Химико-термическая обработка стали

Есть разные способы влияния на сталь с целью придания ей требуемых параметров. Один из смешанных способов — химико-термическая обработка стали.

Единые правила

Суть этой технологии состоит в преобразовании слоя находящегося с внешней стороны материала насыщением. Химико-термическая обработка металлов и сплавов выполняется путем выдерживания при нагревании обрабатываемых материалов в средах определенного состава разного фазового состояния. Другими словами, это соединение пластической деформации и влияния температуры.

Это ведет к изменению показателей стали, в чем состоит цель химико-термической обработки. Аналогичным образом, назначение этой технологии — улучшение твердости, стойкости к износу, устойчивости к процессам коррозии. Если сравнивать с прочими технологиями химико-термическая обработка прекрасно выделяется тем, что при значительном росте прочности эластичность уменьшается не очень сильно.
Главные ее параметры — температура и продолжительность выдержки.

Рассматриваемый процесс включает три момента:

Интенсивность диффузии возрастает в случае формирования растворов внедрения и уменьшается, если взамен них возникают растворы замещения.

Кол-во насыщающего элемента устанавливается притоком его атомов и скоростью диффузии.

На размер диффузионного слоя оказывают влияние температура и продолжительность выдержки. Эти параметры связаны прямой зависимостью. Другими словами с увеличением концентрации насыщающего элемента увеличивается толщина слоя, а увеличение интенсивности воздействия тепла приводит к ускорению диффузии, стало быть, за тот же временной промежуток она распространится на большую глубину.

Немалое значение для протекания процесса диффузии имеет растворимость в материале отделываемой детали насыщающего элемента. В этом случае играют роль пограничные слои. Это можно объяснить тем, что ввиду наличия у границ зерен большинства кристаллических недостатков диффузия происходит наиболее интенсивнее. Тем более это вырисовывается в случае небольшой растворимости насыщающего элемента в материале. При хорошей растворимости это менее ощутимо. Более того, диффузия убыстряется при фазовых превращениях.

Классификация

Химико-термическая обработка стали делится на основе фазового состояния среды насыщения на жидкую, твёрдую, газовую.

В первом варианте диффузия происходит на фрагментах контакта поверхности предмета со средой. Ввиду невысокой эффективности этот способ практически не распространен. Твёрдую фазу в большинстве случаев применяют с целью создания жидких или газовых сред.

Химико-термическая операция в жидкости предусматривает помещение предмета в расплав соли либо металла.

При газовом методе компонент насыщения создают реакции диссоциации, диспропорционирования, обмена, восстановления. Очень часто в промышленности для создания газовой и энергичной газовой сред применяют нагрев твёрдых. Лучше всего выполнять работы в чисто газовой обстановке ввиду быстрого прогрева, легкого регулирования состава, отсутствия надобности повторного нагрева, возможности автоматизации и механизации.

Как видно, классификация по фазе среды не всегда отображает сущность процесса, по этому была сделана классификация на основе фазы источника насыщения. В согласии с ней химико-термическая обработка стали подразделена на изобилие из твёрдой, паровой, жидкой, газовой сред.

Более того, химико-термическая технология подразделена по типу изменения состава стали на изобилие неметаллами, металлами, убирание компонентов.

По режиму температур ее отмечают на высоко- и низкотемпературную. В другом варианте делают нагрев до аустенитного состояния, а в первом — выше и оканчивают отпуском.

Напоследок, химико-термическая обработка деталей включает следующие методы, выделяемые на основе технологии выполнения: цементацию, азотирование, металлизацию, нитроцементацию.

Диффузионная металлизация

Это поверхностное изобилие стали металлами.

Возможно проведение в жидкой, твёрдой, газовой средах. Твёрдый метод предусматривает применение порошков из ферросплавов. Жидкой средой служит расплав металла (алюминий, цинк и т. д.). Газовый метод предусматривает применение хлористых железных соединений.

Металлизация даёт тоненький слой. Это можно объяснить небольшой интенсивностью диффузии металлов если сравнивать с азотом и углеродом, так как взамен растворов внедрения они создают растворы замещения.

Такая химико-термическая операция выполняется при 900 — 1200°С. Это дорогой и долгий процесс.

Основное немаловажное достоинство — жаростойкость продуктов. Ввиду этого металлизацию применяют для изготовления предметов для рабочих температур 1000 — 1200°С из углеродистых сталей.

По насыщающим элементам металлизацию разделяют на алитирование (алюминием), хромирование, борирование, сицилирование (кремнием).

Первая химико-термическая технология придаёт материалу устойчивость к окалине коррозии, впрочем на поверхности после нее остается алюминий. Алитирование возможно в порошковых смесях либо в расплаве при меньшей температуре. Второй способ быстрее, доступнее и легче.

Хромирование тоже повышает устойчивость к коррозии и окалине, а еще к влиянию кислот и т. д. У высоко- и среднеуглеродистых сталей оно также делает лучше устойчивость к износу и твердость. Эта химико-термическая операция по большей части изготавливается в порошковых смесях, порой в вакууме.

