39.Химия-термиялық өндеу: цементтеу, азоттау, нитроцементтеу, және диффузиялық металлдау. Тағайындау және технологиясы.

Химия- термиялық өңдеу дегеніміз - детальдардың беткі қабаттарының қасиеттерін, микроқұрылымын және химиялық құрамының өзгеру үрдісі.

Беткі қабаттарының химиялық құрамының өзгеруі олардың сыртқы ортамен (қатты, сұйық, газ, плазма) қарым-қатынасы нәтижесінде қыздырыда іске асады. Беткі қабаттарының химиялық құрамының өзгеруі нәтижесінде оның фазалық құрамы мен микроқұрылымы өзгереді.

Химия- термиялық өңдеудің негізгі параметрі болып қыздыру темепературасы мен төзімділік ұзақтығы. Химия- термиялық өңдеу түрлерінің негізінде диссоциация, адсорбция, диффузия үрдістері

жатады. Диссоциация- химиялық реакция және булану нәтижесінде белсендірілген атомарды жағдайдағы аса қаныққан элементтің алынуы.

Мысалы

2NH3 → 2N + 3H2 или СН2→ С + 2Н2

Адсорбция - яғни бұйымға берілетін атомдардың металдық бетке «жабысуы». Адсорбция экзотермиялық үрдіс, металдың бетіндегі атомдардың еркін байланыстарының сыртқа қарай бағытталғандығымен түсіндіріледі, бұл жағдай металдың беткі энергиясын арттырады.

Диффузия – адсорбталған атомдардың бұйым түбіне ауысуы.

Адсорбция және диффузия үрдістерінің қабылдануы үшін аса қаныққан ерітінді негізгі металмен әсерлесіп, қатты ерітінді және химиялық қосылыс құрау керек. Химия-термиялық өңдеу бұйым бетінің мықтылығының негізгі түрі болып табылады. Химия- термиялық өңдеудің негізгі түрлері болып табылады:

-Цементтендіру (беткі қабаттың көміртегімен қанығуы)

-Азоттандыру (беткі қабаттың азотпен қанығуы)

-Нитроцементтелу және цианерлену (беткі қабаттың бір уақытта көміртегімен де, азотпен де қанығуы)

-Диффузионды металдандыру (беткі қабаттың әртүрлі металдармен қанығуы)

Химия-термиялық өңдеу түрлерінің технологиясы мен тағайындалуы

Цементтендіру - болат детальдардың беткі қабатын 900...950 0С температураға дейін көміртекпен диффузиялык қанықтыру үрдісі. Көміртегі мөлшері төмен болаттар ғана цементтендіріледі. (0,25 % дейін).

Бұйымдардың қыздырылуы көміртегін жеңіл беретін ортада жүреді. Өңдеу режимдері таңдалынып, беткі қабатты белгілі бір тереңдікке дейін көміртегімен қанықтырады. Цементтендірілу тереңдігі құрылысында феррит пен перлит көлемдері бірдей болатын бұйымның беткі қабатынан орта зонаға дейінгі ара қашықтықтығы. Цементтендірілу дәрежесі – беткі қабаттағы көміртегінің орташа мөлшерде болуы (әдетте шамамен 1,2 %).

Көміртегі мөлшерінің жоғары болуы екінші цементит санының пайда болуына және жоғары морт сынғыштыққа алып келеді. Тәжірибе кезінде цементтендіруді қатты және газды карбюризаторда қолданады.Цементтендірілмеген бұйым беті алдын-ала мыс немесе сазбен қапталады.

40.Азоттау. Циандау және нитроцементтеу.

Азоттандыру- беткі қабаты азотпен қанықтыратын химико- термиялық өңдеу. Ең бірінші рет азоттандыруды Чижевский И.Л.өндірісте 20 жылдары қолданды. Азоттандыру кезінде тек қана қаттылық пен тозуға төзімділік жоғарламайды,сонымен қатар коррозияға төзімділігі өседі. Азоттандыру кезінде бұйымды белгілі бір жылдамдықпен аммиак NH3 келетін

герметиялық пешке салады.Қыздыру кезінде аммиак мына реакция бойыша диссоциаланады: 2NH3=2N+3H2. Атомдық азот бұйым беті сіңіріп және түбіне диффундіріледі. Көміртекті болаттардың азоттандырылган қабатта алынған фазалар жоғары қаттылықты қамтамасыз етпейді және морт сынғыш қабат түзеді. Азоттандыру үшін құрамды алюминий,молибден,хром,титан бар болаттар құрылады. Бұл элеметтердің нитридтері дисперсті және жоғары қаттылық пен термиялық тұрақтылыққа ие болады. Типтік

азоттандырылған болаттар:38 ХМЮА, 35ХМЮА,30 ХТ2Н3Ю.

Азоттандырылған қабаттың тереңдігі мен беткі қаттылығы кейбір факторларға байланысты оның ішінде негізгілері: азоттандыру температурасы,азоттандыру ұзақтығы және азоттандырылатын болаттың құрамы. Детальдардың жұмыс істеу шартына байланысты азоттандыру келесілерге бөлінеді:

1.Бетінің қаттылығын және тозуға төзімділігін жоғарлату

2.Коррозияға қарсылығын жақсарту (антикоррозиялық азоттандыру)

Бірінші жағдайда үрдіс 500...560°С температурада 24...90 сағат бойы жүргізіледі,себебі азоттандыру жылдамдығы 0,01мм/сағ құрайды.Беткі қабаттағы азоттың құрамы 10...12% құрайды,ал қабат қалыңдығы(Һ)-0,3...0,6мм.Бетінің қаттылығы шамамен 1000 HV.Салқындау пешпен бірге аммиак ағынында жүргізіледі. Иондық азоттандыру кезінде азоттандырудың уақыты барынша қысқарады.Катод(детальмен) және анод иондарының арасында бықсу разряды пайда болады.Азотқұрамдас газдар иондалады,және иондар катодтың бетін бомбылайды,оны қанығу температурасына дейін қыздырады.Катодтық шаңдану 1100...1400 В қысыммен 5...60мин бойы орындалады және қысымы 0,1...0,2 мм рт.ст, ал жұмыстық қысым 400...1100

В,үрдістің ұзақтылығы 24 сағатқа дейін. Антикоррозиялық азоттандыру легирленген және көміртекті болаттарда жүргізіледі. Азоттандыру температурасы 650...700°С,үрдіс ұзақтығы -10 сағат.Бетінде коррозияға қарсы жоғары төзімділікке ие ε- фаза қалыңдығы 0,01...0,03 мм қабат пайда болады (ε-фаза- гексагональді торға ие, темір нитридінің Fe3N негізіндегі қатты ерітінді). Азоттандыру ақырғы механикалық және термиялық өңдеуден өткен дайын бұйымда жүргізіледі. Азоттандырудан кейін бұйым өзегінде жоғары беріктікке және тұтқырлыққа ие сорбит құрылымын сақтайды. Цианирлеу және нитроцементтендіру.

Цианерлеу- беті бір уақытта көміртек және азотпен қанығатын химия- термиялық өңдеу.Ол цианисті тұз балқытылған ваннада жүргізіледі,мысалы NaCN-тың NaCL,BaCL

тұздарының қосылуымен және т.б.Цианисті натрийдің тотығуында атомдық азот және көміртек тотығы түзіледі: 2NaCNO +O2 → Na2CO3 +CO +2Nа

Қабаттың тереңдігі және ондағы көміртек пен азоттың концентрациясы үрдістің температурасына және оның ұзақтылығына байланысты.

Цианирлі қабат жоғары қаттлыққа 58...62HRC ие және тозуға жақсы

қарсыласады.Коррозияға төзімділігі және беріктігі жоғарлайды. Үрдістің ұзақтығы 0,5...2 сағат.

Жоғары температуралы цианирлеу – 800...950°С температурасында,және 0,6%...1,2% көміртегі бар болаттың қанығуымен жүргізіледі(сұйық цементтелу).Цианерлеу қабатындағы азоттың құрамы 0,2...0,6%, ал қабаттың қалыңдығы 0,15…2 мм.Бұйым цианирленгеннен кейін төмен жұмсаруға және шынықтыруға ие болады.Жобаланған қабаттың ақырғы құрылымы Fe2(C,N) карбониттердің жуқа қабатынан,сосын азоттық мартенситтен құралады.

Цементтендіруді жоғары температуралы цианерлеумен салыстырғанда жоғары жылдамдықпен жүреді,бұйымды аз деформацияға әкеліп соқтырады, тозуға қарсыласады және жоғары қаттылыққа ие.

Төменгі температуралы цианерлеу- 540...600°С температурасында болаттың азотпен қанығуымен жүргізіледі.Бұл үрдіс бұйымдарға тезкезкіш,жоғары хромды болаттардан жасалады.Ақырғы өңдеу болып табылады. Цианирлеудің негізгі кемшілігі болып цианисті тұздардың ұлы болып келуі.

Нитроцементтендіру- цементтендірілетін газдан және диссоциацияланатын аммиактан тұратын газ тәріздес құймада жүргізілетін цианерлеу. Газдың құрамы және үрдіс температурасы жоспарланған қабатта көміртек пен азоттың қатынасымен анықталады.

Жоғары температуралы нитроцементтендіру- 830...950°С температурасында жүргізіледі.Құрамында аммиак мөлшері жоғары көміртекті және аз легирленген болаттардан жасалатын бұйымдар машина жасауда қолданылады.Шынықтырудың төменгі жұмсаруымен жүруі ақырғы термиялық өңдеу болып табылады.Қаттылығы 56...62 HRC. ВАЗ-да бұйымның 95% нитроцементтендіруге ұшырайды.

Төменгі температуралы нитроцементтендіруге термиялық өңдеуден кейінгі тезкескіш болаттардан жасалатын бұйымдар ұшырайды.Үрдіс 530...570°С температурада 1,5...3 сағат бойы жүреді.Қаттылығы 900...1200 HV, қалыңдығы 0,02...0,004 мм болтын беткі қабат түзіледі.