Цементация стали

Цементация стали — поверхностное диффузионное насыщение малоуглеродистой стали углеродом с целью повышения твёрдости, износоустойчивости. Цементации подвергают низкоуглеродистые (обычно до 0.25 % C) и легированные стали, процесс в случае использования твёрдого карбюризатора проводится при температурах 900—950 °С, при газовой цементации (газообразный карбюризатор) — при 850—900 °С. После цементации изделия подвергают термообработке, приводящей к образованию мартенситной фазы в поверхностном слое изделия (закалка на мартенсит) с последующим отпуском для снятия внутренних напряжений. Способы цементации: • в твёрдом карбюризаторе • в газовом карбюризаторе • в кипящем слое • в растворах электролитов • в пастах

Азотирование

Азотирование — это технологический процесс химико-термической обработки, при которой поверхность различных металлов или сплавов насыщают азотом в специальной азотирующей среде. Поверхностный слой изделия, насыщенный азотом, имеет в своём составе растворённые нитриды и приобретает повышенную коррозионную стойкость и высочайшую микротвёрдость. По микротвёрдости азотирование уступает только борированию, в то же время превосходя цементацию инитроцементацию (незначительно).

Нитроцементация сталей

Нитроцементация сталей — процесс насыщения поверхности стали одновременно углеродом и азотом при 700—950 °C в газовой среде, состоящей из науглероживающего газа и аммиака. Наиболее часто нитроцементация проводится при 850—870 °С. После нитроцементации следует закалка в масло с повторного нагрева или непосредственно из нитроцементационной печи с температурой насыщения или небольшого подстуживания. Для уменьшения деформации рекомендуется применять ступенчатую закалку с выдержкой в горячем масле 180—200 °С. Диффузионная металлизация

Диффузионная металлизация — процесс диффузионного насыщения поверхностных слоев стали различными металлами. При насыщении хромом этот процесс называется хромированием, алюминием — алитированием, кремнием — силицированием и т. д. Комбинированные процессы, заключающиеся в одновременном насыщении хромом и алюминием, или хромом и вольфрамом, называют хромоалитированием, хромовольфрами-рованием и т. д. Диффузионная металлизация — это процесс насыщения поверхности стали каким-либо металлом или другим элементом. Для этого применяют Сг (хромирование), А1 (алитирование), Si (силицирование), В (борирование) и др. Диффузионная металлизация может производиться в твердых, жидких и газообразных средах. Диффузионная металлизация железа возможна при легировании различными металлами. Однако повышение твердости достигается только при растворении ванадия, ниобия, титана и вольфрама.

Макроскопический анализ

Макроскопический анализ заключается в изучении строения металла путем просмотра его излома или специально подготовленной поверхности (макрошлифа) невооруженным глазом или при небольших увеличениях – до 30 раз. Строение металла, выявленное таким способом, называется макроструктурой. При макроанализе одновременно изучается сравнительно большая поверхность и получается информация об общем строении металл, о наличии в нем различных дефектов. С помощью макроанализа можно выявить: – нарушение сплошности металла, то есть усадочную рыхлость, газовые пузыри, пустоты, трещины; – химическую неоднородность в распределении некоторых элементов, например ликвацию серы и фосфора; – неоднородность строения сплава после горячей обра- ботки давлением, например, фигуры течения металла, полосчатость и др.; – макростроение сварного шва: число слоев шва, зону термического влияния, наличие пор, трещин, непровара и наличие других дефектов; – вид излома, по которому можно установить характер разрушения образца или детали. Таким образом, с помощью макроанализа можно определить способ производства изделия (литье, обработка давлением, сварка), а также характер термической и хи- микротермической обработки (глубину прокаливаемости, глубину цементации и др.). Макроисследование чаще всего проводят на предварительно подготовленной поверхности. Для этого ее тщательно шлифуют и травят специальными реактивами. 1 Подготовленный таким образом образец называется м а к р о ш л и ф о м. В ы я в л е н и е м а к р о с т р у к т у р ы и з д е л и я На рис.1 показана макроструктура двух болтов, полученных из различных заготовок. На рис.1а показана макроструктура болта, полученного горячей штамповкой, а на рис.1б макроструктура болта, полученного путем механической обработки проката. Из рис.1а видно, что макроструктура болта имеет так называемую полосчатую структуру, состоящую из чередующихся ферритных и перлитных полос, расположенных в направлении течения металла при горячей его обработки. Полосчатая структура приводит к анизотропии свойств, т.е. механические свойства металла, напри- мер, ударная вязкость, предел прочности и др. оказываются выше вдоль волокон и ниже поперек. Это свойство полосчатой структуры широко используют в промышленности для изготовления тяжело нагруженных деталей, таких, например, как коленчатые валы, крышки гидроцилиндров, валы с фланцами, шатуны, клапаны, паровые котлы и др. Из рис.1б видно, что этот болт получен путем резания из проката, так как “волокна” структуры разрезаны. Болт с такой макроструктурой имеет меньшую прочность на разрыв по сравнению с первым. Опасность его разрушения в процессе эксплуатации будет выше, чем у болта с “правильной” макроструктурой. Для выявления полосчатой макроструктуры макро- шлиф травят реактивом, состоящим из 85 г хлористой меди CuCl2 , 53 г хлористого аммония NH4Cl и 1000 мл воды. При погружении макрошлифа в реактив на 30…60 с происходит реакция, при которой железо вытесняет медь из раствора и она оседает на ферритных участках (полосах) макрошлифа. После выдержки макрошлифа в реактиве образовавшийся на поверхности образца медный налет снимают ватой под струей воды и сушат образец фильтровальной бумагой для предотвращения окисления на воздухе.. Обычно после этого полосчатость структуры выявляется достаточно четко.