Для повышения окалиностойкости коррозионной стойкости стальных деталей их подвергают
Обновлено: 18.05.2024
Химико-термической обработкой называют процесс, представляющий собой сочетание термического и химического воздействия с целью изменения состава, структуры и свойств поверхностного слоя стали.
Цель химико-термической обработки: повышение поверхностной твердости, износостойкости, предела выносливости, коррозионной стойкости, жаростойкости (окалиностойкости), кислотоустойчивости.
Наибольшее применение в промышленности получили следующие виды химико-термической обработки: цементация; нитроцементация; азотирование; цианирование; диффузионная металлизация.
Цементация– это процесс поверхностного насыщения углеродом, произведенный с целью поверхностного упрочнения деталей.
В зависимости от применяемого карбюризатора цементация подразделяется на три вида: цементация твердым карбюризатором; газовая цементация (метан, пропан, природный газ).
Газовая цементация. Детали нагревают до 900–950ºС в специальных герметически закрытых печах, в которые непрерывным потоком подают цементующий углеродосодержащий газ [естественный (природный) или искусственный].
Процесс цементации в твердом карбюризаторезаключается в следующем. Детали, упакованные в ящик вместе с карбюризатором (смесь древесного угля с активизатором), нагревают до определенной температуры и в течении длительного времени выдерживают при этой температуре, затем охлаждают и подвергают термической обработке.
Цементации любым из рассмотренных выше способов подвергаются детали из углеродистой и легированной стали с содержанием углерода не более 0,2%. Цементация легированных сталей, содержащих карбидообразующие элементы Cr, W, V, дает особо хорошие результаты: у них, кроме повышения поверхностной твердости и износостойкости, увеличивается также предел усталости.
Азотирование– это процесс насыщения поверхностного слоя различных металлов и сплавов, стальных изделий или деталей азотом при нагреве в соответствующей среде. Повышается твердость поверхности изделия, выносливости, износостойкости, повышение коррозионной стойкости.
Цианирование–.насыщение поверхностного слоя изделий одновременно углеродом и азотом.
В зависимости от используемой среды различают цианирование: в твердых средах; в жидких средах; в газовых средах.
В зависимости от температуры нагрева цианирование подразделяется на низкотемпературное и высокотемпературное.
Цианирование в жидких средах производят в ваннах с расплавленными солями.
Цианирование в газовых средах (нитроцементация ). Процесс одновременного насыщения поверхности детали углеродом и азотом. Для этого детали нагревают в среде, состоящей из цементующего газа и аммиака, то есть нитроцементация совмещает в себе процессы газовой цементации и азотирования.
Диффузионное насыщение металлами и металлоидами
Существуют и применяются в промышленности способы насыщения поверхности деталей различными металлами (алюминием, хромом и др.) и металлоидами (кремнием, бором и др.) Назначение такого насыщения – повышение окалиностойкости, коррозионностойкости, кислотостойкости, твердости и износостойкости деталей. В результате поверхностный слой приобретает особые свойства, что позволяет экономить легирующие элементы.
Алитирование – процесс насыщения поверхностного слоя стали алюминием для повышения жаростойкости (окалиностойкости) и сопротивления атмосферной коррозии.
Алитирование проводят в порошкообразных смесях, в ваннах с расплавленным алюминием, в газовой среде и распыливанием жидкого алюминия.
Хромирование– процесс насыщения поверхностного слоя стали хромом для повышении коррозионной стойкости и жаростойкости, а при хромировании высокоуглеродистых сталей – для повышения твердости и износостойкости.
Силицирование– процесс насыщения поверхностного слоя детали кремнием для повышения коррозионной стойкости и кислотостойкости. Силицированию подвергают детали из низко- и среднеуглеродистых сталей, а также из ковкого и высокопрочного чугунов.
Борирование – процесс насыщения поверхностного слоя детали бором. Назначение борирования – повысить твердость, сопротивление абразивному износу и коррозии в агрессивных средах, теплостойкость и жаростойкость стальных деталей. Существует два метода борирования: жидкостное электролизное и газовое борирование.
Сульфидирование– процесс насыщения поверхностного слоя стальных деталей серой для улучшения противозадирных свойств и повышения износостойкости деталей.
Сульфоцианирование – процесс поверхностного насыщения стальных деталей серой, углеродом и азотом. Совместное влияние серы и азота в поверхностном слое металла обеспечивает более высокие противозадирные свойства и износостойкость по сравнению насыщение только серой.
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Повышение коррозионной стойкости стали при действии пресной и морской воды, азотной кислоты, окислительной среды при высокой температуре ( окалиностойкость) достигается хромированием - насыщением поверхностного слоя хромом. [1]
На повышение коррозионной стойкости стали оказывает положительное влияние добавка никеля. Оптимальным содержанием следует считать для этого типа стали 4 % Ni, поскольку более высокое его содержание практически не изменяет скорость коррозии. [3]
Порошки применяют и для повышения коррозионной стойкости стали и чугуна, особенно в конструкциях, подверженных атмосферному воздействию ( опоры линий электропередачи, элементы строительных конструкций и пр. [4]
Таким образом, для повышения коррозионной стойкости сталей желательно, чтобы легирующий элемент окислялся легче железа, но давал пленку окислов, предохраняющую его от дальнейшего окисления и разъедания. К таким элементам относятся хром, кремний, алюминий, образующие плот-аые пленки окислов ( Cr2Os, SiO2, А12Оз), стойкие в большинстве коррозионных сред. [5]
Если азотирование делается только для повышения коррозионной стойкости стали , детали могут быть изготовлены из конструкционных сталей любых марок. [6]
Уменьшение количества карбидной фазы и повышение коррозионной стойкости стали с увеличением степени пластической деформации при ВТМО носит затухающий характер. [8]
Рассмотрение парциальных кинетических кривых показывает, что повышение коррозионной стойкости стали при легировании кремнием ( см. рис. 3) и уменьшение при этом селективности растворения ( см. рис. 4) обусловлено тем, что кремний затрудняет выход в раствор наименее коррозионно-стойкого компонента - железа. Скорость перехода в раствор хрома в этом случае тормозится в меньшей степени. [9]
В последние годы в качестве нового пути повышения коррозионной стойкости сталей является получение сплавов повышенной чистоты методом вакуумной плавки. [10]
В патентной литературе рекомендуются также присадки 0 05 - 5 0 % сурьмы для повышения коррозионной стойкости стали . [11]
Экономное легирование хромом, марганцем, кремнием ( или мышьяком), фосфором, медью и молибденом приводит к повышению коррозионной стойкости стали в подводной зоне по сравнению со СтЗ или 14Г2АФ и зоне переменного смачивания примерно вдвое в первые годы испытаний. [12]
Стандарт предусматривает: а) испытание на загиб в нагретом состоянии на 180 без оправки при толщине листа до 20 мм; б) ударную вязкость на продольных и поперечных образцах; в) введение в сталь меди для повышения коррозионной стойкости стали . [13]
Повышение коррозионной стойкости стали в промышленной атмосфере при легировании медью связывают с образованием на поверхности металла сравнительно плохо растворимых основных сульфатов ( из S02, входящего в состав промышленных загрязнений), из которых постепенно формируется непроницаемая пленка продуктов коррозии. [15]
Торопить женщину - то же самое, что пытаться ускорить загрузку компьютера. Программа все равно должна выполнить все очевидно необходимые действия и еще многое такое, что всегда остается сокрытым от вашего понимания. Законы Мерфи (еще. )
Повышение - окалиностойкость
Механизмы защитного действия оксидных пленок, образующих - ся на металлических покрытиях и на жаростойких сплавах, аналогичны, поэтому при выборе состава жаростойких покрытий можно учитывать достаточно подробно разработанные принципы легирования стали. Для повышения окалиностойкости в сталь добавляют легирующие элементы, обладающие большим сродством к кислороду, чем железо. Такими элементами чаще всего являются хром, алюминий, кремний, которые образуют на поверхности при нагреве тонкую, плотную пленку окислов, надежно защищающую металл от дальнейшего окисления. Жаростойкость практически не зависит от структуры металла, а определяется химическим составом. Увеличение процентного содержания хрома, алюминия или кремния, образующих плотные окислы Cr20g, A1203, Si02, обусловливает повышение жаростойкости и уровня рабочих температур. [31]
Жаростойкость ( окалиностойкость) характеризует сопротивление окислению при высоких температурах. Для повышения окалиностойкости сталь легируют элементами, которые благоприятным образом изменяют состав и строение окалины. Образовавшаяся тонкая пленка из этих окислов затрудняет процесс дальнейшего окисления. [32]
Качество хромистых чугунов может быть улучшено при введении в их состав различных присадок. Так, кремний способствует повышению окалиностойкости и улучшению механических свойств, титан-улучшению структуры ( мелкокристаллическая), медь - повышению коррозионной стойкости в восстановительных средах. [33]
Качество хромистых чугунов может быть улучшено при введении в их состав различных присадок. Так, кремний способствует повышению окалиностойкости и улучшению механических свойств, титан - улучшению структуры ( мелкокристаллическая), медь - повышению коррозионной стойкости в восстановительных средах. [34]
Сильхромы с высоким содержанием хрома ( 20 %) применяют реже. Добавочное легирование алюминием более эффективно сказывается на повышении окалиностойкости сплава , чем повышение содержания хрома. [36]
Осуществляется для деталей из стали с 0 1 - 0 2 % С для повышения окалиностойкости . [37]
Алитирование - насыщение поверхности изделий алюминием. Осуществляется для деталей из стали с 0 1 - 0 2 % С для повышения окалиностойкости . [38]
Чистые металлы, естественно, не могут удовлетворить этим многообразным требованиям. Поэтому применяют сплавы на никелевой и железной основе, образующие твердые растворы. Для повышения окалиностойкости и жаропрочности в сплавы добавляют хром, алюминий, кремний, а иногда молибден и другие компоненты. [40]
При высоких температурах, как мы знаем, сталь сильно окисляется и детали быстро выходят из строя. Для предохранения деталей, работающих при высоких температурах, от быстрого разрушения их изготовляют из специальных окалиностойких сталей. Но эти стали очень дороги и дефицитны. Поэтому часто изготовляют такие детали из простых углеродистых сталей, а для повышения окалиностойкости на их поверхности искусственно создается ока-линостойкий алитированный слой. [41]
8. Основы термической обработки и поверхностного упрочнения сплавов / Химико-термическая обработка/ Поверхностная закалка
Процесс азотирования заключается в нагреве детали до температуры 500–600 °С в среде аммиака. При разложении аммиака, протекающего по реакции NH3 → 3H + N, образуется атомарный азот, который диффундирует в поверхностный слой детали, где взаимодействует с железом и легирующими элементами с образованием нитридов. Материаловедение и технология конструкционных материалов : учеб. / под ред. В. Б. Арзамасова, А. А. Черепахина – М. : Академия, 2009. – 448 с. Ржевская, С. В. Материаловедение : учеб. – М. : ЛОГОС, 2004. – 424 с.
Азотированию подвергают обычно стали …
Азотирование железа и углеродистой стали не приводит к значительному повышению твердости, поэтому азотированию подвергают обычно легированные стали.
Глубина закаленного слоя при поверхностной закалке с нагревом токами высокой частоты зависит, главным образом, от …
Глубина закаленного слоя (х) при поверхностной закалке с нагревом токами высокой частоты зависит, главным образом, от частоты тока f:Диффузионное насыщение стати углеродом осуществляется в активной среде, называемой .
Насыщение стали углеродом проводится в твердой или газовой средах, называемых карбюризаторами.
Для изготовления цементуемых деталей целесообразно использовать сталь …
Цементацию проводят с целью повышения твердости, износостойкости, контактной выносливости поверхностного слоя при сохранении вязкой сердцевины, поэтому цементации подвергают обычно низкоуглеродистые стали, содержащие до 0,25 % углерода. Из перечисленных сталей для изготовления цементуемых деталей целесообразно использовать 18ХГТ.
Для повышения окалиностойкости стали подвергают …
Для повышения окалиностойкости стали подвергают алитированию – насыщению поверхностного слоя стали алюминием.
Для повышения окалиностойкости, коррозионой стойкости стальных деталей их подвергают …
Для повышения окалиностойкости, коррозионной стойкости стальных деталей их подвергают хромированию, осуществляемому путем диффузионного насыщения поверхностных слоев изделий хромом из внешней активной среды.
Для получения высокой твердости поверхности трущихся деталей машин при сохранении вязкой сердцевины применяют___ закалку
Для получения высокой твердости поверхности трущихся деталей машин при сохранении вязкой сердцевины используют поверхностную закалку.
Одновременное насыщение поверхности изделий углеродом и азотом
в газовой среде называется .
Одновременное насыщение поверхности изделий углеродом и азотом в газовой среде называется нитроцементацией.
Оптимальное содержание углерода в цементованном слое составляет
При меньшем содержании углерода не достигается достаточно высокого уровня твердости, при более высоком образуется цементитная сетка или грубые включения цементита, что приводит к ухудшению механических свойств цементуемого изделия.
Поверхностной закалке подвергают ___ стали.
Поверхностной закалке подвергают среднеуглеродистые стали, содержащие 0,4–0,5 % С. Такие стали после поверхностной закалки имеют высокую поверхностную твердость, износостойкость, предел выносливости при сохранении вязкой сердцевины.
Поверхностной закалке с индукционным нагревом целесообразно подвергать изделия из стали .
Поверхностную закалку проводят для придания обрабатываемому изделию высокой поверхностной твердости, износостойкости, повышения предела выносливости при сохранении вязкой сердцевины.
Этот комплекс свойств после поверхностной закалки приобретают стали, содержащие 0,4-0,5 % углерода (40, 45, 40Х, 45Х, 40ХН и др.).
После проведения азотирования …
Термическую обработку деталей (закалку с высоким отпуском) проводят перед азотированием с целью получения повышенной прочности и вязкости сердцевины. После азотирования дополнительной термической обработки не требуется.
После цементации детали обычно подвергают …
После цементации с целью обеспечения высокой твердости поверхностного слоя проводят неполную закалку и низкий отпуск. В результате такой обработки поверхностный слой приобретает структуру мартенсита отпуска с мелкими включениями карбидов.
При изготовлении относительно неответственных деталей из низкоуглеродистых сталей, для которых важна высокая поверхностная твердость, а другие свойства не имеют значения, применяют …
При температуре цементации (900–970°С) происходит образование крупного зерна аустенита как на поверхности, так и в сердцевине детали. При быстром охлаждении на поверхности образуется мартенсит закалки и остаточный аустенит, а в сердцевине – крупнозернистая перлитно-ферритная структура. Для снятия закалочных напряжений после закалки проводят низкий отпуск.
Способ применяется при изготовлении относительно неответственных деталей, для которых важна высокая поверхностная твердость, а другие свойства не имеют значения. Материаловедение и технология конструкционных материалов : учеб. / под ред. В. Б. Арзамасова, А. А. Черепахина – М. : Академия, 2009. – 448 с. Ржевская, С. В. Материаловедение : учеб. – М. : ЛОГОС, 2004. – 424 с.
Процесс одновременного насыщения поверхности стали углеродом и азотом в газовой среде называется …
Процесс одновременного насыщения поверхности стали углеродом и азотом в газовой среде называется нитроцементацией.
При цианировании насыщение поверхности стали углеродом и азотом производится в расплавленных цианистых солях. При азотировании сталь насыщается только азотом. Улучшение – один из видов термической обработки, не связанный с изменением химического состава стали.
Скорость протекания химико-термической обработки лимитируется обычно скоростью процесса …
Обычно лимитирующим (наиболее медленным) процессом при проведении химико-термической обработки является диффузия.
Химико-термическую обработку применяют с целью .
Химико-термическую обработку применяют с целью повышения поверхностной твердости, износостойкости, сопротивления усталости, контактной выносливости, коррозионной стойкости.
Цементацией называется химико-термическая обработка, заключающаяся в насыщении поверхностных слоев изделия углеродом с целью придания им высокой твердости и износостойкости, контактной выносливости при сохранении вязкой сердцевины.
Цементации целееообразно подвергать изделия из стали .
Цементацию проводят для придания поверхностному слою изделия высокой твердости н износостойкости, повышения контактной выносливости при сохранении вязкой сердцевины. Поэтому цементации обычно подвергают низкоуглеродистые стали, содержащие 0,1-0,18% углерода.
Цианированием называется процесс насыщения поверхности
Цианированием называется процесс насыщения поверхности изделий одновременно углеродом и азотом в расплавленных цианистых солях.
9. Упрочнение поверхности стальных деталей
Местной упрочняющей обработке пластической деформации подвергаются детали различных форм, размеров и назначений, изготовленные из различных конструкционных материалов — сталей, чугунов, алюминиевых и титановых сплавов и т. п. Особую группу составляют так называемые, «маложесткие детали» — панели, профили, дуги, которые требуют повышенного внимания в процессе упрочнения. Такие детали упрочняют на вибрационных, барабанных или дробеструйных установках с последующим доупрочнением отдельных, особо ответственных или неупрочнен-ных участков средствами местного упрочнения. Силовые детали — цилиндры, балки, коленчатые валы, стойки, рычаги и т. п. — обычно упрочняются поверхностным наклепом как по всем поверхностям, так и по отдельным, заранее определенным участкам. Наиболее часто местному поверхностному упрочнению подвергаются зоны концентрации напряжений (отверстия, шлицы, резьбы, галтели, пазы); а также участки, недоступные при упрочнении в вибрационных, ударно-барабанных, дробеструйных и других подобных установках, а также места деталей, которые после упрочнения поверхности подвергаются последующей механической обработке, приводящей к частичной потере упрочненного слоя.
В настоящее время достаточно широкое распространение получила классификация поверхностей по группам сложности, подвергаемых местному поверхностному упрочнению:
1 группа — плоскости (сплошные, с вырезами, с выступами).
2 группа — отверстия (прямолинейные и криволинейные, цилиндрические, конусные и фасонные); отверстия круглого и произвольного сечения.
3 группа — сложные поверхности (поверхности двойной кривизны, несквозные глубокие отверстия, окантовки и ребра жесткости, резьбовые и шлицевые поверхности).
4 группа — сопряженные поверхности, пересечения плоских, сложных или цилиндрических поверхностей, пересечения плоской и цилиндрической поверхностей, фаски и скосы.
Как видно из приведенной классификации, поверхности подвергаемые упрочнению, достаточно разнообразны, и поэтому в качестве параметра, определяющего способ и технологию поверхностного упрочнения, принято принимать именно форму изделия и тип упрочняемой поверхности. Еще одним фактором, влияющим на выбор способа упрочняющей обработки, являются требования по шероховатости обработанной поверхности. В зависимости от способа упрочнения шероховатость после упрочнения может или уменьшаться (например, раскатка отверстий), или увеличиваться (например, дробеструйная обработка).
Целесообразность выбора того или иного способа поверхностного упрочнения зависит от ряда факторов формы и геометрических размеров обрабатываемых поверхностей, наличия на предприятии того или иного типа оборудования. Предлагаемые методы расположены по порядку, по степени снижения приоритетности для каждой из групп деталей (основной метод, предлагаемый для данной группы поверхностей, выделен курсивом):
1 группа — плоскости — обработка дробью (дробеструйная обработка и пневмодинамическая обработка),накатывание, выглаживание, центробежная обработка, обработка механическими щетками;
2 группа — отверстия — раскатывание, дорнование, выглаживание, чеканка, обработка дробью, центробежная обработка;
3 группа — сложные поверхности — обработка дробью, накатывание, выглаживание, обработка механическими щетками, чеканка;
4 группа — обработка дробью, накатывание, выглаживание, обработка механическими щетками, чеканка.
Глубина упрочненного — наклепанного — слоя также зависит от способа упрочнения. Так при дробеструйной обработке глубина упрочненного слоя достигает 0,7 мм, при обкатке роликами — до 15 мм.
Поверхностное упрочнение выполняется в качестве заключительной операции на деталях, прошедших механическую и термическую обработку.
ПОВЕРХНОСТНАЯ ЗАКАЛКА
Поверхностная закалка состоит в нагреве поверхностного слоя стали выше АС3 с последующим охлаждением для получения высокой твердости и прочности в поверхностном слое детали в сочетании с вязкой сердцевиной.
Высокая скорость высокочастотного нагрева (сотни градусов в секунду) обусловливает смещение фазовых превращений в область более высоких температур. Следовательно, температура высокочастотной закалки должна быть выше температуры закалки при обычном печном нагреве и тем выше, чем выше скорость нагрева, грубее выделения избыточного феррита в доэвтектоидных сталях. Например, сталь 40 при печном нагреве закаливается с температур 840–860 °С, при индукционном нагреве со скоростью 250 °С/с — с температур 880–920 °С, а при скорости нагрева 400 °С/с — с температур 930–980 °C.
Нагрев под поверхностную закалку может быть произведен токами высокой частоты (ТВЧ) — наиболее распространенный метод или в расплавах металлов или солей, пламенем газовых или кислородно-ацетиленовых горелок, лазерным излучением.
При проведении поверхностной закалки, в основном, различают два способа термической обработки — общая закалка всей поверхности и линейная закалка. В первом случае вся закаливаемая поверхность нагревается одновременно и быстро охлаждается, во втором — нагрев поверхности осуществляется поэтапно с помощью мобильного нагревательного устройства и охлаждается непосредственно за ним следующим спреером — душевым устройством. Разновидности таких закалок различаются по способу относительного движения изделия и нагревающего устройства.
Закалка всей поверхности может осуществляться одним из следующих способов:
· стационарная закалка — изделие и нагревательное устройство неподвижны. Применима для плоских или криволинейных поверхностей малой протяженности, например, торцов стержней, клапанов, а также для цилиндрических поверхностей малой протяженности, например, цапф коленчатых валов;
· круговая закалка — изделие вращается, нагревательное устройство неподвижно. Применима для цилиндрических поверхностей ограниченных размеров — цапф коленчатых и кулачковых валов, крановых болтов и т. п;
· маятниковая закалка — при неподвижном или вращающемся изделии нагревательное устройство совершает возвратно-поступательное движение. Применима для плоских и криволинейных поверхностей малой протяженности — зубчатых венцов, цилидрических поверхностей ограниченных размеров.
Линейная закалка проводится одним из следующих способов:
· непрерывно-последовательная закалка — при этом виде закалки изделие движется в продольном направлении, а нагревательное устройство неподвижно, или наоборот. Применима для плоских или криволинейных поверхностей, а также направляющих станин. В случае индукционного нагрева этому виду обработки подвергаются также цилиндрические поверхности;
· непрерывно-последовательная круговая закалка — то же, что и предыдущий случай с дополнительным — вращательным — движением изделия. Используется при обработке длинномерных цилиндрических поверхностей, валов, осей, крановых болтов и т. п.
· тангециальная непрерывно-последовательная закалка (скользящая закалка) — при неподвижном нагревательном устройстве изделие совершает один оборот. Начало и конец закаленной зоны совпадают. Пригодна только для цилиндрических поверхностей ограниченных размеров, например, колец шарикоподшипников, бандажей и т. п.
ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СТАЛЕЙ
Основы химико-термической обработки
Химико-термической обработкой (ХТО) называется термическая обработка, заключающаяся в сочетании термического и химического воздействия с целью изменения состава, структуры и свойств поверхностного слоя стали.
Химико-термическая обработка является одним из наиболее распространенных видов обработки материалов с целью придания им эксплуатационных свойств. Наиболее широко используются методы насыщения поверхностного слоя стали углеродом и азотом как порознь, так и совместно. Это процессы цементации (науглероживания) поверхности, азотирования — насыщения поверхности стали азотом, нитроцементации и цианирования — совместного введения в поверхностные слои стали углерода и азота. Насыщение поверхностных слоев стали иными элементами (хромом — диффузионное хромирование, бором — борирование, кремнием — силицирование и алюминием — алитирование) применяются значительно реже.
Процесс химико-термической обработки представляет собой многоступенчатый процесс, который включает в себя три последовательные стадии:
1. Образование активных атомов в насыщающей среде вблизи поверхности или непосредственно на поверхности металла. Мощность диффузионного потока, т. е. количество образующихся в единицу времени активных атомов, зависит от состава и агрегатного состояния насыщающей среды, которая может быть твердой, жидкой или газообразной, взаимодействия отдельных составляющих между собой, температуры, давления и химического состава стали.
2. Адсорбция (сорбция) образовавшихся активных атомов поверхностью насыщения. Адсорбция является сложным процессом, который протекает на поверхности насыщения нестационарным образом. Различают физическую (обратимую) адсорбцию и химическую адсорбцию (хемосорбцию). При химико-термической обработке эти типы адсорбции накладываются друг на друга. Физическая адсорбция приводит к сцеплению адсорбированных атомов насыщающего элемента (адсорбата) с образовываемой поверхностью (адсорбентом) благодаря действию Ван-дер-Ваальсовых сил притяжения, и для нее характерна легкая обратимость процесса адсорбции — десорбция. При хемосорбции происходит взаимодействие между атомами адсорбата и адсорбента, которое по своему характеру и силе близко к химическому.
3. Диффузия — перемещение адсорбированных атомов в решетке обрабатываемого металла. Процесс диффузии возможен только при наличии растворимости диффундирующего элемента в обрабатываемом материале и достаточно высокой температуре, обеспечивающей энергию необходимую для протекания процесса.
Толщина диффузионного слоя, а следовательно и толщина упрочненного слоя поверхности изделия, является наиболее важной характеристикой химико-термической обработки. Толщина слоя определяется рядом таких факторов, как температура насыщения, продолжительность процесса насыщения, состав стали, т. е. содержание в ней тех или иных легирующих элементов, градиент концентраций насыщаемого элемента между поверхностью изделия и в глубине насыщаемого слоя.
Под цементацией принято понимать процесс высокотемпературного насыщения поверхностного слоя стали углеродом. Так как углерод в α-фазе практически нерастворим, то процесс цементации осуществляется в интервале температур 930–950 °С — т. е. выше α → γ-превращения. Структура поверхностного слоя цементованного изделия представляет собой структуру заэвтектоидной стали (перлит и цементит вторичный), поэтому для придания стали окончательных — эксплуатационных — свойств после процесса цементации необходимо выполнить режим термической обработки, состоящий в закалке и низком отпуске; температурно-временные параметры режима термической обработки назначаются в зависимости от химического состава стали, ответственности, назначения и геометрических размеров цементованного изделия. Обычно применяется закалка с температуры цементации непосредственно после завершения процесса химико-термической обработки или после подстуживания до 800–850 °С и повторного нагрева выше точки АС3центральной (нецементованной) части изделия. После закалки следует отпуск при температурах 160–180 °С.
Цементация как процесс химико-термической обработки, в основном, применяется для низкоуглеродистых сталей типа Ст2, СтЗ, 08, 10, 15, 20, 15Х, 20Х, 20ХНМ, 18ХГТ, 25ХГТ, 25ХГМ, 15ХГНТА, 12ХНЗА, 12Х2Н4А, 18Х2Н4ВА и др., однако в ряде случаев может быть использована при обработке шарикоподшипников — стали ШХ15, 7Х3 и коррозионностойких сталей типа 10Х13, 20Х13 и т. д. Стали, рекомендуемые для цементации, должны обладать хорошей прокаливаемостью и закаливаемостью цементованного слоя, которые должны обеспечить требуемый уровень прочности, износостойкости и твердости. Прокаливаемость сердцевины должна регулироваться в весьма узком диапазоне твердостей, который составляет 30–43 HRCЭ. Учитывая длительность процесса цементации и высокую температуру процесса, рекомендуется при этом виде химико-термической обработки использовать наследственно мелкозернистые стали, размер зерна которых не должен превышать 6–8 баллов. В противном случае в ходе цементации отмечается значительный рост зерна сердцевины изделия, что приводит к снижению его эксплуатационных свойств.
При твердофазной цементации процесс ведут следующим образом. Цементуемые детали упаковываются в цементационные ящики таким образом, чтобы их объем, в зависимости от сложности конструкции детали, занимал от 15 до 30 % объема цементационного ящика. Ящики загружают в печь, нагретую до температур от 600–700 °С и нагревают до температуры цементации — 930–950 °С. По окончании процесса цементации ящики вынимаются из печи — охлаждение деталей ведется внутри цементационных ящиков на воздухе. К числу недостатков цементации в твердых карбюризаторах относятся: невозможность регулирования степени насыщения и невозможность проведения закалки непосредственно после цементации, дополнительный непродуктивный расход энергии на прогрев цементационных ящиков и т. п. Однако простота метода, возможность проводить процесс на стандартном печном оборудовании без установки дополнительных устройств делают этот метод весьма распространенным в условиях мелкосерийного производства в ремонтных цехах и на участках крупных предприятий. Цементация в жидкофазном карбюризаторе применяется для мелких деталей. К недостаткам этого процесса относятся неравномерность глубины цементованного слоя и необходимость частых регенераций углероднасыщенного расплава. В случае серийного и крупносерийного производства цементованных изделий наибольшее распространение получила цементация в газообразных карбюризаторах. Этот метод обеспечивает наибольшую равномерность по толщине и свойствам цементованного слоя, снижает время, затрачиваемое на процесс химико-термической обработки, а в ряде случаев позволяет производить закалку изделий непосредственно после цементации. В последнее время получил распространение процесс вакуумной цементации. Печи для вакуумной цементации состоят из нагревательной камеры, снабженной вентилятором для обеспечения интенсивной циркуляции воздуха, закалочного бака и транспортных устройств. Подготовленные для вакуумной цементации детали помещают в нагревательную печь, вакуумируют и нагревают до 1000–1100 °С, затем в печь подается газообразный карбюризатор — очищенный природный газ, пропан или бутан. Этот метод позволяет ускорить процесс цементации, повысить качество получаемого слоя.
Режимы термической обработки цементованных изделий
Режим термической обработки
Общая характеристика термической обаботки
Непосредственная закалка в масле (расплавленные соли) при температуре 160–180 °С из цементационной печи с подстуживанием до 800–850 °С (до температуры выше точки АС3сердцевины стали)
Не измельчает зерна стали. Подстуживание уменьшает коробление деталей и повышает твердость слоя вследствие снижения количества остаточного аустенита. Рекомендуется для низколегированных наследственно мелкозернистых сталей. Широко применяется после газовой цементации
Быстрое или медленной охлаждение после цементации, закалка — с 750–780 °С или температуры выше точки АС3 сердцевины стали
При быстром охлаждении не образуется карбидная сетка. Повышается опасность коробления деталей. Для полной закалки сердцевины нагрев проводят выше АС3. Для уменьшения коробления рекомендуется использовать ступенчатую закалку. Применяется после цементации в среде твердого карбюризатора и газовой цементации
Цементация с замедленным охлаждением, высокий отпуск при 600–640 °С, 3–10 ч, закалка — с температуры 780–800 °С — сталь 20Х2Н4А и 800–820 °С — сталь 18Х2Н4ВА
Высокий отпуск вызывает распад остаточного аустенита и образование легированных карбидов. При нагреве стали под закалку карбиды частично растворяются в аустените. После закалки количество остаточного аустенита резко понижается, а твердость возрастает. Применяется после цементации высоколегированных сталей в том случае, когда в цементированном слое велико количество остаточного аустенита
Охлаждение после цементации на воздухе (или вместе с ящиком), двойная закалка или нормализация и закалка
Первая закалка с 880–900 °С устраняет карбидную сетку и измельчает зерно сердцевины. Вторая закалка с 760–830 °С измельчает зерно цементированного слоя и придает ему высокую твердость. Применяется для обработки ответственных деталей после цементации в твердом карбюризаторе для получения высоких механических свойств. Из–за двойного нагрева резко возрастает опасность коробления деталей
Общие принципы выбора температуры (°С) термической обработки цементованных сталей
Читайте также: