Насыщение поверхностного слоя деталей углеродом называется

Насыщение поверхностного слоя деталей углеродом называется

Это процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стальных деталей углеродом.

Цель – получение на поверхности детали высокой твердости и износостойкости в сочетании с вязкой сердцевиной для деталей, работающих под действием динамических нагрузок в условиях поверхностного износа.

В тех случаях, когда цементации подвергается только часть детали, остальные участки защищают либо специальными огнеупорными обмазками, либо тонким слоем (20-40 мкм) меди, нанесенным электролитическим способом.

Цементации подвергают стали с низким содержанием углерода (не более 0,25 %), так называемые цементуемые стали (10, 15, 20, 15Х, 20Х, 15ХВ, 20ХН, 12ХН3А, 12Х2Н4А, 18ХГТ). На поверхности стали после цементации концентрация углерода достигает 1,0 %.

Среда, поставляющая углерод к поверхности детали, подвергаемой цементации, называется карбюризатором.

В качестве твердого карбюризатора применяют древесный уголь в смеси с другими компонентами — активизаторами (ВаСО3 или Nа2СО3). В течение 8-10 часов образуется слой толщиной 1 мм.

Жидкие карбюризаторы (смесь цианистого калия с бурой, содой и др. веществами) применяют в тех случаях, когда нужно получить тонкий цементованный слой с высоким содержанием углерода.

Газовую цементацию проводят в атмосфере метана, керосина, бензола и др. В основном используют два вида цементации: в твердой и газовой среде. слой толщиной 1 мм образуется за 6-7 часов.

При этом производят нагрев до 910-950°С с определенной выдержкой при этой температуре (в зависимости от типа карбюризатора и требуемой толщины слоя).

Кроме того, после цементации из-за длительной выдержки при высоких температурах стали приобретают крупнозернистость.

Эти обстоятельства необходимо учитывать при назначении обязательной после цементации термической обработки, целью которой является упрочнение поверхности с одновременным измельчением зерна и получением вязкой сердцевины. В зависимости от назначения детали применяют различные варианты термической обработки.

Менее ответственные детали подвергают закалке непосредственно с цементационного нагрева с последующим низким отпуском. Использование подстуживания при закалке до 750-800°С снижает внутренние напряжения, а обработка холодом уменьшает количество остаточного аустенита в цементованном слое.
При более высоких требованиях к структуре детали после цементации подвергают охлаждению на воздухе, однократной закалке с нагрева выше Ас3 и низкому отпуску. При этом в сердцевине и на поверхности детали происходит перекристаллизация и измельчение зерна. Однако в поверхностном высокоуглеродистом слое происходит некоторый перегрев, т.к. оптимальный закалочный нагрев заэвтектоидных сталей – это нагрев выше Ас1, но ниже Асm.
Особо ответственные детали после цементации подвергают двойной закалке с низким отпуском. При первой закалке с температуры на 30-50°С происходит перекристаллизация сердцевины детали с образованием мелкого аустенитного зерна. Одновременно цементитная сетка в поверхностном слое растворяется. При второй закалке с температуры выше Ас1 на 30-50°С обеспечивается мелкое зерно в поверхностном слое

Твердость поверхности готовой детали должна составлять около 58-62 HRC, а сердцевины — около 20-40 HRC. Твердость цементированного слоя с мартенситной структурой сохраняется лишь до 200-250°С.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Диффузионное насыщение — поверхностный слой — сталь

Диффузионное насыщение поверхностного слоя стали металлом ( алюминием, хромом, кремнием, бором и др.) в целях изменения его состава и структуры называется диффузионной металлизацией. В зависимости от металла, используемого для диффузионной металлизации, различают алитирование, хромирование, силицирование, борирование и другие виды химико-термической обработки. [1]

Азотированием называется прогресс диффузионного насыщения поверхностного слоя стали азотом. [2]

Нитроцемеитацией называют процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стали одновременно углеродом и азотом при 840 — 860 С в газовой среде, состоящей из науглероживающего газа и аммиака. [3]

Нитроцементацией называют процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стали одновременно углеродом и азотом при 840 — 860 С в газовой среде, состоящей из науглероживающего газа и аммиака. [4]

Цементацией называется процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стали углеродом до оптимальной концентрации ( 0 8 — 1 %) при нагреве до температуры выше точки Лс3 ( 930 — 950 С), что приводит после закалки к высокой твердости поверхности ( 58 — 60 HCR3) при сохранении вязкой сердцевины. Цементируют низкоуглеродистые стали ( 0 1 — 0 18 % углерода) марок 10, 15, 20 и малоуглеродистые легированные стали. Цементируют детали после механической обработки с припуском на шлифование. [5]

Нитроцементацией называют процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стали одновременно углеродом и азотом при 840 — 860 С в газоной среде, состоящей из науглероживающего газа и аммиака. Основное назначение нитроцементации — повышение твердости и износостойкости стальных детален. [6]

Нитроцементацией называют процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стали одновременно углеродом и азотом при 840 — 860 С в газовой среде, состоящей из науглероживающего газа и аммиака. [7]

Алитирование — процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стали или чугуна алюминием. [8]

Нитроцементацией называют процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стали одновременно углеродом и азотом при температуре 840 — 860 С в газовой среде, состоящей из науглероживающего газа и аммиака. [9]

Азотированием называют процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стали азотом. Азотирование очень сильно повышает твердость поверхностного слоя, его износостойкость, предел выносливости и сопротивление коррозии в таких средах, как атмосфера, вода, пар и др. Твердость азотированного слоя заметно выше, чем твердость цементованного, и сохраняется при нагреве до высоких температур ( 450 — 500 С), тогда как твердость цементованного слоя, имеющего мартенситную структуру, сохраняется только до 200 — 225 СС. [10]

Азотирование-процесс химико-термической обработки, представляющий собой диффузионное насыщение поверхностного слоя стали азотом. [11]

Это химико-термическая обработка, заключающаяся в диффузионном насыщении поверхностного слоя стали одновременно или раздельно хромом и кремнием при температуре в интервале 900 — 1200 С в соответствующей среде. Хромосилицирование повышает эрозионную стойкость изделий в газовой среде при высоких температурах. Для насыщения используют смеси порошков хрома, кремния, окиси алюминия и хлористого аммония или смесь соответствующих ферросплавов. [12]

Азотированием называется ХТО, заключающаяся в диффузионном насыщении поверхностного слоя стали азотом при нагревании в соответствующей среде. Азотированию подвергают гильзы цилиндров двигателей внутреннего сгорания, детали арматуры турбин и целый ряд других деталей, работающих на износ при повышенных температурах в агрессивных средах. Твердость азотированного слоя стали выше, чем цементованного, и сохраняется при нагреве до высоких температур ( 450 — 500 С), тогда как твердость цементованного слоя, имеющего мартенситную структуру, сохраняется только до 200 — 225 С. [13]

Цементация — процесс химико-термической обработки, представляющий собой диффузионное насыщение поверхностного слоя стали углеродом при нагреве в соответствующей среде. [14]

Химико-термическая обработка ( ХТО) сводится к диффузионному насыщению поверхностного слоя стали неметаллами ( С, N, Si, В и др.) или металлами ( Cr, A1 и др.) в процессе выдержки при определенной температуре в активной жидкой или газовой среде. [15]

Диффузионное насыщение стали углеродом, азотом и совместно этими элементами – широко распространенные в промышленности процессы ХТО.

6.2.1.Цементация стали.

Цементацией (науглероживанием) называется ХТО, заключающаяся в диффузном насыщении поверхностного слоя стали углеродом при нагревании в соответствующей среде – карбюризаторе.

Как правило, цементацию проводят при температурах выше точки Ас3 (930-950 о С), когда устойчив аустенит, растворяющий углерод в больших количествах.

Для цементации используют низкоуглеродистые (0,1-0,18% С), чаще легированные стали (15Х, 18ХГТ, 15ХГН2ТА и др.).

Детали поступают на цементацию после механической обработки с припуском на шлифование (50-100 мкм). Во многих случаях цементации подвергают только часть детали: когда участки, не подлежащие упрочнению, защищают тонким слоем малопористой меди (0,02-0,05 мм), которую наносят электролитическим способом, или изолируют специальными смазками.

Цементованный слой имеет переменную концентрацию углерода по толщине, убывающую от поверхности к сердцевине детали. В связи с этим в структуре цементованного слоя можно различить (от поверхности к сердцевине) три зоны:

заэвтектоидную, состоящую из перлита и вторичного цементита, образующего сетку по бывшему зерну аустенита;

эвтектоидную , состоящую из пластинчатого перлита;

доэвтектоидную – из перлита и феррита. Количество феррита в этой зоне непрерывно возрастает.

При высокой концентрации углерода (более 1,2-1,3%) на поверхности слоя образуется грубая цементитная сетка или цементит выделяется в виде игл, что отрицательно сказывается на прочности диффузионного слоя.

Основные виды цементации – твердая и газовая.

Газовая цементация является более совершенным технологическим процессом, чем твердая. Она имеет ряд преимуществ по сравнению с цементацией в твердом карбюризаторе. В случае газовой цементации можно получить заданную концентрацию углерода в слое; сокращается длительность процесса; обеспечивается возможность полной механизации и автоматизации процесса; значительно упрощается последующая термическая обработка деталей, так как закалку можно проводить непосредственно из цементационной печи.

Наиболее качественный цементованный слой получается при использовании в качестве карбюризатора природного газа, состоящего почти полностью из метана (СН4) и пропан-бутановых смесей, а также жидких углеводородов.

Основной реакцией, обеспечивающей науглероживание при газовой цементации, является

(процесс ведут при 910-930 о С 6-12 ч).

Окончательные свойства цементованные изделия приобретают в результате термической обработки после цементации. Эта обработка необходима для того, чтобы исправить структуру и измельчить зерно сердцевины и цементованного слоя, неизбежно увеличивающееся во время длительной выдержки при высокой температуре цементации, получить высокую твердость в цементованном слое и хорошие механические свойства сердцевины.

В большинстве случаев, особенно при обработке наследственно мелкозернистых сталей, применяют закалку выше точки Ас1 (сердцевины) при 820-850 о С. Это обеспечивает измельчение зерна, полную закалку цементованного слоя и частичную перекристаллизацию и измельчение зерна сердцевины.

При газовой цементации часто применяют закалку без повторного нагрева, а непосредственно из цементованной печи после подстуживания изделий до 840-860 о С. Такая обработка не исправляет структуру цементованного слоя и сердцевины, поэтому ее применяют только для изделий, изготовленных из наследственно мелкозернистых деталей.

После цементации термическая обработка иногда состоит из двойной закалки и отпуска.

Первую закалку (или нормализацию) с нагревом до 880-900 о С (выше точки Ас3 сердцевины) назначают для исправления структуры сердцевины. Вторую закалку проводят с нагревом до 760-780 О С для устранения перегрева цементованного слоя и придания ему высокой твердости. Недостаток такой термообработки – сложность технологического процесса, возможность окисления и обезуглероживания.

Заключительной операцией термической обработки цементованных изделий является низкий отпуск при 160-180 о С, переводящий мартенсит закалки в поверхностном слое в отпущенный мартенсит, снимающий напряжения и улучшающий механические свойства.

В результате термической обработки цементованный слой должен иметь структуру мелкоигольчатого мартенсита и изолированных участков остаточного аустенита (15-20%) или мартенсита.

Твердость на поверхности цементованного слоя находится в пределах HRC

58-62 и в сердцевине HRC

30-45. При цементации чаще контролируют не общую, а эффективную толщину слоя.

Эффективная толщина соответствует зоне слоя от поверхности насыщения до границы зоны с твердостью HRC

550. Толщина эффективного слоя составляет 0,4-1,8 мм.

6.2.2. Азотирование стали.

Азотированием называется ХТО, заключающаяся в диффузионном насыщении поверхностного слоя стали азотом при нагревании в соответствующей среде. Азотированию подвергают гильзы цилиндров двигателей внутреннего сгорания, детали арматуры турбин и целый ряд других деталей, работающих на износ при повышенных температурах в агрессивных средах.

Твердость азотированного слоя стали выше, чем цементованного, и сохраняется при нагреве до высоких температур (450-500 о С), тогда как твердость цементованного слоя, имеющего мартенситную структуру, сохраняется только до 200-225 о С.

Азотирование чаще проводят при 500-600 о С (низкотемпературное азотирование). Стали ферритного и аустенитного классов и тугоплавкие металлы (Ti, Mo и др.) подвергаются высокотемпературному азотированию (600-1200 о С).

Наиболее распространено газовое азотирование. Его обычно проводят в герметических камерах (ретортах), куда поступает с определенной скоростью аммиак, диссоциирующийся по реакции

NH N-3/2H2.

Для снижения хрупкости и экономии аммиака рекомендуется азотирование в аммиаке, разбавленном азотом.

Выделяющийся атомарный азот адсорбируется поверхностью металла и диффундирует в его кристаллическую решетку, образуя различные азотистые фазы.

Ф сплавах железа с азотом образуются следующие фазы:

ά-фаза – твердый раствор в ά-железе;

γ-фаза – азотистый аустенит, который образуется при температуре выше эвтектоидной (591 о С);

γ ` -фаза – твердый раствор на основе нитрита железа Fe4N

ε-фаза, твердый ра-ор на основе нитрита Fe2-3N (8,0-11,2 % N).

Следовательно, в случае азотирования при температуре ниже эвтектоидной диффузный слой состоит из трех слоев: ε+γ ` +α. Носителем твердости является нижний α-слой (вследствие выделения дисперсных нитридов);

γ ` -слой очень тонок, часто даже не обнаруживается,

а ε-слой непрочный и хрупкий.

В случае азотирования при температуре выше эвтектоидной, например 650 о С , слой при этой температуре состоит из следующих фаз: ε+γ ` +γ+α. При медленном охлаждении азотистый γ-аустенит распадается на эвтектоид: γ→α+γ ` , а при быстром охлаждении претерпевает мартенситное превращение. В этом случае максимальной твердости отвечает мартенситный подслой.

При азотировании легированных сталей образуются легированные ε— и γ ` -фазы. Легирующие элементы W,Mo, Cr, Ti, V, будучи растворены в феррите, повышают растворимость азота в α-фазе и образуют специальные нитриды MN, M2N (VN, TiN, Cr2 N и др.). Выделяясь в мелкодисперсном состоянии, эти нитриды способствуют повышению твердости азотированного слоя.

В последние годы получило применение азотирование с добавками углеродсодержащих газов, которое проводят при 570 о С в течении 1,5-3,0 ч в атмосфере, содержащей 50 % (по объему) эндогаза и 50 % (по объему) аммиака. В результате такой обработки образуется карбонитридная (Fe,M)2-3(N,C) зона толщиной 7-25 мкм, обладающая меньшей хрупкостью и более высокой износостойкостью, чем чисто азотистая ε-фаза (Fe,M)2-3N.

Твердость карбонитридного слоя на легированных сталях HV 600-1100. Общая толщина слоя – 0,15-0,5 мм.

Понятие об ионном азотировании и цементации.

Для активизации процессов в газовой среде и на насыщаемой поверхности применяют ионное азотирование. Время при этом уменьшается в 2…3 раза с одновременным повышением качества азотированного слоя.

Ионное азотирование осуществляется в стальном контейнере, который является анодом. Катодом служат азотируемые детали.

Через контейнер при низком давлении пропускается азотосодержащая газовая среда.

Вначале азотируемая поверхность очищается катодным распылением в разреженном азотосодержащем газе или водороде.

При напряжении около 1000 В и давлении 13…26 Па ионы бомбардируют и очищают поверхность катода (детали). Поверхность при этом нагревается до температуры не более 200 С.

Затем устанавливается рабочий режим: напряжение 300…800В, давление 133 …1333 Па, удельная мощность 0,7…1 Вт/см 2 . Поверхность детали нагревается при этом до температуры 450…500 С в результате бомбардировки положительными ионами газа. Ионы азота поглощаются поверхностью катода, а затем диффундируют вглубь.

Параллельно с этим протекает процесс катодного распыления поверхности, что позволяет проводить азотирование трудноазотируемых сплавов, самопроизвольно покрывающихся защитной оксидной пленкой, которая препятствует проникновению азота при обычном азотировании.

Наряду с ионным азотированием применяют ионную цементацию. При ионной цементации требуется высокая температура нагрева поверхности (до 900…1050 С), что достигается либо увеличением удельной мощности, либо применением дополнительного внешнего нагрева цементуемых деталей.

При ионной цементации и ионном азотировании наблюдается ускорение диффузионных процессов, особенно в начальной стадии.

6.2.3. Одновременное насыщение поверхности стали

азотом и углеродом.

Совместное диффузионное насыщение стали азотом и углеродом имеет определенные преимущества. Так, азот способствует диффузии углерода, поэтому можно понизить температуру диффузионного насыщения до 850 с. Такой процесс называется нитроцементацией, так как исходной средой является смесь цементирующего газа и аммиака. Продолжительность процесса 4…10 часов.

Основное назначение нитроцементации – повышение твердости и износостойкости стальных изделий.

Твердость слоя после закалки и низкого отпуска HRC 58…60. Толщина нитроцементованного слоя составляет 0,2…0,8мм. Нитроцементации обычно подвергают детали сложной формы, например зубчатые колеса.

Одновременное насыщение стали углеродом и азотом происходит также при цианировании в расплавленных солях, содержащих цианид натрия при 820…860 С. Однако токсичность расплава солей является серьезным недостатком, препятствующим широкому внедрению этого процесса. (В МВТУ им Баумана Д. А. Прокошкиным и А.В. Суповым разработаны новые технологии повышающие долговечность инструмента из быстрорежущей стали в 2…4 раза).

6.3. Диффузионное насыщение сплавов

металлами и неметаллами

Борирование — насыщение поверхности металлов и сплавов бором с целью повышения твердости, износостойкости и коррозионной стойкости.

При борировании железа упрочненный слой состоит из ромбического борида FeB и тетрагонального борида Fe2B, образующих столбчатые кристаллы. Под слоем боридов располагается переходный слой из твердого раствора бора в альфа-железе.

При нагревании бориды устойчивы: FeB — до 800 С, Fe2B — до 1000 С. Что позволяет применять борирование для повышения износостойкости деталей, работающих при высоких температурах. Борридный слой очень твердый, но склонен к скалыванию.

Установлено, что углерод сталей полностью вытесняется из зоны боридов вглубь и, в зависимости от легирующих элементов в стали, образует переходную зону.

Борированные стали обладают высокой коррозионной стойкостью в водных растворах соляной, серной и фосфорной кислот. Борированые слои на углеродистых сталях устойчивы к воздействию кипящих водных растворов NaOH и КОН, а также расплавов цинка, свинца, олова.

Силицирование— насыщение поверхности металлов и сплавов кремнием с целью повышения коррозионной стойкости, жаростойкости, твердости и износостойкости. При силицировании на поверхности образуется твердый раствор кремния в железе. Наибольший интерес представляет селицирование легированных сталей, так как Cr, Al, Ti, попадая в силицированный слой, повышают его окалиностойкость.

Хромирование –насыщение поверхности изделий хромом.

Диффузионному хромированию подвергают чугуны, стали, сплавы на основе никеля, молибдена, вольфрама, ниобия, кобальта и металлокерамические материалы.

Хромирование производят в вакуумных камерах (10- 10 -1 Па) при 1420 о С. За 18…24 ч. получают хромированный слой толщиной 2,0…2,5 мм с концентраций на поверхности до 70% хрома.

Этот процесс обеспечивает повышенную устойчивость стали против газовой коррозии (окалиностойкость) до 800 С.

Хромирование сталей, содержащих свыше 0,3…0,4% С, повышает твердость и износостойкость.

Хромирование используют для упрочнения деталей работающих на износ, особенно в агрессивных средах.

Алитирование– процесс насыщения поверхности изделий алюминием с целью повышения жаростойкости, коррозионной и эрозионной стойкости.

Поверхностный слой может содержать до 58% (по массе) алюминия и представляет собой фазовый слой FeАl3.При нагревании алитированных изделий образуется плотная пленка оксида алюминия (Al3O3), предохраняющая металл от окисления.

Алитированный слой обладает также хорошим сопротивлением коррозии в атмосфере и морской воде.

Толщина алитированного слоя колеблется в пределах 0,21 мм Износостойкость алитированнного слоя низкая.

Алитированию подвергают различные изделия, работающие при высоких температурах.

Дата добавления: 2016-02-02 ; просмотров: 1827 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Читайте также:  Не включается конвектор ballu
Оценить статью
Добавить комментарий