3.1 Цементация

Целью цементации является получение твердой и износостойкой поверхности что достигается обогащением поверхностного слоя углеродом и последующей закалкой с низким отпуском. Для цементации используют низкоуглеродистые стали (0,12-0,23%C)². Выбор таких сталей необходим для того, чтобы сердцевина изделия не насыщающаяся углеродом при цементации сохраняла высокую вязкость после закалки. Цементации подвергают разнообразные детали машин: зубчатые колеса, палицы, валы, оси, червяки и т.п., работающие на истирание при больших давлениях и испытывающие динамические и циклические нагрузки.

Различают два основных вида цементации: твердыми углеродосодержащими сталями и газовую. В первом случае изделие укладывают в металлические ящики и пересыпают твердым карбюризатором (древесный уголь). Сверху ящик закрывают крышкой и щели замазывают огнеупорной глиной. Ящики укладывают в печь и выдерживают при Т=930-950С (на каждое 0,1-0,12 мм требуется 1 час при Т=930(С)

Процесс газовой цементации осуществляется в печах с герметичной камерой, наполненной газовым карбюризатором. Цементирующими газами являются углеводороды содержащие большое количество металла (природный газ).

Термическая обработка деталей после цементации. Для получения заданного комплекса механических свойств после цементации необходима дополнительная термическая обработка деталей.

В зависимости от условий работы, а также от выбранной для изготовления детали стали, режим упрочняющей термической обработки может отличаться. Для тяжело нагруженных трущихся деталей машин, испытывающих в условиях работы динамическое нагружение, в результате термической обработки нужно получить не только высокую поверхностную твердость, но и высокую прочность (например, для зубчатых колес – высокую прочность на изгиб), а также высокую ударную вязкость. Для обеспечения указанных свойств необходимо мелкое зерно как на поверхности детали, так и в сердцевине. В таких ответственных случаях цементованные детали подвергают сложной термической обработке, состоящей их двух последовательно проводимых закалок и низкого отпуска.

3.2. Азотирование

При азотировании осуществляют насыщение поверхностного слоя стали азотом, с целью повышения твердости, износостойкости, предела выносливости и коррозийной стойкости. Азотированию подвергают цилиндры двигателей, насосов, втулки, клапана внутреннего сгорания, матрицы и пуансоны штампов.

Твердость азотированного слоя заметно выше чем цементированной стали и сохраняется при нагреве до высоких температур (550-600 С), тогда как твердость цементированного слоя имеющего мартенситую структуру сохраняется только до 200-225 С. Азотирование используют реже, чем цементацию, из-за большей длительности процесса меньшей толщины упрочненного слоя, что ограничивает контактные нагрузки на поверхность детали.

Азотированию подвергают среднеуглеродистые легированные стали³. Азотирование железа и нелегированной стали не приводит к получению высокой твердости. Это объясняется тем что легирующие элементы имеют большее сродство с азотом, чем железо с азотом (вокруг скоплений азота повышается концентрация легирующих элементов, возникающие при этом упругие искажения пространственной решетки твердого раствора приводят к получению наивысшей твердости азотированного слоя).

Технология процесса азотирования. Состоит из нескольких стадий:

1) Предварительная термическая обработка заготовок - состоит из закалки и высокого отпуска стали для получения повышенной прочности и вязкости в сердцевине изделия.

2) Механическая обработка деталей для придания окончательных размеров.

3) Защита участков не подлежащих азотированию нанесением тонкого слоя олова или жидкого стекла.

4) Азотирование.

Азотирование рекомендуется выполнять при Т=500-520°С. Оно осуществляется в печах, через рабочее пространство которых пропускается аммиак. Диффузия азота в глубь детали идет с малой скоростью поэтому для получения слоев толщиной 0,4-0,6 мм требуется выдержка 50-80 часов. В последнее время начинают использовать в промышленности азотирование в тлеющем разряде - азотируемая деталь служащая катодом непрерывно бомбардируется ионами азота и при этом разогревается до температуры азотирования 500-520С. Анодом служит контейнер. Сокращается время процесса и получается менее хрупкий слой.

Тенифер - процесс - азотирование проводят в жидких средах 40%CNO+60%NaCl при 570С в течении 0,5-3,0 часа пропусканием через расплав сухого воздуха. Недостаток - токсичность.