15 Хіміко-термічна обробка стали цементація, азотування, нітроцементація та дифузійна
Нагрів виробів здійснюють у середовищі, що легко віддає вуглець. Підібравши режими обробки, поверхневий шар насичують вуглецем до необхідної глибини.
Глибина цементації (h) –відстань від поверхні виробу до середини зони, де в структурі є однакові обсяги фериту та перліту (h.=1…2мм) .
На практиці застосовують цементацію в твердому та газовому карбюризаторі (навуглецювальному середовищі).
Ділянки деталей, що не піддаються цементації, попередньо покриваються міддю (електролітичним способом) або глиняною сумішшю.
Цементація у твердому карбюризаторі.
Майже готові вироби, з припуском під шліфування, укладають у металеві ящики та пересипають твердим карбюризатором. Використовується деревне вугілля з добавками вуглекислих солейВаСО3, Na2CO3у кількості10…40 %.Закриті ящики укладають у піч і витримують при температурі930…950oС.
За рахунок кисню повітря відбувається неповне згоряння вугілля з утворенням окису вуглецю (СО), який розкладається з утворенням атомарного вуглецю за реакцією:
Атоми вуглецю, що утворюються, адсорбуються поверхнею виробів і дифундують вглиб металу.
Недоліками цього способу є:
значні витрати часу (для цементації на глибину0,1мм витрачається1година);
низька продуктивність процесу;
складність автоматизації процесу.
Спосіб застосовується у дрібносерійному виробництві.
Процес здійснюється в печах з герметичною камерою, наповненою газовим карбюризатором.
Атмосфера вуглецевмісних газів включає азот, водень, водяні пари, які утворюють газ-носій, а також окис вуглецю, метанта інші вуглеводні, які є активними газами.
Глибина цементації визначається температурою нагрівання та часом витримки.
скорочення тривалості процесу з допомогою спрощення наступної термічної обробки;
можливість повної механізації та автоматизації процесу.
Спосіб застосовується у серійному та масовому виробництві.
Структура цементованого шару
Структура цементованого шару представлена рис. 15.1.
Мал. 15.1. Структура цементованого шару
Термічна обробка після цементації
В результаті цементації досягається лише вигідний розподіл вуглецю за перерізом. Остаточно формує властивості цементованої деталі подальша термообробка. Всі вироби піддають загартування з низькою відпусткою. Після загартування цементований виріб набуває високої твердості та зносостійкості, підвищується межа контактної витривалості та межа витривалості при згинанні, при збереженні в'язкого серцевини.
Комплекс термічної обробки залежить від матеріалу та призначення виробу.
p align="justify"> Графіки різних комплексів термічної обробки представлені на рис. 15.2.
Мал. 15.2. Режими термічного оброблення цементованих виробів
При газовій цементації виробу після закінчення процесу підстуджують до цих температур, а потім проводять загартування (не потрібно повторне нагрівання під загартування) (рис. 15.2 а).
Для задоволення особливо високих вимог, що пред'являються до механічних властивостей цементованих деталей, застосовують подвійне загартування (рис. 15.2).
Перше загартування (або нормалізація) проводиться з температури880…900oСдля виправлення структури серцевини.
Цементації піддають зубчасті колеса, поршневі кільця,хробаки, осі, ролики.
Азотування –хіміко-термічна обробка, при якій поверхневі шари насичуються азотом.
Вперше азотування здійснив Чижевський І.П., промислове застосування – двадцяті роки.
При азотуванні збільшуються як твердість і зносостійкість, але й підвищується корозійна стійкість.
При азотуванні виробу завантажують у герметичні печі, куди надходить аміакNH3з певною швидкістю. При нагріванні аміак дисоціює за реакцією:2NH32N+3H2. Атомарний азот поглинається поверхнею та дифундує вглиб виробу.
Фази, що виходять в азотованому шарі вуглецевих сталей, не забезпечують високої твердості, і шар, що утворюється, крихкий.
Для азотування використовують сталі, що містять алюміній, молібден, хром, титан. Нітриди цих елементів дисперсні і мають високу твердість і термічну стійкість.
Типові азотовані сталі:38ХМЮА, 35ХМЮА, 30ХТ2Н3Ю.
Глибина та поверхнева твердість азотованого шару залежать від ряду факторів, з яких основні: температура азотування, тривалість азотування та склад азотованої сталі.
Залежно від умов роботи деталей розрізняють азотування:
для підвищення поверхневої твердості та зносостійкості;
для покращення корозійної стійкості (антикорозійне азотування).
У першому випадку процес проводять при температурі500…560oСпротягом24…90годин, оскільки швидкість азотування становить>0,01 мм/ч. Вміст азоту в поверхневому шарі становить10…12 %, товщина шару (h) –0,3…0,6мм. На поверхні одержують твердість близько1000HV. Охолодження проводять разом із піччю у потоціаміаку.
Значне скорочення часу азотування досягається при іонному азотуванні, коли між катодом (деталлю) та анодом (контейнерною установкою) збуджується розряд, що тліє. Відбувається іонізація азотовмісного газу, і бомбардуючи іони поверхню катода, нагрівають його до температури насичення. Катодне розпилення здійснюється протягом5…60хв при напрузі1100…1400В та тиску0,1…0,2мм рт. ст., робоча напруга400…1100В, тривалість процесу до24годин.
Антикорозійне азотування проводять і для легованих, і для вуглецевих сталей. Температура проведення азотування –650…700oС, тривалість процесу –10годин. На поверхні утворюється шар-фази товщиною0,01...0,03мм, який має високу стійкість проти корозії. (–фаза – твердий розчин на основі нітриду залізаFe3N, що має гексагональну решітку).
Азотування проводять на готових виробах, що пройшли остаточну механічну та термічну обробку (загартування з високою відпусткою).
Після азотування в серцевині виробу зберігається структура сорбіту, яка забезпечує підвищену міцність та в'язкість.
Ціанування та нітроцементація
Ціанування- хіміко-термічна обробка, при якій поверхня насичується одночасно вуглецем і азотом.
Здійснюється у ваннах з розплавленими ціаністими солями, наприкладNaCNз добавками солейNaCl, BaClта ін.
Глибина шару та концентрація в ньому вуглецю та азоту залежать від температури процесу та його тривалості.
Ціанований шар має високу твердість58…62HRC ідобре пручається зносу. Підвищуються втомна міцність і корозійна стійкість.
Тривалість процесу0,5…2години.
Порівняно з цементацією високотемпературне ціанування відбувається з більшою швидкістю, призводить до меншої деформації деталей, забезпечує більшу твердість та опір зносу.
Низькотемпературне ціанування– проводиться при температурі540…600oС,супроводжується переважним насиченням сталі азотом
Проводиться для інструментів із швидкорізальних, високохромистих сталей, є остаточною обробкою.
Основним недоліком ціанування є отруйність ціанистих солей.
Нітроцементація– газове ціанування, що здійснюється в газових сумішах з цементуючого газу та дисоційованого аміаку.
Склад газу температура процесу визначають співвідношення вуглецю та азоту в цианированном шарі. Глибина шару залежить від температури та тривалості витримки.
Високотемпературна нітроцементаціяпроводиться при температурі830…950oС, для машинобудівних деталей з вуглецевих та малолегованих сталей при підвищеному вмісті аміаку. Завершальною термічною обробкою є загартування з низькою відпусткою. Твердість досягає56…62HRC.
На ВАЗі 95% деталей піддаються нітроцементації.
Низькотемпературної нітроцементаціїпіддають інструмент із швидкорізальної сталі після термічної обробки (загартування та відпустки). Процес проводять при температурі530…570oС, протягом1,5…3годин. Утворюється поверхневий шар товщиною0,02…0,004мм з твердістю900…1200HV.
Нітроцементація характеризується безпекою у роботі, низькою вартістю.
Дифузійнаметалізація –хіміко-термічна обробка, при якій поверхня сталевих виробів насичується різними елементами: алюмінієм, хромом, кремнієм, бором та ін.
При насиченні хромом процес називаютьхромуванням, алюмінієм -алітуванням, кремнієм -силікуванням, бором -боруванням.
Дифузійну металізацію можна проводити у твердих, рідких та газоподібних середовищах.
Притвердої дифузійної металізаціїметалізатором є феросплав з додаванням хлористого амонію (NH4Cl). В результаті реакції металізатора зHClабоCL2утворюється з'єднання хлору з металом (AlCl3, CrCl2, SiCl4), які при контакті з поверхнею дисоціюють з утворенням вільних атомів.
Рідка дифузійна металізаціяпроводиться зануренням деталі в розплавлений метал (наприклад, алюміній).
Газова дифузійна металізаціяпроводиться в газових середовищах, що є хлоридами різних металів.
Дифузія металів протікає дуже повільно, тому що утворюються розчини заміщення, тому при однакових температурах дифузійні шари в десятки та сотні разів тонші, ніж при цементації.
Дифузійна металізація – процес дорогий, здійснюється за високих температур (1000…1200oС) протягом тривалого часу.
Однією з основних властивостей металізованих поверхонь є жаростійкість, тому жаростійкі деталі для робочих температур1000…1200oСвиготовляють із простих вуглецевих сталей з подальшим алітуванням, хромуванням або силікуванням .
Винятково високою твердістю (2000HV) та високим опором зносу через утворення боридів заліза(FeB, FeB2) характеризуються боровані шари, але ці шари дуже крихкі.
Калькулятор
Сервіс безкоштовної оцінки вартості роботи
- Заповніть заявку. Фахівці розрахують вартість вашої роботи
- Розрахунок вартості прийде на пошту та по СМС
Номер вашої заявки
Зараз на пошту прийде автоматичний лист-підтвердження з інформацією про заявку.