HomeОбработка сталиХимико-термическая › Химико-термическая обработка стали

Химико-термическая обработка стали

Химико-термическая обработка сталиХимико-термической обработкой называется процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя деталей на небольшую глубину различными элементами (углеродом, азотом, хромом и др.) при нагревании. Насыщение поверхностного слоя детали углеродом называют цементацией, азотом — азотированием, одновременно углеродом и азотом — цианированием или нитроцементацией, металлом — диффузионной металлизацией.

 

Цементация состоит в нагревании металлического изделия в среде, легко отдающей углерод (древесный уголь, природные газы и др.). Цель цементации — повышение твердости, износостойкости поверхности детали после закалки. Цементации подвергают детали, изготовленные из малоуглеродистых сталей (0,1-0,3% С) марок 10, 15, 20 или легированных малоуглеродистых сталей 15Х, 20Х, 18ХГТ и др. Цементацию проводят в твердых и газообразных углеродосодержащих средах.

 

Цементация в твердой среде (карбюризаторе) состоит в следующем. Карбюризатором служат мелкие куски древесного угля, покрытые углекислыми солями бария и натрия, которые ускоряют процесс цементации. Детали помещают в специальный стальной ящик, засыпают со всех сторон карбюризатором и ящик накрывают крышкой. Расстояние между деталями и стенками ящика должно быть не менее 10-15 мм.

 

Чтобы не было доступа воздуха, разъем ящика обмазывают глиной. Затем ящик помещают в термическую печь и нагревают До температуры 900-950° С в течение 7-10 ч. При этой температуре древесный уголь разлагается и атомы углерода Насыщают поверхности деталей на глубину 0,7- 1,5 мм. Ящик после цементации охлаждают на воздухе до температуры 300-400° С, извлекают из него детали, после чего производят термическую обработку деталей, как правило, закалку с последующим низким отпуском.

 

Газовая цементация осуществляется нагреванием изделий в среде углеродосодержащих газов (природный газ или пропан-бутановая смесь). Газовая цементация — более эффективный процесс, чем цементация в карбюризаторе, так как отпадает необходимость в ящиках, ко-торые следует нагревать, процесс легче автоматизируется и более экономичен. Кроме того, можно непосредственно из печи, где производится цементация, выполнять термообработку деталей. Время на процесс цементации и термообработки сокращается более чем в два раза.

 

Цементации подвергаются стальные детали, работающие на истирание и испытывающие ударные нагрузки: валики, зубчатые колеса, поршневые пальцы, кулачки, пальцы звеньев гусениц и др. Азотирование осуществляется в среде газообразного аммиака при температуре 500-650° С. При этих температурах аммиак NH3 разлагается на азот и водород 2NH3->-2N + 6Н. Образовавшийся атомарный азот проникает в поверхностный слой детали и образует с железом и другими элементами твердые соединения — нитриды Fe4N, Fe3N, Cr2N, A1N и др.

 

В результате азотирования повышаются твердость, износостойкость, коррозионная стойкость поверхности детали. Азотированию подвергают детали, изготовленные из среднеуглеродистых легированных сталей марок 35ХМЮА и 38ХМЮА, которые приобретают особо высокую твердость и износостойкость.

Твердость азотированного слоя сохраняется при нагревании до температуры 600-650° С, а твердость цементированного слоя-до температуры 200-220° С. Азотированию подвергают шестерни, цилиндры мощных двигателей, шейки коленчатых валов, многие детали станков.

 

Цианирование производят в ваннах расплавленных солей, содержащих цианистый натрий NaCN при, температуре 820-950° С. Поверхность деталей насыщается азотом и углеродом на небольшую глубину (0,15- 0,35 мм). В результате цианирования повышаются твердость и износостойкость. Из-за ядовитости цианистых солей и высокой стоимости процесса цианирование заменяют нитроцементацией.

 

При нитроцементации изделия нагревают в течение 2-10 ч при температуре 850-870°С в газовой смеси, состоящей из науглероживающего газа и аммиака. Поверхностный слой изделия насыщается азотом и углеродом на глубину 0,25-1 мм. По строению и свойствам образующийся при нитроцементации поверхностный слой сходен с цианированным слоем. После нитроцементации производят закалку. Нитроцементации подвергают детали сложной конфигурации, например всевозможные шестерни, склонные к короблению, шестерни привода масляного насоса в автомобилестроении, пальцы задних рессор, валики и т. д.

 

Диффузионная металлизация — насыщение поверхностного слоя деталей металлами (легирующими элементами) — хромом, алюминием, кремнием, бором и др. Цель диффузионной металлизации — повышение жаростойкости, коррозионной стойкости, износостойкости и твердости. Процессы происходят при температуре 900- 1150° С. Изделия помещают в порошкообразные смеси железа с легирующими элементами.

 

Для создания защитной от окисления среды в порошкообразные смеси добавляют хлорид аммония NH4C1. Более эффективно диффузионная металлизация проходит при использовании вместо порошкообразных смесей железа с легирующими элементами соответствующих хлористых соединений легирующих металлов (А1С1з, СгС12, SiCU и т. д.), которые при высоких температурах диссоциируют и легирующими металлами насыщают поверхность изделий.

 

Продолжительность металлизации составляет 6-12 ч. В зависимости от насыщающего элемента процесс диффузионной металлизации имеет определенное название, так насыщение хромом — хромирование, алюминием — алитирование, кремнием — силицирование, бором — борирование и т. д.

Article Global Facebook Twitter Myspace Friendfeed Technorati del.icio.us Digg Google StumbleUpon Eli Pets

Comments are closed.