Главное назначение борирования состоит в улучшении стойкости к абразивному изнашиванию. Популярна электролизная технология с использованием расплавов боросодержащих солей. Есть и безэлектролизный метод, имеющий в виду применение хлористых солей с ферробором или карбидом бора.

Сицилирование повышает устойчивость к коррозии в соленой воде и кислотах, к изнашиванию и окалине отдельных металлов.

Науглероживание (цементация)

Это изобилие поверхности стальных предметов углеродом. Эта операция делает лучше твердость, устойчивость к износу, а еще выносливость поверхности материала. Нижележащие слои остаются вязкими.

Эта химико-термическая технология подойдет для предметов из низкоуглеродистых сталей (0,25%), подверженных контактному изнашиванию и переменным нагрузкам.

Заранее нужна механическая обработка. Не цементируемые участки покрывают слоем меди либо обмазками.

Режим температур устанавливается содержанием углерода в стали. Чем оно ниже, тем больше температура. Для адсорбирования углерода и диффузии во всяком случае она должна составлять 900 — 950°С и выше.

Аналогичным образом, путем насыщения поверхности стальных деталей углеродом могут достигать концентрации этого элемента в верхнем слое 0,8 — 1%. Большие значения ведут к повышению хрупкости.

Цементацию выполняют в обстановке, называемой карбюризатором. На основе ее фазы технологию разделяют на газовую, вакуумную, пастами, в твёрдой обстановке, ионную.

При первом способе используют каменноугольный полукокс, кокс, торфяной древесный уголь. С целью ускорения применяют активизаторы и увеличивают температуру. По окончании материал нормализуют. Ввиду продолжительности и небольшой продуктивности эта химико-термическая технология применяется в мелкосерийном выпуске.

Вторая технология предусматривает применение суспензий, обмазок либо шликеров.

Газовую среду очень часто применяют при цементации ввиду скорости, простоты, возможности автоматизации, механизации и достижения определенной концентрации углерода. В данном случае применяют метан, бензол или керосин.

Намного лучший способ — вакуумная цементация. Это двухступенчатый процесс при пониженном давлении. От других методов выделяется скоростью, равномерностью и светлой поверхностью слоя, отсутствием внутреннего окисления, прекрасными условиями производства, подвижностью оборудования.

Электролизный метод предполагает катодное разбрызгивание.

Цементация — переходная химико-термическая операция. Дальше выполняют закалку и отпуск, определяющие характеристики материала, например устойчивость к износу, выносливость при контакте и изгибе, твердость. Основной минус — продолжительность.

Азотирование

Этим термином называют изобилие материала азотом. Данный процесс делают в нашатырном спирте при 480 — 650°С.

С легирующими этот компонент сформировывает нитриды, характеризующиеся дисперсностью, устойчивостью к температурам и твердостью.

Эта технология химико-термической обработки повышает твердость, устойчивость к коррозии и изнашиванию.

Нужна подготовительная механическая и термообработка чтобы придать финальных размеров. Не азотируемые части покрывают оловом либо жидким стеклом.

В большинстве случаев применяют температурный интервал от 500 до 520°С. Это даёт за 24 — 90 ч. 0,5 мм слой. Толщина устанавливается продолжительностью, составом материала, температурой.

Азотирование приводит к увеличению обрабатываемых деталей вследствие возрастания объема лицевого слоя. Величина роста напрямую устанавливается его толщиной и режимом температур.

При жидком способе используют цианосодержащие, реже бесцианитные и нейтральные соли. Ионная химико-термическая операция выделяется очень высокой скоростью.

Азотирование разделяют по целевым особенностям: им достигается или улучшение коррозийные стойкости, либо увеличение стойкости к изнашиванию и твердости.

Цианирование, нитроцементация

Это технология насыщения стали азотом и углеродом. Именно так отделывают стали с количеством углерода 0,3 — 0,4%.

Соотношение между углеродом и азотом устанавливается режимом температур. С его ростом увеличивается доля углерода. В случае пересыщения обоими элементами слой приобретает хрупкость.

На размер слоя оказывает влияние продолжительность выдержки и температура.

Цианирование проходит в жидкой и газовой средах. Первый способ называют также нитроцементацией. Более того, по режиму температур два этих типа разделяют на высоко- и низкотемпературные.

При жидком способе применяют соли с цианистым натрием. Главный минус — их ядовитость. Высокотемпературный вариант выделяется от цементации быстротой, большими устойчивостью к износу и твердостью, меньшей деформацией материала. Нитроцементация доступнее и безопаснее.

Заранее делают заключительную механическую обработку, а не подлежащие цианированию части покрывают слоем меди в 18 — 25 мкм толщиной.

Сульфидирование, сульфоцианирование

Это новая химико-термическая технология, направленная на улучшение стойкости к износу.

Первый метод состоит в насыщении материала серой и азотом путем нагрева в серноазотистых слоях.

Сульфоцианирование предполагает изобилие углеродом, кроме названных компонентов.

Если вы нашли погрешность, пожалуйста, выдилите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.