу.

Низкотемпературное цианирование– проводится при температуре540…600 o С, сопровождается преимущественным насыщением стали азотом

Проводится для инструментов из быстрорежущих, высокохромистых сталей, Является окончательной обработкой.

Основным недостатком цианирования является ядовитость цианистых солей.

Нитроцементация– газовое цианирование, осуществляется в газовых смесях из цементующего газа и диссоциированного аммиака.

Состав газа температура процесса определяют соотношение углерода и азота в цианированном слое. Глубина слоя зависит от температуры и продолжительности выдержки.

Высокотемпературная нитроцементацияпроводится при температуре830…950 o С, для машиностроительных деталей из углеродистых и малолегированных сталей при повышенном содержании аммиака. Завершающей термической обработкой является закалка с низким отпуском. Твердость достигает56…62HRC.

На ВАЗе 95 % деталей подвергаются нитроцементации.

Низкотемпературной нитроцементацииподвергают инструмент из быстрорежущей стали после термической обработки (закалки и отпуска). Процесс проводят при температуре530…570 o С, в течение1,5…3часов. Образуется поверхностный слой толщиной0,02…0,004мм с твердостью900…1200HV.

Нитроцементация характеризуется безопасностью в работе, низкой стоимостью.

Диффузионная металлизвция –химико-термическая обработка, при которой поверхность стальных изделий насыщается различными элементами: алюминием, хромом, кремнием, бором и др.

При насыщении хромом процесс называют хромированием, алюминием –алитированием, кремнием –силицированием, бором –борированием.

Диффузионную металлизацию можно проводить в твердых, жидких и газообразных средах.

При твердой диффузионной метализацииметаллизатором является ферросплав с добавлением хлористого аммония (NH4Cl). В результате реакции металлизатора сHClилиCL2образуется соединение хлора с металлом (AlCl3, CrCl2, SiCl4), которые при контакте с поверхностью диссоциируют с образованием свободных атомов.

Жидкая диффузионная метализацияпроводится погружением детали в расплавленный металл (например, алюминий).

Газовая диффузионная метализация проводится вгазовых средах, являющихся хлоридами различных металлов.

Диффузия металлов протекает очень медленно, так как образуются растворы замещения, поэтому при одинаковых температурах диффузионные слои в десятки и сотни раз тоньше, чем при цементации.

Диффузионная металлизация – процесс дорогостоящий, осуществляется при высоких температурах (1000…1200 o С) в течение длительного времени.

Одним из основных свойств металлизированных поверхностей является жаростойкость, поэтому жаростойкие детали для рабочих температур 1000…1200 o С изготавливают из простых углеродистых сталей с последующим алитированием, хромированием или силицированием.

Исключительно высокой твердостью (2000HV) и высоким сопротивлением износу из-за образования боридов железа (FeB, FeB2) характеризуются борированные слои, но эти слои очень хрупкие.

Химико-термической обработка (ХТО) – обработка с сочетанием термического и химического воздействия для изменения состава, структуры и свойств поверхностного слоя детали в необходимом направлении, при котором происходит поверхностное насыщение металлического материала соответствующим элементом.

Цементация – насыщение углеродом (до 2-2,5мм)

Ц+З+Но – внутри вязкий, снаружи твёрдый.

Азотирование — насыщение поверхность детали азотом (твёрдость, износостойкость, коррозионная стойкость).

Борирование (940-960) – насыщает на 0,2-0,4мм поверхность детали бромом,с целью повышения твердости, износостойкости, коррозионной стойкости.

Хромирование – насыщение поверхности изделий хромом.

Алитирование – процесс диффузионного насыщения поверхности изделий алюминием с целью повышения жаростойкости, коррозионной и эрозионной стойкости. При алитировании железа и сталей наблюдается плавное падение концентрации алюминия по толщине слоя.

30. Цементация стали, её разновидности, технология, назначение, структура диффузионных слоев.

Цементация стали – ХТО, заключающаяся в диффузионном насыщении поверхностного слоя стали углеродом при нагревании в карбюризаторе, проводят при 930–950 °C, когда устойчив аустенит, растворяющий углерод в больших количествах.

Для цементации используют низкоуглеродистые, легированные стали. Детали поступают на цементацию после механической обработки с припуском на шлифование.

Основные виды цементации – твердая и газовая. Газовая цементация является более совершенным технологическим процессом, чем твердая. В случае газовой цементации можно получить заданную концентрацию углерода в слое; сокращается длительность процесса; обеспечивается возможность полной механизации и автоматизации процесса; упрощается термическая обработка деталей.

Термическая обработка необходима чтобы: исправить структуру и измельчить зерно сердцевины и цементованного слоя; получить высокую твердость в цементованном слое и хорошие механические свойства сердцевины. После цементации термическая обработка состоит из двойной закалки и отпуска. Недостаток такой термообработки – сложность технологического процесса, возможность окисления и обезуглероживания.

Заключительная операция – низкий отпуск при 160–180 °C, переводящий мартенсит закалки в поверхностном слое в отпущенный мартенсит, снимающий напряжения и улучшающий механические свойства.

31.Азотирование стали, его назначение, технология, область применения, структура диффузионного слоя.

Азотирование стали – ХТО, заключающаяся в диффузионном насыщении поверхностного слоя стали азотом при нагревании в соответствующей среде. Твердость азотированного слоя стали выше, чем цементованного, и сохраняется при нагреве до высоких температур (450–500 °C), тогда как твердость цементованного слоя, имеющего мартенситную структуру, сохраняется до 200–225 °C. Азотирование чаще проводят при 500–600 °C.

Защита от коррозии

Повышение усталостной прочности

32. Конструкционная легированная сталь, её назначение, классификация, особенности состава и термической обработки каждой группы конструкционной стали – цементируемой, улучшаемой, пружинно-рессорной, шарикоподшипниковой и азотируемой.

(Низко-, средне-, высокоуглеродистые; низко-, среднелегированные; ТО-по назначению)

(сталь низкоуглеродистая; цементация + закалка + низкий отпуск)

(среднеуглеродистая; закалка + высокий отпуск)

(высокоуглеродистая; Мn-Г и Si-С – легирование; ТО: закалка + средний отпуск)

4)Сталь для азотирования

(среднеуглеродистая; Аl-Ю – легирование; ТО: улучшение + азотирование)

(ТО: Отжиг + закалка + отпуск)

33.Инструментальная легированная сталь, её классификация, особенности состава и термической обработки каждой группы.

(высокоуглеродистые; низко-, средне-; высоколегированные; ТО: закалка + низкий отпуск)

1)Сталь для мерительного инструмента и режущего

((+ Сr-Х; +W) закалка + 3 средних отпуска)

((Cr, W, V) для холодных штампов; для горячих штампов)

34. Алюминий и сплавы алюминия, их классификация, свойства, применение.

Дюралюминий – деформируемый сплав алюминия (для производства проката и поковок).

Силумины – литейные сплавы алюминия (для производства отливок).

Большинство алюминиевых сплавов имеют худшую электро- и теплопроводность, коррозионную стойкость и свариваемость по сравнению с чистым алюминием.

За счет того, что предел текучести сплавов в несколько раз превышает предел текучести чистого алюминия, алюминиевые сплавы уже могут использоваться в качестве конструкционного материала с разным уровнем нагрузок (в зависимости от марки сплава и его состояния).

Из алюминиевых сплавов изготовляют корпусы судов, палубные надстройки, коммуникацию и различного рода судовое оборудование. Основное преимущество при внедрении алюминия и его сплавов по сравнению со сталью — снижение массы судов, которая может достигать 50 . 60 %. В результате представляется возможность повысить грузоподъемность судна или улучшить его тактико-технические характеристики (маневренность, скорость и т.д.).

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector