Химико термическая обработка металлов и сплавов презентация

Обновлено: 05.10.2024

Презентация на тему: " Презентация по материаловедению На тему «Химико- термическая обработка»" — Транскрипт:

1 Презентация по материаловедению На тему «Химико- термическая обработка»

2 Химико-термической обработкой называется нагрев деталей до заданных температур в агрессивных средах с целью изменения химического состава, свойств и структуры с поверхности на глубину до 4 мм

3 Химико-термическая обработка предназначена для повышения твёрдости, износостойкости в поверхностных слоях при сохранении вязкой сердцевины. Она основана на диффузионном проникновении в кристаллическую решётку Fe атомов различных элементов тех, при нагреве в среде богатой этими элементами или элементы вступают в химическую реакцию с С-карбиды,N-нитриты, отличаются высокой твёрдостью. Химико-термическая обработка предназначена для повышения твёрдости, износостойкости в поверхностных слоях при сохранении вязкой сердцевины. Она основана на диффузионном проникновении в кристаллическую решётку Fe атомов различных элементов тех, при нагреве в среде богатой этими элементами или элементы вступают в химическую реакцию с С-карбиды,N-нитриты, отличаются высокой твёрдостью.

4 При химико-термической обработке протекают следующие процессы: 1-Разложение молекул диффундирующего элемента с образованием атомов(диссоциация) 2-Поглащение атомов поверхностью стали(адсорбция) 3-проникновение атомов вглубь(диффузия)

6 Цементация-это поверхностное насыщение углеродом. Цель цементации увеличить твёрдость и износостойкость поверхностей. Среда где проводиться цементация называется карбюризатор. Различают 3 вида карбюризаторов: 1-жидкая цементация 2-твёрдая цементация 3-газовая цементация

7 Жидкая цементация- она предназначена для мелких деталей(например болты, винты и т.д.) Жидкая цементация проводиться путём погружения детали в печь с раствором бензина(керосина)+BaCl 2 =C n H m. Т ц = Время выдержки=6ч Охлаждение-воздух

8 Печь для жидкой цементации

9 Твёрдая цементация- предназначена для деталей простой формы(кубическое прямоугольное сечение деталей). Деталь помещается в цементационный ящик, на дно ящика засыпается порошок каменного угля(не менее 20мм),затем кладётся деталь и засыпается опять порошком(не менее 20мм),затем ящик закрывается крышкой и обмазывается огнеупорной глиной Т ц = Время выдержки 3-4 часа Охлаждение-воздух Твёрдая цементация- предназначена для деталей простой формы(кубическое прямоугольное сечение деталей). Деталь помещается в цементационный ящик, на дно ящика засыпается порошок каменного угля(не менее 20мм),затем кладётся деталь и засыпается опять порошком(не менее 20мм),затем ящик закрывается крышкой и обмазывается огнеупорной глиной Т ц = Время выдержки 3-4 часа Охлаждение-воздух

10 Печь для твёрдой цементации

11 Печь для газовой цементации

12 Структура после цементации

13 Азотирование- называется насыщение поверхностного слоя азотом. Оно осуществляется при Т= ;среда газовая- аммиак. После азотирование получается высокая твердость, износостойкость, детали обладают высокой коррозионной стойкостью. Простые углеродистые стали мало пригодны для азотирования, их поверхность получается хрупкой. Для азотирования применяют стали, легированные Al, Mo, Cr,которые необходимы для получения стойких нитридов

14 Процесс поверхностного насыщения стали Al, Cr, Si, B и другими элементами называется диффузионном металлизацией. Его осуществляют путём нагрева и выдержки стальных изделий в контакте с одним из перечисленных элементов, которые могут быть в твёрдом, жидком и газообразном состоянии. Такая обработка изделия предаёт поверхностным слоям стали жаропрочность, жаростойкость, износоустойчивость, сопротивление коррозии.

15 Алитирование- поверхностное насыщение стали алюминием для повышения жаростойкости до При нагреве алитированной стали на её поверхность образуется плотная плёнка в дальнейшем предохраняет металл от окисления.

16 Хромирование- поверхностное насыщение стали хромом в твёрдой, жидкой и газообразной средах. Хромированная сталь окалиностойкая (особенно при нагревании до ) и хорошо сопротивляется коррозии в водных растворах некоторых кислот или в морской воде)

17 Силицирование- поверхностное насыщение стали кремнием. Проводят для повышения износостойкости и кислотоупорности изделий. Силицированию подвергают трубы, арматуру, валики насосов, болты.

18 Борирование- поверхностное насыщение стали бором. Борирование используют для повышения износостойкости и высокой твёрдости, которая сохраняет до 950.Борированию подвергают детали, применяемые в оборудовании нефтяной промышленности: втулки нефтяных насосов. Недостаток борирования- слой обладает хрупкостью.

Химико-термическая обработка металлов и сплавов

1. Химико-термическая обработка металлов и сплавов

Химико-термическая обработка (ХТО) - это процесс
изменения химического состава, микроструктуры и
свойств поверхностного слоя путем его взаимодействия
со средой (твердой, жидкой, газообразной, плазменной),
содержащей легирующий элемент.
Цель ХТО - поверхностное упрочнение металлов и
сплавов и повышение их стойкости против воздействия
внешних агрессивных сред при нормальной и
повышенной температурах.
Основные параметры ХТО:
температура нагрева
время выдержки

3 стадии ХТО:
1. Диссоциация
2. Адсорбция
3. Диффузия
Диссоциация заключается в распаде молекул и
образовании активных атомов диффундирующего
элемента. Например, диссоциации окиси углерода
2СО→СО2+С.
Адсорбция - это контакт атомов диффундирующего
элемента с поверхностью стального изделия и
образования химических связей с атомами металла.
Диффузия - это проникновение насыщающего элемента
в глубь обрабатываемого металла.

Способы насыщения:
1. Из твердой фазы или порошковых засыпок
2. Из газовой фазы
3. Из жидкой среды
4. Из пасты
5. Вакуумом

5. Виды химико-термической обработки стали

Изменение % содержания
С на поверхности детали
из стали (0,1…0,2%С,
мелкозернистые)
с последующей ТО
Цементация
Цель
Высокая твердость на поверхности (58…62HRC),
мягкая сердцевина
Азотирование
(нитрирование)
Диффузия С
из карбюризатора
при Т=900…9500С
(950… 11000С )
V=0,8…1,0 мм/час
Твердый
Жидкий
Na2CO3+ NaCl+SiC
Газообразный
CH4 C+4H
3H + N Поверхность
Насыщение поверхностного слоя N .
NH3
Образование нитридов F и др. элементов
твердость
0C
480…700
(Al, Cr, Mo, V и др.) h 0,3…0,6; 0,015…0,02 мм.
900…1150HV.
Цель антикоррозионная стойкость и износостойкость. 0,1 мм. 10 час Сердц. сорбит
Цианирование
или
нитроцементация
Одновременное
насыщение
CиN
Ванна с расплавленными солями 0,15…0,22 мм/час
NaCH, KCN, Ca(CN)2 NaCl, BaCl2,Na2CO3
В газовой среде 0,1мм/час. СО2
20…30% NH3 низкотемп. 540…5600С,
3…7% NH3 высокотемп. 820…8600С.
800…
900HV
Алитирование (жидкое) 0,2…0,4 мм окалиностойкость до 9000С
Диффузионная
металлизация
Хромирование 0,1…0,3 мм 1200..1300HV окалиностойкость 8000С
Борирование Na2S4O7 2000HV износостойкость
Силицирование 2…5 час. 0,6…1,1 мм износостойкость

7. Цементация в твердом карбюризаторе

В качестве твердого карбюризатора
обычно используется древесный
уголь, графит, кокс и другие
материалы.
Активизаторы – углекислый
барий, кальцинированная сода,
поташ (карбонат калия) в
количестве 10-40% от массы
угля.
Недостатками данного способа
являются:
- значительные затраты времени (для
цементации на глубину 0,1 мм
затрачивается 1 час);
- низкая производительность процесса;
- громоздкое оборудование;
- сложность автоматизации процесса.
Способ применяется в мелкосерийном
производстве.
Температура цементации
в твердом карбюризаторе
900 – 950 °С.

8. Газовая и жидкая цементация

Для получения науглероживающей атмосферы применяют
природный газ (метан, этан, пропан, бутан), бензол, керосин.
Температура нагрева: 925-950 °С.
Длительность: 5 часов – 1 мм.
Преимущества способа:
• возможность получения заданной концентрации углерода в
слое (можно регулировать содержание углерода, изменяя
соотношение составляющих атмосферу газов);
• сокращение длительности процесса за счет уменьшения
времени выдержки и упрощения последующей
термической обработки;
• возможность полной механизации и автоматизации
процесса.
Способ применяется в серийном и массовом производстве.

9. Цементация пастами

Процесс заключается в нанесение на поверхность
цементуемой детали окунанием или с помощью кисти слоя
вещества, затем сушке и последующем нагреве.
Толщина слоя пасты должна быть в 6-8 раз больше
заданной глубины цементованного слоя.
Основными компонентами паст являются сажа и
кальцинированная сода, кокс малосернистый, сода или
поташ (карбонат калия).
Температура 950-1050 °С (1000—1050°С).

10. Вакуумная цементация

Служит для ускорения процесса за счет использования
высокотемпературной двухступенчатой цементации (с
высоким углеродным потенциалом на первом этапе) при
давлении ниже атмосферного (20 мбар или 0,019 атм.). В
качестве
науглероживающей
среды
в
основном
используется ацетилен (С2Н2), реже пропан (C3H8) и
этилена (С2Н4).
Недостатком вакуумной цементации является высокая
стоимость оборудования и применение ацетилена, который
поступает в печь из баллонов - сосудов Дьюара.

11. Микроструктура стали после цементации

Доэвтектоидная
зона
Эвтектоидная
Заэвтектоидная
зона
зона
Расстояние от поверхности
1,5 мм
1 мм
0,5мм

15. Диффузионная металлизация - это

процесс диффузионного насыщения поверхностных слоев
стали различными металлами. Она может осуществляться в
твердых, жидких и газообразных средах.
При диффузионной металлизации в твердых средах
применяют
порошкообразные
смеси,
состоящие
из
ферросплавов с добавлением хлористого аммония в
количестве 0,5-5%.
Жидкая диффузионная металлизация осуществляется
погружением детали в расплавленный металл (например
цинк, алюминий).
При газовом способе насыщения применяют летучие
хлористые соединения металлов, образующиеся при
взаимодействии хлора с металлами при высоких
температурах.
Поверхностное насыщение стали металлами проводится
при температуре 900-1200 °С.

16. Диффузионная металлизация

Одним из основных свойств металлизированных поверхностей
является жаростойкость, поэтому жаростойкие детали для рабочих
температур 1000…1200°С изготавливают из простых углеродистых
сталей с последующим алитированием, хромированием или
силицированием.
При алитировании сталь приобретает высокую окалиностойкость
и коррозионную стойкость в атмосфере и в ряде сред.
Хромирование проводят для повышения коррозионной стойкости,
кислотостойкости, окалиностойкости и т.д. Хромирование средне- и
высокоуглеродистых сталей повышает твердость и износостойкость.
Борирование проводят с целью повышения стойкости против
абразивного износа.
В результате силицирования сталь приобретает высокую
коррозионную стойкость в морской воде, в различных кислотах и
повышенную износостойкость. Кроме того, силицирование резко
повышает окалиностойкость молибдена и некоторых других металлов
и сплавов.

ХТО — это процесс поверхностного насыщения стали
каким-либо элементом (углеродом, азотом или тем и
другим одновременно, а также хромом, кремнием, бором и
др. путем диффузии элемента из внешней среды при
относительно высокой температуре).
ХТО обычно преследует две основные цели:
1)получение
более
твердой,
износоустойчивой
поверхности;
2)получение поверхности, которая была бы устойчива
против коррозии.
Наиболее распространенные виды химико-термической
обработки стали
цианирование
—
цементация,
азотирование
и

Наиболее
термической
распространенные
обработки
азотирование и цианирование.
стали
виды
—
химико-
цементация,

Некоторые методы упрочения поверхности металлических изделий
приведены на рис.
I— индукционная закалка, II — цианирование, III — нитроцементация,
IV — газовая цементация, V — цементация, VI — цементация в твердом
карбюризаторе, VII — азотирование, VIII —диффузное хромирование

Цементация
—
процесс
заключающийся
в
диффузионном насыщении поверхностного слоя стали
углеродом при нагреве в соответствующей среде.
Цель цементации — обогащение поверхностного
слоя деталей машин углеродом до концентрации 0,8—
1,1% и получение после закалки высокой твердости при
сохранении пластичной сердцевины.
Цементации подвергаются детали, изготовленные
из низкоуглеродистых сталей (0,1—0,2% С) марок 15, 20
или легированных низкоуглеродистых сталей марок 20Г,
20Х, 20ХФ, 12ХНЗА, 20Х2Н4А, 18ХГТ, 18Х2Н4ВА, 20ХГНР
и др.

Цементация
может
проводиться
в
твердых,
газообразных и жидких углеродсодержащих средах,
которые называются карбюризаторами.
Цементация в твердом карбюризаторе. Наиболее
старым способом является цементация в твердой среде
(в
твердом
карбюризаторе).
При
этом
способе
цементации карбюризатором служит смесь древесного
угля и углекислых солей (углекислого бария — ВаСО3,
углекислого натрия (соды) — Na2CО3 и др.). Углекислые
соли добавляются к древесному углю в количестве 10—
40%. В практике цементации применяют различные
составы карбюризаторов.

Для цементации в твердом карбюризаторе детали
помещают в цементационный (стальной) ящик и
засыпают карбюризатором. Упаковка деталей в ящик с
карбюризатором должна производиться таким образом,
чтобы детали со всех сторон были окружены
карбюризатором и не соприкасались друг с другом, со
стенками и дном ящика. Ящик закрывают крышкой и
замазывают огнеупорной глиной. Через отверстия в
крышке в ящик вставляют стержни из такой же
низкоуглеродистой стали, из которой изготовлены
цементуемые
детали.
Эти
стержни
называются
«свидетелями» и служат они для контроля цементации.
Ящик с упакованными в нем в карбюризаторе деталями
помещают в печь и нагревают до 900—950° С.

При нагреве протекают следующие процессы. Углерод
угля соединяется с кислородом воздуха, находящимся в
ящике, и образуется окись углерода (СО). Этот процесс
можно
представить
следующей
реакцией:
2С + O2 = 2СО
Окись углерода разлагается на углекислый газ (С02) и
углерод, образующийся в виде атомов (атомарный
углерод):
2СО-С02 + С
Атомарный углерод проникает (диффундирует) в
поверхностный слой детали. Так как детали нагреты до
900—950° С, т. е. выше верхней критической точки Ас3у и
в стали при такой температуре образуется 7-железо,
углерод, проникая в сталь, растворяется в v-железе с
образованием
аустенита:
3Fe. + C = Fe3C.

Азотирование
—
это
технологический
процесс
химико-термической обработки, при которой поверхность
различных металлов или сплавов насыщают азотом в
специальной азотирующей среде. Поверхностный слой
изделия, насыщенный азотом, имеет в своём составе
растворённые
нитриды
и
приобретает
повышенную
коррозионную стойкость и высочайшую микротвёрдость.
По
микротвёрдости
азотирование
уступает
только
борированию, в то же время превосходя цементацию и
нитроцементацию (незначительно).

Металлы и сплавы, подвергаемые азотированию
Стали углеродистые и легированные, конструкционные
и инструментальные.
Высокохромистые чугуны, высокохромистые
износоустойчивые сплавы, хром.
Титан и титановые сплавы.
Бериллий.
Вольфрам.
Ниобиевые сплавы.
Порошковые материалы.

Назначение азотирования
•Упрочнение поверхности
•Защита от коррозии
•Повышение усталостной прочности
В
зависимости
технологические
от
назначения
процессы
существенно отличаться.
используемые
азотирования
могут

Основные процессы азотирования
Газовое азотирование
Насыщение поверхности металла производится при температурах
от 400 (для некоторых сталей) до 1200 (аустенитные стали и
тугоплавкие металлы) градусов Цельсия. Средой для насыщения
является диссоциированный аммиак. Для управления структурой и
механическими свойствами слоя при газовом азотировании сталей
применяют:
• двух-, трёхступенчатые температурные режимы насыщения;
• разбавление диссоциированного аммиака:
• воздухом,
• реже водородом.
Контрольными параметрами процесса являются:
• степень диссоциации аммиака
• расход аммиака
• температура
• расходы
дополнительных
технологических
газов
(если
применяются).

Каталитическое газовое азотирование
Это последняя модификация
технологии газового
азотирования. Средой для насыщения является аммиак,
диссоциированный при температуре 400—600 градусов
Цельсия на катализаторе в рабочем пространстве печи.
Для управления структурой и механическими свойствами
слоя при каталитическом газовом азотировании сталей
применяют изменение.

Ионно-плазменное азотирование
Технология насыщения металлических изделий в
азотсодержащем вакууме (примерно 0,01 атм.), в котором
возбуждается тлеющий электрический разряд. Анодом
служат стенки камеры нагрева, а катодом —
обрабатываемые изделия. Для управления структурой
слоя и механическими свойствами слоя применяют (в
разные стадии процесса):
• изменение плотности тока
• изменение расхода азота
• изменение степени разряжения
• добавки к азоту особочистых технологических газов:
водорода
аргона
метана
кислорода.

Оборудование для азотирования
Для
проведения
газового
азотирования
используются
преимущественно шахтные, ретортные и камерные печи. Для
подготовки аммиака перед подачей в печь используется диссоциатор.
Для проведения каталитического газового азотирования
используются преимущественно шахтные, ретортные и камерные
печи, оснащенные встроенными катализаторами и кислородными
зондами для определения насыщающей способности атмосферы.
Для проведения процессов ионно-плазменного азотирования
применяются специализированные установки, в которых происходит
нагрев изделий за счёт катодной бомбардировки и, собственно,
насыщение.
Для азотирования из растворов электролитов применяются
установки для электрохимико-термической обработки.

Урок по материаловедению тема: Химико- термическая обработка
презентация к уроку на тему

Цель занятия: 1.Повторить основные понятия из темы «Термическая обработка» 2. Изучить : сущность химико - термической обработки стали. виды химико-термической обработки и диффузионной металлизации.

Вопрос 1 Определение : «Термическая обработка стали» ? Термической обработкой стали называют совокупность операций нагрева, выдержки и охлаждения твердых металлических сплавов с целью получения заданных свойств за счет изменения внутреннего строения и структуры

Вопрос 2 Назовите основные факторы термической обработки ? температура время скорость нагрева и охлаждения

Вопрос 3 Назовите виды термической обработки металлов ? химическая обработка химико – термическая обработка термомеханическая обработка

Вопрос 4 С какой целью проводится термическая обработка ? для изменения механических свойств стали(прочности, твердости, пластичности, вязкости)

Вопрос 5 Объясните понятие слова : Диффузия Диффузия – это перемещение адсорбированных атомов вглубь изделия

Вопрос 6 Назовите основные виды термической обработки стали ? отжиг закалка отпуск

Вопрос 7 Чем отличаются между собой отжиг, закалка, отпуск ? температурой нагрева временем выдержки способом охлаждения(вместе с печью или на воздухе)

Химико-термической обработкой (ХТО) называется процесс поверхностного насыщения металлических (а в ряде случаев и неметаллических) материалов различными элементами, путем их диффузии из внешней среды при высокой температуре. Цель химико - термической обработки : поверхностное упрочнение металлов и сплавов и повышение их стойкости против воздействия внешних агрессивных сред при нормальной и повышенной температурах.

Процессы химико-термической обработки включают три одновременно протекающие основные стадии : 1 ) образование в окружающей среде активных, способных диффундировать, атомов насыщающего элемента, 2 ) адсорбция определенного количества активных атомов поверхностью металла, 3 ) диффузия адсорбированных атомов от поверхности вглубь металла.

Толщина диффузионного слоя зависит от : температуры нагрева, продолжительности выдержки при насыщении концентрации диффундирующего элемента на поверхности. После процесса диффузии детали могут быть сразу готовы к использованию или должны подвергаться дополнительной термической обработке.

Диффузионное насыщение поверхности деталей проводят различными элементами : углеродом , азотом, хромом, алюминием, кремнием и др. В зависимости от того каким элементом проводят насыщение процесс называют цементацией (углерод), азотированием (азот), хромированием (хром), силицированием (кремний) и т.д.

Наиболее распространенными видами химико-термической обработки являются 1 цементация 2 нитроцементация и цианирование 3 азотирование 4 борирование 5. диффузионная металлизация

Ц е м е н т а ц и я Цементация (науглероживание) — Процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стали углеродом. Цель цементации - повышение твердости, износостойкости, также повышение пределов контактной выносливости поверхности изделия при вязкой сердцевине, что обеспечивает выносливость изделия в целом при изгибе и кручении

Цементация Цементации подвергаются детали с низким содержанием углерода до 0,25%. Цементацию можно проводить в твердых, жидких и газовых средах, которые называются карбюризаторами.

Твердая цементация Твердая цементация производится в специальных ящиках, в которых детали укладываются попеременно с карбюризатором (древесный уголь и торфяной кокс с углекислым барием и кальцинированной содой). Ящики закрываются крышками и замазываются огнеупорной глиной , чтобы не было доступа воздуха. Затем ящик помещают в термическую печь и нагревают до температуры 900 — 950 °С . Ящик после цементации охлаждают на воздухе до температуры 300 — 400 °С , извлекают из него детали, производят термическую обработку деталей, закалку с последующим низким отпуском.

Печь для твёрдой цементации

Недостатки цементации в твердом карбюризаторе : значительные затраты времени (для цементации на глубину 0,1 мм затрачивается 1 ч); низкая производительность процесса; громоздкое оборудование; сложность автоматизации процесса.

Жидкая цементация Жидкая цементация - предназначена для мелких деталей(болты, винты, шпильки и т.д.) Жидкая цементация проводится путём погружения детали в печь с раствором бензина(керосина)+ BaCl2= CnHm . Тц = 840 — 860 °С Время выдержки = 6ч Охлаждение – воздух

Печь для жидкой цементации

Газовая цементация В качестве газообразного карбюризатора применяется газ СН4 или С3Н8. Тц = 920 — 930 °С время выдержки 3 - 4 часа охлаждение - воздух

Печь для газовой цементации

Газовая цементация Преимущества способа: 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

Цементация применение В машиностроении и авиационной промышленности - цементируются детали, подвергающиеся большому трению или ударам, например, шарнирные валки, шейки осей, гайки, винты и др., Цементация в твердом карбюризаторе применяется в мелкосерийном производстве. Газовая цементация применяется в серийном и массовом производстве..

Нитроцементация Нитроцементация — это процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стали одновременно углеродом и азотом. Цель : повышение износостойкости и коррозионной стойкости, а также прочности стальных деталей .

Применение процесса нитроцементации для упрочнения зубчатых колес высокое содержание остаточного аустенита обеспечивает хорошую прирабатываемость например, не шлифуемых автомобильных шестерен, что обеспечивает их бесшумность. для инструментальных (в частности, быстрорежущих) сталей; для деталей сложной конфигурации, склонных к короблению. Нитроцементация характеризуется безопасностью в работе, низкой стоимостью.

Схемы микроструктур после химико-термической обработки сталей Сталь 20Х, ГОСТ 4543-71 Цементация с последующей закалкой и низким отпуском Поверхностный слой – высокоуглеро дистый мартенсит. Сердцевина – малоуглеродистый бейнит Сталь 08КП, ГОСТ 1050-88 Нитроцементация с последующей закалкой и низким отпуском Поверхностный слой – высокоуглеродистый мартенсит с карбидами. Сердцевина – феррит

Цианирование Цианирование - процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стали одновременно углеродом и азотом в расплавленной цианистой соли. Цель : повышение поверхностной твердости, износостойкости, предела выносливости при изгибе и контактной выносливости.

Цианирование В зависимости от используемой среды различают цианирование в: твердых средах; жидких средах; газовых средах. В зависимости от температуры нагрева цианирование подразделяется на низкотемпературное и высокотемпературное .

Цианирование Цианирование в жидких средах производят с расплавленными солями в ваннах . Газовое цианирование производится в специально герметически закрытых печах. Высокотемпературное цианирование проводят при Т= 800…950 С , выдержка от 1,5 до 6 часов. Глубина слоя от 0,5 до 2мм. После высокотемпературного цианирования детали подвергают закалке и низкому отпуску.

Цианирование Применяют в автомобильной и тракторной промышленности для мелких деталей из среднеуглеродистых сталей, работающих при небольших удельных нагрузках, а также для режущего инструмента из быстрорежущей стали. Для упрочнения валов, осей, зубчатых колёс и других деталей, работающих при значительных знакопеременных нагрузках. Основным недостатком цианирования является ядовитость цианистых солей.

Азотирование Азотирование — процесс химико - термической обработки, заключающейся в диффузионном насыщении поверхностного слоя стали азотом. Цель : повышение твердости, износостойкости и повышения коррозионной стойкости (антикоррозийное азотирование)

Азотирование Азотированию подвергаются детали, изготовленные из среднеуглеродистых легированных сталей марок 35ХМЮА и 38ХМЮА (цилиндров двигателя, насосы, зубчатых колес, валов, гильз и детали штампов). Твердость и толщина азотированного слоя зависит от температуры. Чем выше температура, тем глубже слой, но меньше твердость.

Азотирование Азотирование проводят по одноступенчатому режиму при нагреве детали до Т= 500. 700° С в атмосфере аммиака выдержка 90 часов или по двухступенчатому режиму : Т = 500. 520° С с выдержкой 15-20 часов, Т = 550. 570° С, выдержка 20-25 часов. Толщина азотированного слоя 0,3-0,6 мм.

Борирование Борирование - это процесс химико-термической обработки заключающийся в диффузионном насыщении поверхностного слоя стали бором. Цель : повышение износостойкости (в условиях сухого трения, скольжения со смазкой и без смазки, абразивного изнашивания и т.п ). повышение коррозийной стойкости железоуглеродистых сплавов во многих агрессивных средах и жаростойкости при температурах ниже 850 С 0

Борирование Методы борирования : газовое жидкостное Газовое борирование проводят в специальных установках за счет разложения газообразных соединений бора. Газовое борирование проводят при Т= 800-850 °С. Время выдержки от 2 до 6 ч. Глубина слоя от 0,5 -1мм.

Борирование Борированию подвергают детали применяемые в оборудовании нефтяной промышленности : втулки, подшипники и рабочие колеса, погружные центробежные насосы, диски турбобура, вытяжные, гибочные и формовочные штампы, детали пресс-форм машин, литья под давлением и детали из углеродистых и легированных сталей с различным содержанием углерода

Схемы микроструктур после химико-термической обработки сталей Сталь 4Х5В2ФС ГОСТ 5950-73 Закалка с отпуском и последующее азотирование Поверхность – темный азотированный слой. Сердцевина – тростит отпуска Сталь 38ХС, ГОСТ 4543-71 Борирование и поверхностная закалка Поверхностный слой – тонкая зона светлых вытянутых зерен боридов, широкая зона мартенсита. Сердцевина – перлит и небольшое количество мелких зерен феррита

Диффузионная металлизация В настоящее время все большее распространение получают процессы многокомпонентного диффузионного насыщения. Диффузионная металлизация — это процесс насыщения поверхности стали алюминием , хромом, цинком и другими металлами , придающими ей те или иные свойства . Цель : повышение жаростойкости, коррозионной стойкости, износостойкости и твердости.

Диффузионную металлизацию можно проводить в твёрдых, жидких, газообразных средах. При диффузионной металлизации в твердых средах применяют порошкообразные смеси, состоящие из ферросплавов с добавлением хлористого аммония в количестве 0,5-5%. Жидкая диффузионная металлизация осуществляется погружением детали в расплавленный металл (цинк, алюминий и др ). При газовом способе насыщения применяют летучие хлористые соединения металлов, образующиеся при взаимодействии хлора с металлами при высоких температурах .

Диффузионная металлизация (алитирование) Наиболее изученным в настоящее время является процесс алитирования. Алитирование - это процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стали алюминием. Алитирование проводят в средах : твердых и жидких. Цель : для повышения жаростойкости, окалиностойкости и коррозионной стойкости в атмосфере и морской воде. Алитирование в твердой среде при Т = 850 -900 С 0 Время выдержки от 3-12часов Глубина слоя 0,3 – 0,5 мм Алитирование в твердой среде при Т = 750 -800 С 0 Время выдержки от 45 – 90 минут Глубина слоя 0,20 – 0,35 мм

Диффузионная металлизация (хромирование) Хромирование - это процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стали хромом Цель : получение высокой твердости, износостойкости, жаростойкости и коррозионной стойкости поверхности стальных изделий. Хромирование проходит в твердой, жидкой и газовой средах . Жидкостное хромирование проводят путем нагрева детали в ванне : Т = 90 0 - 11 00 С 0 Время выдержки от 5 -2 0 часов Глубина слоя 0, 1 – 0, 3 мм

Диффузионная металлизация ( силицирование ) Силицирование - процесс химико-термической обработки, заключающийся в диффузионном насыщении поверхностного слоя стали кремнием. Цель : п олучение коррозионной стойкости и жаростойкости поверхности стальных деталей Силицирование проводят в газовых средах при Т = 950 — 1100 °C, выдержка 2-5 часов глубина слоя 0,6- 1,4 мм. . .

Силицирование Применение : Силицированию подвергают детали, используемые в оборудовании химической, бумажной и нефтяной промышленности(валики насосов, трубопроводы, арматура, гайки, болты) и деталей, работающих в агрессивных средах. После силицирования детали устойчивы к работе в азотной серной и соляной кислотах.

Диффузионная металлизация Применение металлизации, используются для нанесения защитного слоя на подложки из различных металлов, сплавов и неметаллических материалов (пластмассы, стекла, керамика, бумага, ткани и др.). Металлизация находит применение в электротехнике, радиоэлектронике, оптике, ракетной технике, автомобильной промышленности, судостроении , самолётостроении и др. областях техники. Алитированию подвергают трубы, инструмент для литья цветных сплавов, чехлы термопар, детали газогенераторных машин и т.д. Хромирование применяют для пароводяной арматуры, клапанов, вентилей.

Прогрессивные технологии и оборудование для ресурсосберегающих и безотходных процессов химико-термической обработки Ионное азотирование и кабонитирование Процесс осуществляется в азотсодержащей газовой среде под воздействием тлеющего электрического разряда между катодом (деталями) и анодом (стенками вакуумной камеры). В результате формирования активной плазмы — ионизированного газа активно образуются различные модификации диффузионных покрытий, обладающие высоким качеством.

Сферы применения технологий ионного азотирования и карбонитрирования весьма обширны, это без исключения все отрасли промышленности . Ионно плазменное азотирование

Автоматическая линия служит для термической и химико-термической обработки

Основные преимущества и отличия новых технологий в сравнении с существующими процессами ХТО Экологическая чистота, безвредность и безотходность процессов; Ресурсосбережение за счет резкого сокращения электроэнергии в 2-5 раз и рабочих газов в 100-200 раз ; Повышение производительности, снижение трудоёмкости и себестоимости обработки в 2-4 раза; Повышение качества покрытий за счет равномерного, регулируемого и бездефектного формирования упрочненных слоёв; и т.д.

Вопросы для закрепления материала 1 .В чем отличие химико-термической обработки от термической ? 2.Какие химико-физические свойства обеспечиваются при химико - термической обработке ? 3.Виды химико - термической обработки ? 4.Что называется твердостью, износостойкостью, прочностью, вязкостью, пластичностью, упругостью ? 5.Чем обусловлена твердость цементационного слоя ? 6.Напишите марки углеродистой стали для цементации ? 7.Что называется карбюризатором ?

Вопрос 1 Перемещение адсорбированных атомов вглубь изделия это : 1.Адсорбция 2.Диссоциация 3.Диффузия

Вопрос 2 Какие факторы влияют толщину диффузионного слоя ? температуры нагрева, продолжительности выдержки при насыщении концентрации диффундирующего элемента на поверхности.

Вопрос 3 Интенсивность процесса диффузионного насыщения при химико - термической обработке зависит от : 1. теплоты активации 2 . температуры ХТО 3 . скорости нагрева 4. времени выдержки

Вопрос 4 Насыщение поверхностного слоя деталей металлами (легирующими элементами) - хромом, алюминием, кремнием, бором и др. 1. Цементация 2. Диффузионная металлизация 3. Силицирование 4. Азотирование

Вопрос 5 Температура какого процесса ниже на 100 ˚ С при росте диффузионного слоя на глубину 0,5 мм и практически одинаковой скорости роста нитроцеменитрованного цементированного

Вопрос 6 Процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя алюминием это : 1.Силицирование 2. Диффузионная металлизация 3.Алитирование 4.Цементация

Вопрос 7 Процесс диффузионного насыщения поверхности кремнием это : 1.Силицирование 2. Цианирование 3.Алитирование 4.Цементация

Вопрос 8 Химико-термическая обработка, при которой поверхность насыщается одновременно углеродом и азотом. 1.Силицирование 2. Цианирование 3. Алитирование 4. Цементация

Вопрос 9 Азотирование детали повышает : 1. износостойкость 2. ударную вязкость 3. относительное удлинение 4. относительное сужение

Вопрос 10 Азотирование является процессом предварительной термообработки или проводится на готовых изделиях ? Проводится на готовых изделиях

Презентация по материаловедению На тему «Химико- термическая обработка» - презентация

9 Твёрдая цементация- предназначена для деталей простой формы(кубическое прямоугольное сечение деталей). Деталь помещается в цементационный ящик, на дно ящика засыпается порошок каменного угля(не менее 20 мм),затем кладётся деталь и засыпается опять порошком(не менее 20 мм),затем ящик закрывается крышкой и обмазывается огнеупорной глиной Т ц = Время выдержки 3-4 часа Охлаждение-воздух Твёрдая цементация- предназначена для деталей простой формы(кубическое прямоугольное сечение деталей). Деталь помещается в цементационный ящик, на дно ящика засыпается порошок каменного угля(не менее 20 мм),затем кладётся деталь и засыпается опять порошком(не менее 20 мм),затем ящик закрывается крышкой и обмазывается огнеупорной глиной Т ц = Время выдержки 3-4 часа Охлаждение-воздух

18 Борирование- поверхностное насыщение стали бором. Борирование используют для повышения износостойкости и высокой твёрдости, которая сохраняет до 950. Борированию подвергают детали, применяемые в оборудовании нефтяной промышленности: втулки нефтяных насосов. Недостаток борирования- слой обладает хрупкостью.

Читайте также: