Стадии процесса хто

1) Выделение диффундирующего элемента в атомарном состоянии в результате реакции во внешней среде.

2) Контактирование атомов насыщающего элемента с поверхностью стали и проникновение их в решетку железа (абсорция).

3)Диффузия атомов насыщающего элемента вглубь металла.

Факторы влияющие на глубину проникновения насыщающего элемента в сталь:

1) температура

2) продолжительность процесса

3) концентрация диффундирующего элемента

Виды химико-термической обработки

I)Цементация – насыщение поверхностного слоя стали углеродом для повышения ее твердости, износостойкости, а также предела выносливости.

Цементацию проводят при температуре 910-950⁰С.

Виды цементации:

а) Цементация твердым карбюризатором осуществляется в ящиках, где детали пересыпают древесным углем с добавление BaCO₃ или Na₂CO_3, ящики герметично закрывают и выдерживают в печи при температуре 910-930⁰С в течении 5,5-8,5часов. После цементации ящики охлаждают на воздухе до 400-500⁰С, а затем вскрывают.

б) Газовая цементация осуществляется в печах в атмосфере природного газа, газообразного керосина или бензола при температуре 930-950⁰С в течении 3-12 часов.

Стали применяемые для цементации

1) Низкоуглеродистые стали, содержащие 0,1-0,18%С (15Х, 15ХН, 12ХН3А) применяют для мелких деталей.

2) Среднеуглеродистые стали, содержащие 0,2-0,3%С (20Х, 20ХН, 20ХГНР) применяют для крупных деталей.

Концентрация углерода после цементации уменьшается от поверхности к сердцевине, в результате чего высокая твердость поверхности сочетается с высокой вязкостью сердцевины, что позволяет таким изделием работать при поверхностном износе и ударных нагрузках.

II) Азотирование – это процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стали азотом при нагреве ее в аммиаке. Азотирование очень сильно повышает твердость поверхностного слоя, его износостойкость, предел выносливости и сопротивление коррозии в таких средах, как воздух, вода, пар и т. д. Твердость азотированного слоя заметно выше, чем цементированной стали, и сохраняется при нагреве до высоких температур (600—650° С), тогда как твердость цементованного слоя, имеющего мартенситную структуру, сохраняется только до 200—225° С.

Азотирование широко применяется для зубчатых колес, ци­линдров мощных двигателей, многих деталей станков и других изделий.

Азотированию подвергают среднеуглеродистые леги­рованные стали, содержащие Cr, W, Mo, V, которые приобретают особо высокую твердость и износостойкость.

Если главными требованиями, предъявляемыми к азотирован­ному слою, являются высокие твердость и износостойкость, то применяют сталь 38Х2МЮА (0,35—0,4-2% С; 1,35—1,65% Сг, 0,7—1,10% А1 и 0,15—0,25% Мо). Присутствие алюминия сов­местно с хромом и молибденом позволяет значительно повысить твердость азотированного слоя (до НV 1200). Кроме того, молибден устраняет отпускную хрупкость в стали.

В настоящее время для азотирования широко применяют и другие конструкционные легированные стали.

Технология процесса азотирования.

1. Предварительная термическая обработка стали (закалка + + высокий отпуск). Цель ее обеспечить повышенные прочность и вязкость в сердцевине изделия.

Термической обработке подвергают стали в заготовках. За­калку стали 38Х2МЮА выполняют с нагревом до 900—950° С и охлаждением в воде или в масле. Отпуск проводят при высокой температуре (600—675° С), превышающей максимальную темпе­ратуру последующего азотирования и обеспечивающей получение твердости, при которой сталь можно обрабатывать резанием.

2. Механическая обработка деталей, а также шлифование, которое придает окончательные размеры детали.

3. Защита участков, не подлежащих азотированию, нанесением тонкого слоя (0,01—0,015 мм) олова электролитическим методом или жидкого стекла на поверхности стали в виде тонкой непроницаемой для азота пленки.

4. Азотирование.

5. Окончательное шлифование или доводка изделия. Азотирование тонкостенных изделии сложной конфигурации рекомендуется выполнять при 500—520° С. Продолжительность процесса зависит от требуемой толщины азотированного слоя.

III) Цианированием (нитроцементацией) называют совместное на­сыщение поверхности стали углеродом и азотом.

Жидкое цианирование. Изделие нагревают при 820—960°C в расплавленных солях, содержащих цианистый натрий.

Для цианирования чаще применяют стали, содержащие 0,3— 0,4% углерода.

После цианирования закалку выполняют непосредственно из цианистой ванны. После закалки следует низкотемпературный отпуск (180—200° С). Твердость цианированного слоя после термической обработки равна HRC 58—62.

Этот вид цианирования применяют для мелких деталей в авто­строении для шестерен привода масляного насоса и спидометра, пальца задней рессоры, червяка руля, валиков, гаек и т. д.

Для нитроцементации рекомендуется использовать контроли­руемую эндотермическую атмосферу, к которой добавляют 3—5% необработанного природного газа и 3—5% NH₃.

В шахтных печах применяют жидкий карбюризатор — триэтаноламин (C₂H₅0)3-N, который в виде капель вводят в рабочее пространство печи. После нитроцементации следует закалка непосредственно из печи либо после повторного нагрева; нередко применяют ступенчатую закалку. После закалки проводят отпуск при 160—180° С.

Структура нитроцементованного слоя состоит из мелкокристал­лического мартенсита, мелких равномерно распределенных карбо- нитридов и 25—30% остаточного аустенита. Высокое содержание аустенита обеспечивает хорошую прирабатываемость (например, нешлифуемых автомобильных шестерен), что обеспечивает их бесшумную работу.

Твердость слоя после термической обработки составляет HRC 58—62.

Нитроцементации подвергают детали сложной конфигурации (например, шестерни), склонные к короблению.

IV Диффузионная металлизация – это поверхностное насыщение стали алюминием, хромом, бором и другими эле­ментами.

Изделие, поверхность которого насыщена этими элементами, обладает цен­ными свойствами, к числу которых относятся высокая жаростойкость, коррозион­ная стойкость, повышенная износостойкость и твердость.

Поверхностное насыщение стали металлами, а также таким элементом, как кремний, можно проводить при 900—1050° С упаковкой изделия в соответствую­щие порошкообразные смеси (обычно ферросплавы ¹ и 0,5—5% NH₄C1), погруже­нием в расплавленный металл, если диффундирующий элемент имеет невысокую температуру плавления (например, цинк, алюминий), или насыщением из газовой среды. При газовом методе, чаще применяют летучие хлористые соединения ме­таллов (А1С1₃, CrCl₂, SiCl₄ и т. д.), образующиеся при воздействии хлора (или хлористого водорода) на металлы или их сплавы с железом при высоких темпера­турах. Хлориды взаимодействуют с железом, и выделяющийся в атомарном со­стоянии металл диффундирует в железо.⁴)

Продолжительность процесса обычно 6—12 ч.

а ) Алитирование - это насыщение поверхности стали алюминием. В результате алитирования сталь приобретает высокую окалиностойкость (до 850—900° С), так как в процессе нагрева на поверхности алитированных изделий образуется плотная пленка окиси алюминия А1₂0_3,предохра­няющая металл от окисления. Алитированный слой обладает также хорошим со­противлением коррозии в ряде сред.

Чаще применяют алитирование в порошкообразных смесях. Детали упако­вывают в ящик, заполненный рабочей смесью, в состав которой входят порошко­вый алюминий (25—50%) или ферроалюминий (50—75%), окись алюминия (25—75%).

Нередко применяют алитирование в ваннах с расплавленным алюминием. Алитируемые детали погружают в расплавленный алюминий, содержащий 6—8% Fe, процесс осуществляют при 700—800° С в течение 45—90 мин. Существуют и другие методы алитирования.

Алитированию подвергают детали газогенераторных машин, чехлы термопар, детали разливочных ковшей, клапаны и другие детали, работающие при высоких температурах.

б) Хромирование – это насыщение поверхности стальных изделий хромом, обеспечивает повышенную устойчивость против газовой кор­розии (окалиностойкость) до 800°С, высокую коррозионную стойкость в таких средах, как вода, морская вода и азотная кислота. Хромирование высокоуглеро­дистых сталей повышает также твёрдость и износостойкость.

Хромирование проводят в порошкообразных смесях (50% феррохрома, 49% окиси алюминия и 1% хлористого аммония).

Некоторое применение нашло газовое хромирование (нагрев в среде, содер­жащей СгС1₂) и в вакууме. При нагреве до высокой температуры в вакууме хром испаряется и диффундирует в железо. Хро­мирование проводят при 1000—1050° С в течение нескольких часов.

Хромирование применяют для деталей паросилового оборудования, парово­дяной арматуры, клапанов, вентилей, патрубков, а также деталей, работающих; на износ в агрессивных средах¹.

в) Силицирование - это насыщение поверхности стали (чугуна) кремнием. В результате силицирования сталь приобретает высокую коррозионную стойкость в морской воде, в азотной, серной и соляной кислотах и несколько повышенную устойчивость против износа.

Более часто применяют газовое силицирование в атмосфере SiCl₄.

Силицированию подвергают детали, применяемые в оборудовании химиче­ской, бумажной, нефтяной промышленности (валики насосов, трубопроводы, арматура, гайки, болты и т. д.).

г) Борирование - это насыщение поверхностного слоя бором, создает высокую твердость (HV 1800—2000), износостойкость и устойчивость против коррозии в различных средах.

Борирование стальных изделий чаще выполняют при электролизе расплав­ленных солей, содержащих бор. Изделие служит катодом в ванне с расплавленной бурой (Na₂B₂0,). Процесс можно вести и без электролиза в ваннах с расплавлен­ными хлористыми солями (NaCl, BaCl), в которые добавляют порошкообразный ферробор или карбид бора.

Хорошие результаты получены при газовом борировании. В этом случае насыщение бором проводят в среде диборана (В₂Н₆) в смеси с водородом при 850— 900° С.

На рис. 124, д приведена микроструктура борироваиного слоя. На поверх­ности образуется борид железа FeB, а ниже — борид Fe₂B и а-твердый раствор.

Борированию подвергают детали, применяемые в оборудовании нефтяной промышленности.. Так, борируют втулки грязевых нефтяных насосов для повы­шения их устойчивости против абразивного износа. Борированию можно подвергать любые стали