Хіміко-термічна обробка

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Хіміко-термічною обробкою називається процес поверхневого насичення стали різними елементами, шляхом їх дифузії із зовнішнього середовища при високій температурі. Мета хіміко-термічної обробки-поверхневе зміцнення металів і сплавів і підвищення їх стійкості проти впливу зовнішніх агресивних середовищ при нормальній і підвищеній температурах.

Процеси хіміко-термічної обробки складаються з трьох стадій:

дисоціації, яка полягає в розпаді молекул і утворення активних атомів

диффундирующего елемента. Наприклад, дисоціації окису вуглецю 2СО-СО2 + С або аміаку 2НN3-3Н2 +2 N;

адсорбіціі, тобто кантактірованія атомів диффундирующего елемента з поверхнею сталевого вироби і утворення хімічних зв'язків з атомами металу; дифузії, тобто проникнення насичує елемента в глиб металу.

Швидкість дифузії при проникненні дифундують атомів в грати розчинника буде вище, якщо при взаємодії утворюється тверді розчини впровадження, і значно нижче, якщо утворюються тверді розчини заміщення.

Концентрація диффундирующего елемента на поверхні залежить від припливу атомів цього елемента до поверхні і від швидкості дифузійних процесів, тобто відведення цих атомів в глиб металу.

Товщина дифузійного шару залежить від температури нагріву, тривалості витримки при насиченні і концентрації диффундирующего елемента на поверхні.

Чим вище концентрація диффундирующего елемента на поверхні деталі, тим вище товщина шару. Чим вище температура процесу, тим більше швидкість дифузії атомів, а слідчо, зростає товщина дифузійного шару.

Межі зерен є ділянками, де дифузійні процеси полегшують через наявність великої кількості дефектів кристалічної будови. Якщо розчинність диффундирующего елемента в металі мала, то часто спостерігається переважна дифузія по межах зерен. При значній розчинності диффундирующего елемента в металі роль прикордонних шарів зменшується. У момент фазових перетворень дифузія протікає швидше.

Цементація

Цементацією називається процес насичення поверхневого шару сталевих виробів вуглецем. Цементація здійснюється з метою отримання високої твердості на поверхні виробу при збереженні в'язкої серцевини, вона сприяє підвищенню зносостійкості і межі витривалості.

Цементацією піддають деталі з низьковуглецевих сталей (до 0,25%), що працюють в умовах контактного зносу і знакозмінних навантажень (втулки, поршневі пальці, кулачки, колонки і т.д.).

Для цементації деталі надходять після механічної обробки з припуском на шліфування 0,05-0,10 мм. Ділянки, які не підлягають цементації, захищають тонким шаром міді, що наноситься електричним способом, або спеціальними обмазками, що складаються з суміші вогнетривкої глини, піску і азбесту, замішаних на рідкому склі.

Цементація здійснюється при температурах вище 900-950С. Чим менше вуглецю в сталі, тим вища температура нагрівання для цементації. При цих температурах атомарний вуглець адсорбується на поверхні сталі і дифундує в глиб металу.

У результаті цементації вміст вуглецю в поверхневому шарі становить 0,8-1,0%. Більш висока концентрація вуглецю сприяє окрихчування цементованного шару.

Середовище, в якому проводять цементацію, називають карбюризатором.

Цементація в твердому середовищі.

Карбютізатором є активоване деревне вугілля, а також кам'яновугільний напівкокс та торф'яної кокс. Для прискорення процесу до деревного вугілля додають активізатор - вуглекислий барій, кальциновану соду, поташ в кількості 10-40% від маси вугілля.

Звичайна робоча суміш, застосовується для цементації, складається з 25-35% свіжого карбюризатора і 65-75% відпрацьованого.

Подготовленнние для цементації вироби укладають в металевий ящик. Попередньо в ящик насипають шар карбюризатора 20-30см. Деталі укладають шарами на відстані 10-15 мм одна від одної. Кожен шар деталі засипають карбюризатором і на нього укладають наступний шар деталей.

Підвищена температура цементації до 950-1000С дозволяє значно прискорити процес, але такий режим застосуємо для спадково дрібнозернистих сталей.

Після цементації деталі піддають нормалізації для подрібнення зерна, повторної загартуванню та низькотемпературного відпуску. У результаті такої обробки поверхневий шар набуває структури мартенситу відпустки з включеннями надлишкових карбідів з твердістю HRC 60-63.

Структура серцевини залежить від складу стали і режиму гарту. У вуглецевих сталей вона складається з фериту і сорбіту або троостита, а у легованих з маловуглецевої мартенситу.

Цементація пастами.

Процес полягає в нанесення на поверхню оброблюваної деталі шару речовини у вигляді суспензії, обмазки або шлікера, в сушінні і наступним нагріванні. Вид пасти визначає технологію її нанесення. Паста порівняно рідкої консистенції наноситься на деталі зануренням, а більш густо-за допомогою кисті. Товщина шару пасти повинна бути в 6-8 разів більше заданої глибини цементованного шару. Основними компонентами паст є сажа і кальцинована сода, кокс малосірчистої, сода або поташ.

Висушені деталі акуратно, щоб не пошкодити шар пасти, укладають одна на іншу в ящик і закривають його кришкою. Ящик завантажують у піч з температурою 950-1050С; чим вище температура нагрівання, тим менше тривалість процесу. Крім того, для нагріву деталей можна застосовувати струми високої та промислової частоти.

По закінченню витримки деталі охолоджують в ящиках на повітрі. Можна здійснити також подсужіваніе до гартівних температури і провести загартування безпосередньо з цементаційних нагріву.

Газова цементація. У теперішній час газова цементація є основним процесом цементації на заводах масового виробництва. При газової цементації скорочується тривалість процесу, так як відпадає необхідність прогріву скриньок, можна забезпечувати більш повну механізацію та автоматизацію процесу, спрощується подальша термічна обробка і, найголовніше, можна отримати задану концентрацію вуглецю в шарі.

Цементацію виконують в шахтних, муфельних або безмуфельних печах безперервної печах безперервної дії.

При цементації в шахтних печах для отримання насичуватися вуглецем атмосфери застосовують метан, гас, сінтін, бензол.

У печах безперервної дії частіше використовують метан. Для отримання заданої концентрації вуглецю застосовують атмосфери з регульованим потенціалом вуглецю.

Під вуглецевим потенціалом атмосфери розуміють певну концентрацію вуглецю на поверхні цементованного шару. Для прискорення процесу вуглецевий потенціал атмосфери в печі змінюють по зонах. Спочатку його підтримують високим, що забезпечує одержання в поверхневому шарі концентрації вуглецю 1,3-1,4%, а потім його знижують для одержання в цьому шарі оптимального змісту вуглецю 0,8%.

Після газової цементації застосовують загартування безпосередньо з цементаційний печі попередньо зробивши подстужіваніе до температури 850-830с. Заключною операцією є низькотемпературний відпустку при температурі 160-180с.

Азотування

Азотуванням називається процес насичення поверхні сталі азотом. Процес здійснюється в середовищі аміаку при температурі 480-650С. При цих температурах виділяється атомарний азот, який дифундує в поверхневі шари деталі.

При азотуванні легованих сталей азот утворюється з легуючими елементами стійкі нітриди, які надають азотированного шару високу твердість.

Твердість поверхневого шару деталей після азотування досягає HV 11000-12000.

Перед азотуванням деталі піддають термічній обробці, що складається з гарту та високотемпературного відпустки. Потім проводять механічну обробку, що додає остаточні розміри виробу.

Ділянки, які не підлягають азотуванню, захищають тонким шаром олова, нанесеним електролітичним методом, або рідким склом. У процесі азотування олово розплавляється і завдяки поверхневому натягу утримується на поверхні сталі у вигляді тонкої непроникною для азоту плівки.

Зазвичай процес азотування ведуть при температурах 500-520с. У цьому випадку одержують товщиною до 0,5 мм за 24-90ч.

У процесі азотування змінюються розміри деталей за рахунок збільшення обсягу поверхневого шару. Чим вище температура процесу і більше товщина азотированного шару, тим більше зміна розмірів деталі.

Процес рідкого азотування здійснюється при температурі 570с в розплаві ціаносодержащіх солей. У ході процесу розплав безперервно продувається сухим і чистим повітрям, що забезпечує перетворення ціаніду в цианат, що є постачальником атомів вуглецю і азоту.

Менш поширені процеси азотування в бесціаністих солях, що містять азот і в розплавах нейтральних солей, через які продувають аміак.

Широке застосування отримує іонне азотування. У порівнянні з газовим азотуванням воно має ряд переваг: меншу тривалість процесу, більш високу якість азотированного шару, знижену крихкість шару.

Робочий тиск в камері печі становить 130-1300Па. При більш високому тиску тліючий розряд стає менш стабільним і частіше переходить в дуговий. Це може викликати перегрів поверхні і навіть її розплавлення.

Ціанування і нітроцементація.

Ціанування називається процес одночасного насичення поверхні деталей вуглецем і азотом.

На склад і властивості ціанірованного шару особливий вплив робить температура процесу. Підвищення температури ціанування веде до збільшення вмісту вуглецю в шарі, знижує температури-до збільшення вмісту азоту.

Товщина ціанірованного шару також залежить від температури-та тривалості процесу. Для ціанування застосовують сталі, що містять 0,3-0,4% вуглецю.

Розрізняють рідке та газове ціанування. Газове ціанування ще називають нитроцементацией. Рідке ціанування проводять у розплавлених солях, що містять ціаністий натрій NACN. Приблизний склад ванни наступний :20-25% NACN; 25-50% Nacl і 25-50% Na2CO3.

Перший склад застосовують для ціанування при 820-850С, другий-при 900-950С.

Ціанування при температурах 820-850С дозволяє здійснювати загартування безпосередньо з ванни. Після гарту слід низькотемпературний відпустку. Твердість ціанірованного шару після термічної обробки HRC 59-62.

Ціанування при температурах 820-850С дозволяє отримувати шари товщиною 0,15-0,35 мм за 30-90 хвилин. Глибоке ціанування має ряд переваг у порівнянні з цементацією: менше тривалість процесу для отримання шару заданої товщини; менше деформація і викривлення; більш високий опір зносу і підвищена втомна прочрость.

Після ціанування деталі охолоджують на повітрі, повторно нагрівають для гарту і проводять низькотемпературний відпустку.

Недоліком ціанування є отруйність ціаністих солей. Тому ціанування проводять у спеціально виділених приміщеннях з дотриманням запобіжних заходів.

Нітроцементації здійснюють при температурах 840-860С в газовій суміші з неуглерожівающего газу та аміаку. Тривалість процесу залежить від глибини насичуємо шару і становить 1-10 ч. Товщина шару коливається від 0,1 до 1 мм.

Після нітроцементації вироби піддають гарту і низькотемпературного відпуску при температурі 160-180С.

Низькотемпературне ціанування здійснюється при температурах 540-560С в розплавлених ціаністих солях.

Низькотемпературного ціанування піддають інструмент з швидкорізальних сталей для підвищення його стійкості при різанні. У результаті такої обробки утворюється нітроцементованний шар товщиною 0,02-0,04 мм твердістю HV 9500-11000. Тривалість процесу 1-1,5 години.

Нітроцементація у твердих сумішах застосовується для підвищення стійкості інструментів зі швидкорізальної сталі. Інструменти укладаються в металеві ящики і пересипаються сумішшю, що складається з 60-80% деревного вугілля і 20-40% жовтої кров'яної солі або іншого складу. Потім ящики закривають і встановлюють в піч з температурою 550-560С. Після витримки 2-3ч ящики вивантажують з печі і охолоджують до 200-100С. Потім ящики розкривають і виймають інструмент, очищаючи металевими щітками.

Крихкість шару виникає при пересичення шару вуглецем і азотом, коли утворюється сетак або суцільна кірка карбонитридов біля самої поверхні.

«Темна складова» в структурі виникає після нітроцементації у вигляді темної розірваної або суцільної сітки, виявленої на нетравленних мікрошліф. Причина: підвищена концентрація азоту, збільшення часу витримки і поява окислювальних газів у робочому просторі печі.

Дифузійна металізація.

Дифузійної металізація-це процес дифузійного насичення поверхневих шарів сталі різними металами. Вона може здійснюватися в твердих, рідких і газоподібних середовищах.

При дифузійної металізації в твердих середовищах застосовують порошкоподібні суміші, що складаються з феросплавів з додаванням хлористого амонію в колічісве 0,5-5%.

Рідка дифузійна металізація здійснюється зануренням деталі в розплавлений метал (наприклад цинк, алюміній).

При газовому способі насичення застосовують летючі хлористі з'єднання металів, що утворюються при взаємодії хлору з металами при високих температурах.

Дифузія металів у залозі йде значно повільніше, ніж вуглецю та азоту, тому що вуглець і азот утворюють з залізом тверді розчини впровадження, а метали - тверді розчини заміщення. Це призводить до того, що дифузійні шари при металізації виходять в десятки разів більш тонкими.

Поверхневе насичення стали металами проводиться при температурі 900-1200С.

Алітірованія називається процес насичення поверхні сталі алюмінієм. У результаті алітірованія сталь набуває високої окаліностойкость і корозійну стійкість в атмосфері і в ряді середовищ.

При алітірованія в порошкоподібних сумішах чисті деталі разом з сумішшю упаковують в залізний ящик.

Алітування в розплавленому алюмінії відрізняється від алітірованія в порошкоподібних сумішах простотою методу, швидкого і більш низькою температурою.

Основним недоліком є-налипання алюмінію на поверхню деталі.

Алітірованние стали металізацією з наступним дифузійним відпалом в кілька разів дешевше, ніж у порошках.

Алітірованія піддають труби, інструмент для лиття кольорових сплавів, чохли термопар, деталі газогенераторних машин і т.д.

Хромування проводять для підвищення корозійної стійкості, кислотостійкості, окаліностойкості і т.д. Хромування середньо-і високовуглецевих сталей підвищує твердість і зносостійкість.

Хромування найчастіше проводять в порошкоподібних сумішах. Процес відбувається при температурі 1000-1050С.Діффузіонний шар, що отримується при хромуванні вуглецевих сталей, складається з карбідів хрому. Карбідний шар має високу твердість HV 12000-13000. Товщина хромованого шару досягає 0,15 - 0,20 мм при тривалості процесу 6-15ч.Чем більше вуглецю в сталі, тим менше товщина шару.

Іноді застосовують хромування у вакуумі. Вироби засипають шматочками хрому в сталевому або керамічному тиглі і поміщають у вакуумну піч.

Хромування застосовують для пароводяної арматури, клапанів, вентилів.

Борирование називається насичення стали бором. Борирование проводять з метою підвищення стійкості проти абразивного зносу. Товщина борованого шарів не перевищує 0,3 мм, твердість HV 18000-20000.

Широке поширення набув метод електролізного борування в розплавлених солях, що містять бор. Деталь служить катодом у ванні з розплавленої бурою. Температура процесу 900-950С. Процес можна вести і без електролізу у ваннах з розплавленими хлористими солями, в які додають порошкоподібний феробор або карбід бору.

Борирование піддають втулки грязьових нафтових насосів, штампи.

Силицирование називається процес насичення поверхні сталі кремнієм. У результаті силицирование сталь набуває високу корозійну стійкість в морській воді, в різних кислотах і підвищену зносостійкість. Крім того, силицирование різко підвищує окаліностойкость молібдену і деяких інших металів і сплавів.

Сіліцірованний шар являє собою твердий розчин кремнію в а-залозі. Сіліцірованний шар незважаючи на низьку твердість (HV 2000-3000) і пористість після просочення маслом при температурі 170-200С має підвищену зносостійкість.

При газовому силицирование при температурі 1000С протягом 2-4ч утворюється шар товщиною 0,5-1,0 мм.

Силицирование піддають деталі, які використовують а обладнанні хімічної, паперової і нафтової промисловості.


Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Виробництво і технології | Реферат
31кб. | скачати


Схожі роботи:
Термічна і хіміко-термічна обробка сплавів
Хіміко термічна обробка сталі
Хіміко-термічна обробка сталі
Термічна обробка стали 2
Термічна обробка стали
Термічна обробка металів і сплавів
Металознавство і термічна обробка металів
Термічна обробка різця зі швидкорізальної сталі
Термічна обробка матеріалу для виготовлення кернера
© Усі права захищені
написати до нас