33. Диффузионная металлизация. Область применения.

Диффузионная металлизация, процесс, основанный на диффузионном насыщении поверхностных слоёв изделий из металлов и сплавов различными металлами (см. Диффузия). Д. м. проводят, чтобы придать поверхности металлических деталей специальные физико-химические и механические свойства. В зависимости от диффундирующего элемента различают: алитирование, диффузионное хромирование, молибденирование; марганценирование, хромоалитирование, хромотитанирование и другие виды. Диффузионное насыщение возможно из различных фаз: твёрдой, паровой, газовой и жидкой.

Диффузионная металлизация может проводиться:

— в твердой среде; металлизатором является ферросплав (феррохром, ферросилиций и т. д.) с добавлением хлористого аммония (NH4C1);

— в расплавленном металле с низкой температурой плавления (цинк, алюминий), которую проводят погружением детали в расплав;

— в газовой среде, содержащей хлориды различных металлов. При твердой и газовой металлизации насыщение происходит с помощью летучих соединений хлора с металлом А1С13, SiCl4 и др., которые при 1000—1100° вступают в обменную реакцию с железом с образованием активного диффундирующего атома металла.

Алитирование — это процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя алюминием. Проводится в порошкообразных смесях или расплавленном алюминии. Толщина алитированного слоя составляет 0,2— 1,0 мм; концентрация алюминия в нем до 30 %. Алитирование применяют для повышения коррозионной стойкости и жаростойкости деталей из углеродистых сталей, работающих при высокой температуре.

Хромирование — это процесс диффузионного насыщения поверхности хромом. Толщина слоя составляет 0,2 мм. Хромирование используют для изделий из сталей любых марок. При хромировании обеспечивается высокая стойкость против газовой коррозии до 800°С, окалиностойкость и износостойкость деталей в агрессивных средах (морская вода, кислоты).

Силицирование — это процесс диффузионного насыщения поверхности кремнием. Толщина слоя составляет 0,3—1,0 мм. Силицирование обеспечивает наряду с повышенной износостойкостью высокую коррозионную стойкость стальных изделий в кислотах и морской воде. Применяется для деталей, используемых в химической и нефтяной промышленности.

Борирование — это процесс диффузионного насыщения поверхности бором. Толщина борированного слоя достигает 0,4 мм. Борирование придает поверхностному слою исключительно высокую твердость, износостойкость и устойчивость против коррозии в различных средах.

34. Конструкционные стали: цементуемые, улучшаемые

К легированным конструкционным сталям, упрочняемым в поверхностном слое цементацией и нитроцементацией относятся низкоуглеродистые стали, содержащие до 0,2 %C по массе. В табл. 1 приведена массовая доля элементов (%) сталей этой группы. В равновесном состоянии они имеют феррито-перлитную структуру. Растворение хрома в феррите происходит путем замещения в решетке атомов железа атомами Cr, что вызывает изменение параметров кристаллической решетки феррита, его свойств и свойств стали в целом. Так добавление 1 %Cr приводит к увеличению пластичности и ударной вязкости стали и небольшому росту прочности. Сталь 15Х после отжига имеет низкую твердость, хорошо обрабатывается резанием. Готовую деталь подвергают упрочняющей химико-термической обработке – цементации или нитроцементации и последующей закалке и низкому отпуску. При этом, поскольку легирование способствует повышению прокаливаемости стали при закалке, сердцевина детали будет несколько упрочнена. Получаем структуру мартенсита отпущенного. Твердость поверхности детали после такой обработки будет HRC 60, а сердцевины – HRC 15 – 20. В исходном отожженном состоянии свойства сталей этой группы практически одинаковы: sb = 500 – 600 МПа; s0,2 = 350 – 450 МПа; d = 30%; y = 60 %. Поэтому основным критерием выбора марки стали для изготовления детали служит критический диаметр, определяющий размер сечения изделия, прокаливающегося насквозь. После закалки и низкого отпуска прочность стали повышается, пластичность снижается незначительно. У стали 15Х: s b = 750 МПа; s0,2 = 650 МПа; d = 15 %; y = 55 % – после закалки в масло и отпуска при 200 °C.

Улучшаемые (среднеуглеродистые) стали содержат 0,3 – 0,5 %C и до 5 % различных легирующих элементов.

Стали этой группы подвергают обычно (улучшению) закалке в масле и высокому отпуску (600 °C). Прокаливаемость стали при увеличении количества легирующих элементов в ней возрастает. Основным параметром, по которому выбирается марка улучшаемой стали является прокаливаемость (критический диаметр), так как механические свойства в случае прокаливаемости у сталей разных марок этой группы отличаются незначительно. Стали имеют высокий предел текучести, малую чувствительность к концентраторам напряжений, в изделиях, работающих при многократном приложении нагрузок, высокий предел выносливости и достаточный запас вязкости. Кроме того, улучшаемые стали обладают хорошей прокаливаемостью и малой чувствительностью к отпускной хрупкости. При полной прокаливаемости сталь имеет лучшие механические свойства, особенно сопротивление хрупкому разрушению - низкий порог хладноломкости, высокое значение работы развития трещины КСТ и вязкость разрушения К1с.