ХИМИКО – ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СТАЛИ.


Химико-термической обработкой (ХТО) называют обработку, заключающуюся в сочетании термического и химического воздействия с целью изменения состава, структуры и свойств поверхностного слоя детали в необходимом направлении.

При этом происходит поверхностное насыщение металлического материала соответствующим элементом (C, N, B, Al, Cr, Si, Ti и др.) путем его диффузии в атомно-кристаллическую решетку металла атомов различных химических элементов из внешней среды (твердой, газовой, жидкой) при высокой температуре.

Такая обработка применима к деталям, от которых требуется твердая и износоустойчивая поверхность при сохранении вязкой и достаточно прочной сердцевины, высокая коррозионная стойкость, высокое сопротивление усталости.
ХТО состоит из 3 стадий:

1) Образование активных атомов в насыщающей среде и перемещение их к поверхности обрабатываемого металла;

2) Адсорбцию (захват) активных атомов поверхностью насыщения;

3) Диффузию – перемещение адсорбированных атомов внутри металла.

 

Процесс ХТО проводится при повышении температуры и зависит от коэффициента диффузии (диффузионной подвижности).

 

Наиболее распространенными видами химико-термической обра­ботки стали являются:

1. Цементация — насыщение поверх­ности стальных деталей углеродом;

2. Азотирование — насыщение поверхности стальных деталей азотом;

3. Цианирование — одновремен­ное насыщение поверхности стальных деталей углеродом и азотом.

4. Диффузионная металлизация – насыщение поверхностного слоя хромом, кремнием или алюминием (хромирование, алитирование, силицированием).

ЦЕМЕНТАЦИЯ.

 

Цементация (науглероживание) — про­цесс поверхностного насыщения сталь­ных деталей углеродом.

Цель цементации получить детали с вязкой сердцевиной и твердой поверхностью.

[Окончательные свойства цементованных изделий приобретают после закалки и низкого отпуска.]

Такие детали во время работы не разрушаются от уда­ров и хорошо сопротивляются истиранию. Цементации подвергают детали из углеродистой и легированной стали с содержанием угле­рода от 0,08 до 0,35%.

Богатые углеродом смеси, применяемые для цементации, — карбюризаторы — могут быть твер­дыми и газообразными. Соответственно различают твердую и газовую цементацию.

 

 

а) б)

Рис 9.1. Продолжительность цементации.

 

Твердая цементация заключается в нагреве изделий, засыпанных в карбюризатор, в течение достаточно длительного времени (3-5 ч) при температуре выше Ас3. Карбюризатор представляет собой порошкообразную смесь, состоящую из древесного угля (70%), углекислого бария ВаСO3 (20—25%) и углекислого кальция СаСO3 (3—5%).

Температуру цементации принимают на 20—50° выше точки АC3. Температура до 920—930°С позволяет почти в два раза сократить длительность процесса без ухудшения механических свойств стали. Насыщение стали углеродом происходит путем непосредственного соприкосновения частиц угля с поверхностью стальных деталей в газовой среде, которая служит передатчиком углерода. Продолжительность цементации — от 5 до 15 и более часов в зависимости от глубины науглероживания и марки стали. Для це­ментации могут быть использованы самые разнообразные печи — камерные, непрерывного действия, с вращающейся ретортой, обо­греваемые мазутом, газом или электрические.

 

Газовая цементация осуществляется с помощью газовой атмосферы состоящей из различных углеводородов – метана СН4, этана C2H6 и др.

Газовая цементация в окиси углерода СО впервые была применена П. П. Аносовым. Сущность ее состоит в том, что цементируемые изделия нагревают и выдерживают при температуре 920—950° С в печи, куда в течение всего процесса непрерывно по­дается цементирующий газ. Для этой цели используют природный газ, состоящий в основном из метана СН4, или искусственные газы, получаемые в результате разложения (пиролиза) нефтепродуктов— керосина, различных масел, бензола, пиробензола и др. Основной составляющей искусственных газов также является метан СН4.
Детали загружают в муфельные печи, в которые вводят цемен­тирующие газы. При газовой цементации продолжительность про­цесса сокращается в 2—2,5 раза. Так, для получения цементован­ного слоя глубиной 1,0—1,2 мм требуется затратить 4—5 часов.

 

Газовая цементация обладает преимущест­вами:

 

– возможностью регулировать процесс за счет изменения коли­чества и химического состава подаваемого газа;

– отсутствием гро­моздкого оборудования и угольной пыли; возможностью произво­дить закалку непосредственно из печи.

– процесс газовой цементации более экономичен.

 

Температурный режим цементации слагается из двух, иногда из трех периодов.

В первый период происходит нагрев деталей до заданной рабочей температуры. Второй период соответствует выдержке при рабочей температуре процесса, которая за весь период остается неизменной. По окончании выдержки, если осуществляют непосредственную закалку деталей, наступает третий период.

Третий период – подстуживание до температуры закалки.

Главный фактор температурного режима цементации – рабочая температура процесса. На заводах эту температуру устанавливают в интервале 900 – 1000 °С. С повышением температуры скорость цементации резко увеличивается.

Поэтому ученые и производственники изыскивают возможности повышения температуры процесса. При этом возникают следующие трудности: ухудшение механических свойств металла вследствие роста зерна при высокой температуре и снижение стойкости оборудования и приспособлений. Кроме этого, возможны и другие затруднения, например увеличение деформации деталей под действием высокой температуры.

 

Принято различать полную и эффективную толщину цементованного слоя.

 

 

 

Структура цементованного слоя.

 

Рис.9.2. а) Зависимость концентрации С от толщины цементации;

б) Схема структуры цементованного слоя.

За эффективную толщину принимают сумму заэвтектоидной, эвтектоидной и половины доэвтектоидной зоны слоя. Эффективная толщина цементованного слоя обычно составляет 0,5–1,8 мм и в исключительных случаях достигает 6 мм при больших контактных нагрузках на цементованную поверхность.

Структура после цементации получается крупнозернистой в связи с длительной выдержкой деталей при температуре цементации.

Длительность изотермической выдержки при цементации зависит от заданной толщины слоя и марки цементируемой стали.

Окончательные свойства цементованные изделия приобретают в результате термической обработки после цементации.

При этом исправляется структура и происходит измельчение зерна сердцевины и цементованного слоя, которые были увеличены во время длительного нагрева при цементации. В большинстве случаев, особенно при обработке наследственно мелкозернистых сталей, применяют закалку выше точки А1 (сердцевины) при 820–850 0С. Это обеспечивает измельчение зерна и полную закалку цементованного слоя и частичную перекристаллизацию и измельчение зерна сердцевины.

При газовой цементации часто применяют закалку без повторного нагрева (закалка идет сразу из цементационной печи). Такая термообработка не исправляет структуру цементованного слоя и сердцевины, поэтому применяется только для изделий из наследственно мелкозернистой стали.

Заключительная операция термообработки цементованных изделий – низкий отпуск (160–180 0С), который переводит мартенсит закалки в поверхностном слое в отпущенный мартенсит, снимает напряжения и улучшает механические свойства.

В результате структура цементованного слоя будет: мелкоигольчатый мартенсит отпуска + остаточный аустенит (15–20 %) + избыточные карбиды в виде глобулей. Карбиды— тугоплавкие твёрдые вещества (соединения металлов с углеродом), не растворимы ни в одном из известных растворителей. Толщина эффективного слоя (по твердости HRC » 50) составляет 0,4–1,8 мм.

Марка стали: 40Х13



Дата добавления: 2016-12-16; просмотров: 3367;


Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2024 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей.
Генерация страницы за: 0.01 сек.