38. Нитроцементация и цианирование стали.

Нитроцементация - 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.

Цианирование (нитроцементация) — это процесс совместного насыщения поверхности стальных изделий азотом и углеродом. Основной целью цианирования является повышение твердости и износостойкости деталей.

Цианирование может производиться:

— в расплавленных солях, содержащих цианистый натрий NaCH или цианистый калий КСН, либо

— в газовой среде (нитроцементация), состоящей из эндотермического газа с добавлением природного газа и аммиака.

Состав и свойства цианированного слоя зависят от температуры проведения цианирования. С повышением температуры содержание азота в слое уменьшается, а углерода увеличивается.

В зависимости от температуры процесса различают:

— высокотемпературное цианирование. Проводится при 850—950°С. После цианирования детали охлаждают на воздухе, а затем подвергают закалке и низкому отпуску. Применяют для деталей из низкои среднеуглеродистых, а также легированных сталей;

— низкотемпературное цианирование. Температура цианирования 500—600°С. Поверхностный слой насыщается преимущественно азотом. Применяют для деталей из среднеуглеродистых сталей и инструмента из быстрорежущей стали.

Преимущества цианирования по сравнению с цементацией:

— более высокая твердость и износостойкость цианированного слоя;

— более высокое сопротивление коррозии;

— меньше деформация и коробление деталей сложной формы;

— выше производительность.

Недостатки цианирования по сравнению с цементацией:

— высокая стоимость;

— высокая токсичность цианистых солей.

Цианированием- называют один из видов химико-термической обработки стали. Суть данного метода состоит в насыщении металлических поверхностей азотом и углеродом в температурном диапазоне от 530 до 950°С. По технологии это напоминает совмещение азотирования и цементации.

Цель цианирования состоит в улучшении свойств металла. Так, данная технология обработки повышает твердость, предел выносливости, износостойкость материала. Принцип цианирования основан на диффузии в структуру материала углерода и азота.

39. Медь и ее сплавы. Свойства. Маркировка.

Медь – металл красно-розового цвета с температурой плавления 1083ºС; имеет плотность 8,94 г/см3; очень хорошо проводит электрический ток и тепло, уступая только серебру. Медь легко деформируется и паяется; но плохо сваривается и обрабатывается резанием, дает большую усадку при литье.

В зависимости от химического состава установлены следующие марки меди: М00, М0, М1, М2, М3, М4 с содержанием Cu от 99,99 до 99,0 %, соответственно.

Для повышения эксплуатационных свойств медь легируют различными элементами, для обозначения которых применяют следующие буквы: А – алюминий, Б – бериллий, Ж – железо, К – кремний, Мц – марганец, Н – никель, О – олово, С – свинец, Ф – фосфор, Х – хром, Ц – цинк и т.д.

По технологии получения заготовок медные сплавы делят на деформируемые и литейные, а по химическому составу – на латуни и бронзы:

Латунь – сплав на основе меди и цинка, но в нее могут входить и другие элементы

Бро́нза — сплав меди, обычно с оловом в качестве основного компонента, но к бронзам также относят медные сплавы с алюминием, кремнием, бериллием, свинцом и другими элементами, за исключением цинка (это латунь), никеля (это мельхиор), цинка и никеля (это нейзильбер). Как правило, в любой бронзе в незначительных количествах присутствуют добавки: цинк, свинец, фосфор и другие.

Обозначение латуней начинается с буквы Л, а бронз – с букв Бр; далее следует сочетание букв и цифр; цифры, следующие за буквами, указывают содержание легирующих элементов в %. При этом в деформируемых латунях и бронзах сначала перечисляют все буквы, а затем следуют цифры через черточку, например, латунь ЛАЖ60-1-1 содержит 60 % Cu, 1 % Al, 1 % Fe, остальное Zn, а бронза БрОЦ4-3 – 4 % Sn, 3 % Zn, остальное Cu; в литейных сплавах цифры следуют непосредственно после букв, например, латунь ЛЦ30А3 содержит 30 % Zn, 3 % Al, остальное Cu, а бронза БрО3Ц12С5 – 3 % Sn, 12 % Zn, 5 % Pb, остальное Cu.

Латуни и бронзы за счет повышенного содержания отдельных элементов приобретают специфические технологические и эксплуатационные свойства:

- латуни с высоким содержанием меди (Л96 – томпак, Л85 – полутомпак) обладают высокой пластичностью и теплопроводностью, а также пониженной склонностью к коррозионному растрескиванию; легко обрабатываются давлением в холодном и горячем состоянии; используются для штамповки деталей сложной формы;

- латуни с высоким содержанием цинка (Л59, ЛС59-1 – автоматная латунь, Л60, Л62) обладают более высокой прочностью и очень хорошо обрабатываются резанием; применяются для изготовления мелких сложных деталей на станках-автоматах;

- оловянные латуни (ЛО62-1, ЛО70-1 – морские латуни) устойчивы против коррозии в морской воде;

- оловянные бронзы (БрОЦ4-3, БрО4Ц4С17 и др.) обладают высокими упругими и антифрикционными свойствами; используются для изготовления пружин, мембран, втулок, вкладышей подшипников, червячных пар и т.п.;

- алюминиевые бронзы (БрАЖ9-4, БрА10Ж3Мц2 и др.) хорошо сопротивляются коррозии в морской воде и тропическом климате, имеют высокие механические и технологические свойства; используются для изготовления арматуры и антифрикционных деталей

- кремнистые бронзы (типа БрКМц3-1) обладают высокими упругими и технологическими свойствами; применяются при изготовлении приборных пружин, работающих в морской воде и др. агрессивных средах;

- бериллиевые бронзы (БрБ2, БрБНТ1,7 и др.) обладают уникальными упругими и антифрикционными свойствами; используются для изготовления ответственных пружин, мембран и др. упругих элементов в точных приборах.

Механические свойства некоторых медных сплавов, например, алюминиевой латуни и бериллиевой бронзы могут быть существенно улучшены путем термической обработки, состоящей из закалки и искусственного старения.

Легирование меди никелем значительно повышает ее механические свойства, коррозионную стойкость, электросопротивление и термоэлектрические характеристики. Применяющиеся в промышленности медно-никелевые сплавы можно условно разделить на две основные группы: коррозионностойкие и электротехнические:

- в первую группу входят сплавы под названием мельхиор (МН19, МНЖМц30-1-1), нейзильбер (МНЦ15-20, МНЦС16-29-1,8) и куниаль (МНА13-3, МНА6-1,5), обладающие повышенной прочностью, хорошей обрабатываемостью давлением, высокой коррозионной стойкостью в пресной и морской воде, органических кислотах и др. агрессивных средах;

- во вторую группу входят термоэлектродные сплавы для термопар – константан (МНМц40-1,5) и изготовления компенсационных проводов к термопарам (МН0,6; МН16), а также манганин (МНМц3-12), используемый для создания прецизионных катушек электросопротивления, т. к. он обладает малым температурным коэффициентом сопротивления.

• Сплавы меди: латуни и бронзы.

Медь имеет гранецентрированную кубическую решетку. Механические свойства меди относительно низкие: предел прочности составляет 150…200 МПа, относительное удлинение – 15…25 %. Поэтому в качестве конструкционного материала медь применяется редко. Повышение механических свойств достигается созданием различных сплавов на основе меди.

Латуни могут иметь в своем составе до 45 % цинка. Повышение содержания цинка до 45 % приводит к увеличению предела прочности до 450 МПа. Максимальная пластичность имеет место при содержании цинка около 37 %.

При сплавлении меди с цинком образуется ряд твердых растворов a,b,g,e. Диаграмма состояния медь – цинк.Из диаграммы состояния медь – цинк видно, что в зависимости от состава имеются однофазные латуни, состоящие из a– твердого раствора, и двухфазные (a+b) – латуни.

Однофазные a– латуни используются для изготовления деталей деформированием в холодном состоянии. Изготавливают ленты, гильзы патронов, радиаторные трубки, проволоку.

Для изготовления деталей деформированием при температуре выше 500oС используют (a+b) – латуни. Из двухфазных латуней изготавливают листы, прутки и другие заготовки, из которых последующей механической обработкой изготавливают детали. Обрабатываемость резанием улучшается присадкой в состав латуни свинца, например, латунь марки ЛС59-1, которую называют “автоматной латунью”.

Добавка никеля и железа повышает механическую прочность до 550 МПа.

Наилучшей жидкотекучестью обладает латунь марки ЛЦ16К4. К литейным латуням относятся латуни типа ЛС, ЛК, ЛА, ЛАЖ, ЛАЖМц. Литейные латуни не склонны к ликвации, имеют сосредоточенную усадку, отливки получаются с высокой плотностью.

Латуни являются хорошим материалом для конструкций, работающих при отрицательных температурах.

Бронзы

Оловянные бронзы -Эти сплавы очень склонны к ликвации из-за большого температурного интервала кристаллизации. Благодаря ликвации сплавы с содержанием олова выше 5 % имеют в структуре эвтектоидную составляющую (a+d), состоящую из мягкой и твердой фаз. Поэтому оловянные бронзы являются хорошими антифрикционными материалами.Оловянные бронзы имеют низкую объемную усадку (около 0,8 %), поэтому используются в художественном литье. Наличие фосфора обеспечивает хорошую жидкотекучесть.

В деформируемых бронзах содержание олова не должно превышать 6 %, для обеспечения необходимой пластичности, БрОФ6,5-0,15.

В зависимости от состава деформируемые бронзы отличаются высокими механическими, антикоррозионными, антифрикционными и упругими свойствами, и используются в различных отраслях промышленности. Из этих сплавов изготавливают прутки, трубы, ленту, проволоку.

Литейные оловянные бронзы, БрО3Ц7С5Н1, БрО4Ц4С17, применяются для изготовления пароводяной арматуры и для отливок антифрикционных деталей типа втулок, венцов червячных колес, вкладышей подшипников.

Алюминиевые бронзы, БрАЖ9-4, БрАЖ9-4Л, БрАЖН10-4-4.

Бронзы с содержанием алюминия до 9,4 % имеют однофазное строение a– твердого раствора. При содержании алюминия 9,4…15,6 % сплавы системы медь – алюминий двухфазные и состоят из a– и g– фаз.

Оптимальными свойствами обладают алюминиевые бронзы, содержащие 5…8 % алюминия. Увеличение содержания алюминия до 10…11 % вследствие появления l– фазы ведет к резкому повышению прочности и сильному снижению пластичности. Дополнительное повышение прочности для сплавов с содержанием алюминия 8…9,5 % можно достичь закалкой.

Положительные особенности алюминиевых бронз по сравнению с оловянными:

1. меньшая склонность к внутрикристаллической ликвации;

2. большая плотность отливок;

3. более высокая прочность и жаропрочность;

4. меньшая склонность к хладоломкости.

5. Основные недостатки алюминиевых бронз:

6. значительная усадка;

7. склонность к образованию столбчатых кристаллов при кристаллизации и росту зерна при нагреве, что охрупчивает сплав;

8. сильное газопоглощение жидкого расплава;

9. самоотпуск при медленном охлаждении;

10. недостаточная коррозионная стойкость в перегретом паре.

Для устранения этих недостатков сплавы дополнительно легируют марганцем, железом, никелем, свинцом.

Из алюминиевых бронз изготавливают относительно мелкие, но высокоответственные детали типа шестерен, втулок, фланцев литьем и обработкой давлением. Из бронзы БрА5 штамповкой изготавливают медали и мелкую разменную монету.

Кремнистые бронзы, БрКМц3-1, БрК4, применяют как заменители оловянных бронз. Они немагнитны и морозостойки, превосходят оловянные бронзы по коррозионной стойкости и механическим свойствам, имеют высокие упругие свойства. Сплавы хорошо свариваются и подвергаются пайке. Благодаря высокой устойчивости к щелочным средам и сухим газам, их используют для производства сточных труб, газо- и дымопроводов.

Свинцовые бронзы, БрС30, используют как высококачественный антифрикционный материал. По сравнению с оловянными бронзами имеют более низкие механические и технологические свойства.

Бериллиевые бронзы, БрБ2, являются высококачественным пружинным материалом. Растворимость бериллия в меди с понижением температуры значительно уменьшается. Это явление используют для получения высоких упругих и прочностных свойств изделий методом дисперсионного твердения. Готовые изделия из бериллиевых бронз подвергают закалке от 800oС, благодаря чему фиксируется при комнатной температуре пересыщенные твердый раствор бериллия в меди. Затем проводят искусственное старение при температуре 300…350oС. При этом происходит выделение дисперсных частиц, возрастают прочность и упругость. После старения предел прочности достигает 1100…1200 МПа.

Маркировка:«МТ» - твердая медь, «ММ» - мягкая медь.Маркируется медь буквой М и цифрами, зависящими от содержания примесей. Медь марок М00 (0,01% примесей),М0 (0,05%примесей), М1(0,1%примесей) используется для изготовления проводников электрического тока, медь М2 (0,3%примесей) – для производства высококачественных сплавов меди,М3 (0,5%примесей)- для сплавов обыкновенного качества.

Латуни – двойные многокомпонентные медные сплавы с основным легирующим элементом – цинком. По сравнению с медью обладает более высокой прочностью и коррозионной стойкостью. Простые латуни обозначают буквой Л и цифрой, показывающей содержание меди в процентах. В специальных латунях после буквы Л пишут заглавную букву дополнительных легирующих элементов (А - алюминий, Б - бериллий, Ж - железо, К - кремний, Мц - марганец, Н - никель, О - олово, С - свинец, Ц - цинк, Ф. – фосфор) и через тире после содержания меди указывают содержание легирующих элементов в процентах. Латуни разделяют на литейные и деформируемые. Латуни, за исключением свинцовосодержащих, легко поддаются обработке давлением в холодном и горячем состоянии. Все латуни хорошо паяются твердыми и мягкими припоями.

Бронзами называют медные сплавы, в которых основными легирующими элементами являются различные металлы, кроме цинка. Маркируют бронзы буквами Бр, за которыми следуют заглавные буквы легирующих элементов, а через тире цифры, показывающие их процентное содержание.По сравнению с латунью бронзы обладают более высокой прочностью, коррозионной стойкостью и антифракционными свойствами. Они весьма стойки на воздухе, в морской воде, растворах большинства органических кислот, углекислых растворах.Большинство бронз (за исключением алюминиевых) хорошо поддаются сварке и пайке твердыми и мягкими припоями.