- •Конспект лекций по дисциплине «Поверхностные физико-химические процессы»
- •Мариуполь - 2012 .
- •Введение
- •1. Выбор и технологическое обеспечение параметров поверхностного слоя деталей машин для заданных эксплуатационных свойств
- •Износ и испытания на износостойкость
- •3. Основные виды износа.
- •4. Упрочняющие фазы.
- •Интерметаллиды.
- •Упрочняющие фазы металлоидного типа.
- •Карбиды.
- •Принципы карбидообразования.
- •Бориды.
- •Нитриды.
- •Оксиды.
- •5. Факторы, определяющие качество поверхностного слоя.
- •5.1. Физическое состояние поверхности материала.
- •Геометрия неровностей поверхностного слоя.
- •5.3. Напряжённость поверхностного слоя.
- •6. Общая характеристика технологических методов обеспечения заданных параметров поверхностного слоя
- •Классификация технологических методов обработки поверхностного слоя деталей машин.
- •7. Упрочнение поверхностным пластическим деформированием
- •8. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез.
- •9. Теоретические основы химико-термической обработки.
- •10. Цементация
- •11. Азотирование.
- •12. Цианирование и нитроцементация.
- •13. Диффузионная металлизация
- •Алитирование
- •Силицирование
- •Хромирование
- •Борирование
- •Титанирование
- •Факторы, определяющие качество поверхностного слоя.
- •Теоретические основы химико-термической обработки.
Хромирование
Хромирование — насыщение поверхности деталей хромом. В результате диффузионного хромирования повышается износостойкость и коррозионная стойкость, а также сопротивление усталости. Диффузионному хромированию подвергают чугуны, стали различных классов и назначений, сплавы на основе никеля, молибдена, вольфрама, ниобия, кобальта и металлокерамические материалы. Наибольшее распространение получили порошковый и вакуумный метод хромирования.
Углерод препятствует диффузии хрома в сталь. При хромировании легированной стали со средним и высоким содержанием углерода (0,3—1 % С) на поверхности образуется сплошной слой твердой и износостойкой карбидной фазы (Сг23С6 и Сг7С3). Далее следует переходная зона. Иногда для увеличения хромированного слоя проводят предварительное обезуглероживание поверхности с помощью водорода. После хромирования низкоуглеродистой легированной стали на ее поверхности образуется слой интерметаллических соединений (например σ - фаза), придающий диффузионному слою повышенную хрупкость.
Установлено, что легирующие элементы, стабилизирующие α - фазу, способствуют хромированию, а стабилизирующие γ - фазу тормозят диффузию хрома. Следовательно, ванадий, ниобий, титан, молибден, вольфрам и хром способствуют хромированию, а марганец и никель действуют наоборот. Введение карбидообразующих элементов в малоуглеродистые стали способствует получению больших слоев твердого раствора хрома. В этом случае углерод, связанный в карбидную фазу, не препятствует диффузии хрома. Стали обыкновенного качества, содержащие серы и фосфора более 0,05 % оказались непригодными для хромирования, так как после хромирования значительно снижался комплекс их механических свойств.
В то же время для замены дорогих хромоникелевых нержавеющих сталей разработана технология глубокого хромирования листовой качественной малоуглеродистой стали (08кп). Хромирование производят в вакуумных камерах (10—10-1 Па) при 1420 °С. За 18— 24 ч получают хромированный слой толщиной 2,0—2,5 мм с концентрацией на поверхности до 70 % Сr. Вакуумное глубокое хромирование применяют также для металлургических заготовок с последующей прокаткой на листы и трубы. Хромированный прокат хорошо штампуется, сваривается контактной и электродуговой сваркой, отличается высокой коррозионной стойкостью в азотной кислоте, щелочах, пищевых средах, обладает сравнительно высокой жаростойкостью (до 800 °С) в продуктах сгорания природного газа.
При хромировании серого и ковкого чугуна при температуре 950—1000 °С в течение 4—6 ч в порошковой смеси (50 % FeCr, 45 % А1203 и 5 % NH4C1 или NH4I) на поверхности возникает сплошной слой карбидной фазы. На сером перлитном чугуне слой состоит из карбидов хрома (Cr, Fe)23C6 и (Cr, Fe)7C3 с микротвердостью 18000 МПа. На поверхности ферритного ковкого чугуна возникает карбонитридный слой Cr2 (N, С), под которым находится слой карбидной фазы Сr23С6 с микротвердостью более 18000 МПа.
Целесообразно совмещать хромирование с термообработкой сплава и тем самым сокращать общее время обработки деталей.