Термічна обробка після цементації

Для отримання заданого комплексу механічних властивостей після цементації потрібна додаткова термічна обробка деталей.

Залежно від умов роботи, а також від обраної для виготовлення деталі сталі режим термічної обробки, що зміцнює, може бути різний. Для важконавантажених тертьових деталей машин, що зазнають в умовах роботи динамічне навантаження, в результаті термічної обробки потрібно отримати не тільки високу поверхневу твердість, але і високу міцність (наприклад, для зубчастих коліс - високу міцність на вигин) та високу ударну в'язкість. Для забезпечення зазначених властивостей потрібно отримати дрібне зерно як на поверхні деталі, так і в осерді. У таких відповідальних випадках цементовані деталі піддають складній термічній обробці, що складається з двох загартування, що послідовно проводять, і низької відпустки.

При першому загартуванні деталь нагрівають до температури на 30-50 °С вище за температуру Ас_Зак цементованої сталі. При такому нагріванні у всьому обсязі деталі встановиться аустенітний стан (рис. 3). Нагрів до температур, що лише трохи перевищують Ас_Зак, викликає перекристалізації серцевини деталі з утворенням дрібного аустенітного зерна, що забезпечить дрібнозернистість продуктів розпаду. При температурі t3, як видно на малюнку 3, весь дифузійний шар переходить в аустенітний стан, тому щоб запобігти виділенню цементиту проводять загартування.

При другому загартуванні деталь нагрівають до температури t_Зак2 з перевищенням на 30-50 ° С температури Ac_t (Рис. 3).У процесі нагрівання мартенсит, отриманий в результаті першого загартування, відпускається, що супроводжується утворенням глобулярних карбідів, які в певній кількості зберігаються після неповного загартування поверхневої заевтектоїдної частини шару, збільшуючи його твердість. Друге загартування забезпечує також дрібне зерно в навуглероженому шарі.

Рисунок 7 – Режим термічної обробки відповідальних деталей машин після цементації: / – цементація; II - подвійне загартування; /// - низька відпустка

Остаточною операцією термічної обробки є низька відпустка при 160-200° С, що зменшує залишкову напругу і не знижує твердість сталі (рис. 7).

Після подвійного загартування та низької відпустки поверхневий шар набуває структури відпущеного мартенситу з включеннями глобулярних карбідів. Структура серцевини деталі залежить від легування сталі. Так як для цементації обрана легована сталь, то в залежності від кількості легуючих елементів серцевина може придбати структуру бейніту або мартенситу низьковуглецевого. У всіх випадках через низький вміст вуглецю буде забезпечена досить висока ударна в'язкість.

Загартування та низькотемпературна відпустка

Деталь охолоджується в гартовому середовищі (масло), що має температуру вище мартенситної точки. При охолодженні і витримці в цьому середовищі деталь, що гартується, повинна придбати у всіх точках перерізу температуру гартового бака. Потім слід остаточне, зазвичай повільне охолодження під час якого відбувається формування структури, тобто перетворення аустеніту в мартенсит. Розбивка охолодження на два ступені зменшує внутрішні напруги першого роду, тому зменшується і загартована деформація.

При ступінчастому загартуванні проводиться так звана правка або рихтування, тобто усунення короблення, викликаного термічними напругами при першому швидкому охолодженні.

Відпустка - це завершальна операція термічної обробки деталей, що остаточно формує її властивості.

Головним завданням відпустки є зниження або повне усунення внутрішніх напруг, зменшення крихкості загартованої сталі. Низькотемпературна відпустка полягає у нагріванні до температури нижче 250 °С. Структура після такої обробки складається з відпущеного маловуглецевого мартенситу.

Загартування та відпустку проводять у камерній механізованій печі СНЦ_5.10•3,2/10 (рис 5).

Матеріалознавець

Хіміко-термічна обробка сталі. Призначення та технологія видів хіміко-термічної обробки: цементації, азотування, нітроцементації та дифузійної металізації

Хіміко-термічна обробка сталі

Хіміко-термічна обробка (ХТО) – процес зміни хімічного складу, мікроструктури та властивостей поверхневого шару деталі.

Зміна хімічного складу поверхневих шарів досягається в результаті їх взаємодії з навколишнім середовищем (твердою, рідкою, газоподібною, плазмовою), в якій здійснюється нагрівання.

В результаті зміни хімічного складу поверхневого шару змінюються його фазовий склад та мікроструктура,

Основними параметрами хіміко-термічної обробки є температура нагрівання та тривалість витримки.

В основі будь-якого різновиду хіміко-термічної обробки лежать процеси дисоціації, адсорбції, дифузії.

Дисоціація – одержання насичуючого елемента в активованому атомарному стані в результаті хімічних реакцій, а також випаровування.

Адсорбція - Захоплення поверхнею деталі атомів насичуючого елемента.

Адсорбція - завжди екзотермічний процес, що призводить до зменшення вільної енергії.

Дифузія - переміщення адсорбованих атомів углиб виробу.

Для здійснення процесів адсорбції та дифузії необхідно, щоб елемент, що насичує, взаємодіяв з основним металом, утворюючи тверді розчини або хімічні сполуки.

Хіміко-термічна обробка є основним способом поверхневого зміцнення деталей.

Основними різновидами хіміко-термічної обробки є:

- Цементація (насичення поверхневого шару вуглецем);

- азотування (насичення поверхневого шару азотом);

- нітроцементація або ціанування (насичення поверхневого шару одночасно вуглецем та азотом);

-Дифузійна металізація (насичення поверхневого шару різними металами).

Призначення та технологія видів хіміко-термічної обробки: цементації, азотування нітроцементації та дифузійної металізації

Цементація – хіміко-термічна обробка, що полягає в дифузійному насиченні поверхневого шару атомами вуглецю при нагріванні до температури 900…950 ºС.

Цементації піддають сталі з низьким вмістом вуглецю (до 0,25 %).

Нагрів виробів здійснюють у середовищі, що легко віддає вуглець. Підібравши режими обробки, поверхневий шар насичують вуглецем до необхідної глибини.

Глибина цементації (h) – відстань від поверхні виробу до середини зони, де в структурі є однакові обсяги фериту та перліту ( h. = 1…2 мм).

Ступінь цементації – середній вміст вуглецю в поверхневому шарі (зазвичай не більше 1,2 %).

Вищий вміст вуглецю призводить до утворення значних кількостей цементиту вторинного, що повідомляє шару підвищену крихкість.

На практиці застосовують цементацію в твердому та газовому карбюризаторі (навуглецювальному середовищі).

Ділянки деталей, що не піддаються цементації, попередньо покриваються міддю (електролітичним способом) або глиняною сумішшю.

Цементація у твердому карбюризаторі.

Майже готові вироби з припуском під шліфування укладають у металеві ящики та пересипають твердим карбюризатором. Використовується деревне вугілля з добавками вуглекислих солей. ВаСО₃, Na₂CO₃ у кількості 10…40 %. Закриті ящики укладають у піч і витримують за температури 930…950 ºС.

За рахунок кисню повітря відбувається неповне згоряння вугілля з утворенням окису вуглецю (СО)яка розкладається з утворенням атомарного вуглецю за реакцією 2СО → СО₂ + З_ат .

Атоми вуглецю, що утворюються, адсорбуються поверхнею виробів і дифундують вглиб металу.

Недоліками цього способу є:

- Значні витрати часу (для цементації на глибину 0,1 мм витрачається 1 год);

- Низька продуктивність процесу;

- Складність автоматизації процесу.

Спосіб застосовується у дрібносерійному виробництві.

Процес здійснюється у печах з герметичною камерою, наповненою газовим карбюризатором..

Атмосфера вуглецевмісних газів включає азот, водень, водяні пари, які утворюють газ-носій, а також окис вуглецю, метан та інші вуглеводні, що є активними газами.

Глибина цементації визначається температурою нагрівання та часом витримки.

- Можливість отримання заданої концентрації вуглецю в шарі (можна регулювати вміст вуглецю, змінюючи співвідношення складових атмосферу газів);

- Скорочення тривалості процесу за рахунок спрощення подальшої термічної обробки;

- Можливість повної механізації та автоматизації процесу.

Спосіб застосовується у серійному та масовому виробництві.

Структура цементованого шару

Структура цементованого шару представлена ​​рис. 15.1.

Мал. 15.1. Структура цементованого шару

На поверхні виробу утворюється шар заевтектоїдної сталі, що складається з перліту та цементиту. У міру віддалення від поверхні вміст вуглецю знижується і наступна зона складається тільки з перліту. Потім з'являються зерна фериту, їх кількість у міру віддалення від поверхні збільшується. І, нарешті, структура стає відповідальною до складу.

Термічна обробка після цементації

В результаті цементації досягається лише вигідний розподіл вуглецю за перерізом. Остаточно формує властивості цементованої деталі подальша термообробка. Всі вироби піддають гарту з низькою відпусткою. Після загартування цементований виріб набуває високої твердості та зносостійкості, підвищується межа контактної витривалості та межа витривалості при згинанні, при збереженні в'язкого серцевини.

Комплекс термічної обробки залежить від матеріалу та призначення виробу.

p align="justify"> Графіки різних комплексів термічної обробки представлені на рис. 15.2.

Мал. 15.2. Режими термічного оброблення цементованих виробів

Якщо сталь спадково дрібнозерниста або вироби невідповідального призначення, то проводять одноразове загартування з температури 820…850ºС (Рис. 15.2 б).При цьому забезпечується отримання високовуглецевого мартенситу в цементованому шарі, а також часткова перекристалізація та подрібнення зерна серцевини.

При газовій цементації виробу після закінчення процесу підстуджують до цих температур, а потім проводять загартування (не потрібно повторне нагрівання під загартування) (рис. 15.2 а).

Для задоволення особливо високих вимог, що висуваються до механічних властивостей цементованих деталей, застосовують подвійне загартування (рис. 15.2).

Перше загартування (або нормалізація) проводиться з температури 880…900ºС для виправлення структури серцевини.

Друге загартування проводиться з температури 760…780ºС для отримання дрібноголчастого мартенситу в поверхневому шарі.

Завершальною операцією термічної обробки завжди є низька відпустка, що проводиться за температури 150 ... 180 ºС. В результаті відпустки в поверхневому шарі одержують структуру мартенситу відпустки, частково знімаються напруги.

Цементації піддають зубчасті колеса, поршневі кільця, хробаки, осі, ролики.

Азотування – хіміко-термічна обробка, за якої поверхневі шари насичуються азотом.

Вперше азотування здійснив Чижевський І.П., промислове застосування – двадцяті роки.

При азотуванні збільшуються як твердість і зносостійкість, але й підвищується корозійна стійкість.

При азотуванні виробу завантажують у герметичні печі, куди надходить аміак NH₃ c певною швидкістю. При нагріванні аміак дисоціює щодо реакції 2NH₃→2N+3H₂. Атомарний азот поглинається поверхнею та дифундує вглиб виробу.

Фази, що виходять в азотованому шарі вуглецевих сталей, не забезпечують високої твердості, і шар, що утворюється, крихкий.

Для азотування використовують сталі, що містять алюміній, молібден, хром, титан. Нітриди цих елементів дисперсні і мають високу твердість і термічну стійкість.

Типові сталі, що азотуються: 38ХМЮА, 35ХМЮА, 30ХТ2Н3Ю.

Глибина та поверхнева твердість азотованого шару залежать від ряду факторів, основними з яких є температура азотування, тривалість азотування та склад азотованої сталі.

Залежно від умов роботи деталей розрізняють азотування:

– для підвищення поверхневої твердості та зносостійкості;

– для покращення корозійної стійкості (антикорозійне азотування).

У першому випадку процес проводять за температури 500… 560ºС протягом 24…90 год, оскільки швидкість азотування становить 0,01 мм/год. Вміст азоту в поверхневому шарі становить 10…12 %, товщина шару (h) – 0,3…0,6 мм. На поверхні отримують твердість близько 1000 HV. Охолодження проводять разом із піччю в потоці аміаку.

Значне скорочення часу азотування досягається при іонному азотуванні, коли між катодом (деталлю) та анодом (контейнерною установкою) збуджується розряд, що тліє. Відбувається іонізація азотовмісного газу, і іони бомбардуючи поверхню катода, нагрівають його до температури насичення. Катодне розпилення здійснюється протягом 5…60 хв при напрузі 1100…1400 У та тиску 0,1…0,2 мм рт. ст., робоча напруга 400…1100 В, тривалість процесу до 24 годин.

Антикорозійне азотування проводять і для легованих, і для вуглецевих сталей. Температура проведення азотування – 650… 700ºС, тривалість процесу - 10 год. На поверхні утворюється шар -фази завтовшки 0,01…0,03 мм, який має високу стійкість проти корозії.(-фаза - твердий розчин на основі нітриду заліза Fe₃N, що має гексагональну решітку).

Азотування проводять на готових виробах, що пройшли остаточну механічну та термічну обробку (загартування з високою відпусткою).

Ціанування та нітроцементація

Ціанування – хіміко-термічна обробка, при якій поверхня насичується одночасно вуглецем та азотом.

Глибина шару та концентрація в ньому вуглецю та азоту залежать від температури процесу та його тривалості.

Ціанований шар має високу твердість 58…62 HRC і добре чинить опір зносу.

Тривалість процесу – 0,5…2 год.

Високотемпературне ціанування проводиться за температури 800…950ºС, супроводжується переважним насиченням сталі вуглецем до 0,6…1,2 %, (Рідинна цементація). 0,2…0,6 %, товщина шару 0,15…2 мм. Після ціанування виробу піддаються гартуванню і низькому відпустці. Fe₂(C, N)а потім азотистий мартенсит.

Порівняно з цементацією високотемпературне ціанування відбувається з більшою швидкістю, призводить до меншої деформації деталей, забезпечує більшу твердість та опір зносу.

Низькотемпературне ціанування проводиться за температури 540…600ºС, супроводжується переважним насиченням сталі азотом

Проводиться для інструментів із швидкорізальних, високохромистих сталей, є остаточною обробкою.

Основним недоліком ціанування є отруйність ціанистих солей.

Нітроцементація – газове ціанування, здійснюється у газових сумішах із цементуючого газу та дисоційованого аміаку.

Склад газу температура процесу визначають співвідношення вуглецю та азоту в цианированном шарі. Глибина шару залежить від температури та тривалості витримки.

Високотемпературна нітроцементація проводиться за температури 830…950ºС, для машинобудівних деталей з вуглецевих та малолегованих сталей при підвищеному вмісті аміаку Завершальною термічною обробкою є загартування з низькою відпусткою. Твердість досягає 56…62 HRC.

На ВАЗі 95% деталей піддаються нітроцементації.

Низькотемпературна нітроцементація піддають інструмент із швидкорізальної сталі після термічної обробки (загартування та відпустки). Процес проводять за температури 530…570ºС, протягом 1,5…3 ч. Утворюється поверхневий шар завтовшки 0,02…0,004 мм із твердістю 900…1200 HV.

Нітроцементація характеризується безпекою у роботі, низькою вартістю.

Дифузійна металізація – хіміко-термічна обробка, при якій поверхня сталевих виробів насичується різними елементами: алюмінієм, хромом, кремнієм, бором та ін.

При насиченні хромом процес називають хромуванням, алюмінієм – алітуванням, кремнієм – силікуванням, бором - боруванням.

Дифузійну металізацію можна проводити у твердих, рідких та газоподібних середовищах.

При твердої дифузійної металізації металізатором є феросплав з додаванням хлористого амонію (NH₄Cl). В результаті реакції металізатора з HCl або CL₂ утворюються сполуки хлору з металом (AlCl₃, CrCl₂, SiCl₄), які при контакті з поверхнею дисоціюють з утворенням вільних атомів.

Рідка дифузійна металізація проводиться зануренням деталі розплавлений метал (наприклад, алюміній).

Газова дифузійна металізація проводиться у газових середовищах, що є хлоридами різних металів.

Дифузія металів протікає дуже повільно, тому що утворюються розчини заміщення, тому при однакових температурах дифузійні шари в десятки та сотні разів тонші, ніж при цементації.

Дифузійна металізація - процес дорогий, здійснюється при високих температурах (1000…1200ºС) протягом тривалого часу.

Однією з основних властивостей металізованих поверхонь є жаростійкість, тому жаростійкі деталі для робочих температур 1000…1200ºС виготовляють із простих вуглецевих сталей з подальшим алітуванням, хромуванням або силікуванням.

Винятково високою твердістю (2000 HV) та високим опором зносу через утворення боридів заліза (FeB, FeB₂) характеризуються боровані шари, але ці шари дуже тендітні.

Свіжі нотатки

Який термічній обробці піддаються деталі після цементації

Хіміко-термічна обробка представляє такий вид обробки, в результаті якої відбувається зміна хімічного складу і структури поверхневого шару сталі під впливом температури і середовища. корозії та жаростійкість при збереженні достатньої в'язкості та пружності серцевини.

Залежно від того, яким елементом насичується поверхневий шар виробу, хіміко-термічна обробка може бути поділена на такі основні види: цементація, ціанування, азотування, алітування, дифузійне хромування, силікування.

1. Цементація сталі

Рекламні пропозиції на основі ваших інтересів:

Додаткові матеріали на тему:

• Виготовлення масивних шин
• Конструкція масивних шин
• Особливості відновлення шин різних типів
• Безформові способи відновлення шин
• Вулканізація діагональних автопокришок, що відновлюються.
• Накладення шиноремонтних матеріалів на діагональні автопокришки, що відновлюються.
• Підготовка діагональних автопокришок до відновлення
• Матеріали для ремонту шин
• Загальні відомості про відновлення шин

Цементацією називається процес поверхневого навуглерожування сталі.

У практиці існують три види цементації:
а) цементація твердими карбюризаторами,
б) газова цементація,
в) рідинна цементація.

Цементація твердими карбюризаторами полягає в тому, що вироби з маловуглецевих сталей із вмістом вуглецю не вище 0,25% укладають у спеціальні цементаційні ящики, пересипають речовиною, що вуглерожує, званим карбюризатором, потім герметично закривають і встановлюють у спеціальну піч. Вироби в печі нагріваються до температури 900-940 ° і витримуються при цій температурі протягом декількох годин, потім повільно охолоджуються, після чого вони піддаються гартуванню та відпустці. Основними факторами, що впливають на результат цементації, є температура нагрівання виробів, час витримки, хімічний склад і якість сталі.

Температура нагрівання виробів та його витримка одна із основних чинників, які впливають результати цементації. Висока температура нагріву порядку 900-940 ° забезпечує утворення в достатній кількості окису вуглецю, яка необхідна для насичення поверхневого шару виробу вуглецем. Крім того, високий нагрів сприяє збільшенню швидкості дифузії вуглецю в метал, що дає можливість отримувати більш глибокий шар цементу при відповідній витримці.

Карбюризатором називається речовина, що містить вуглець. До складу твердого карбюризатора входить вугілля. Вугілля може бути деревне, тваринне походження або кам'яне. Найбільше застосування має деревне вугілля, так як він у порівнянні з твариною (обвуглена шкіра, копита, роги, кістки) і кам'яним вугіллям містить незначну кількість шкідливих домішок - сірки та фосфору. Деревне вугілля має бути твердим, щоб витримувати тиск виробів, що цементуються. Для цих цілей застосовується дубове, березове або букове вугілля. Для прискорення процесу цементації та активізації вугілля до складу карбюризатора додаються (10-40%) вуглекислі солі - барію, натрію або кальцію (BaC03; Na2C03; СаС03).

Для рівномірного навуглерожування поверхні виробів вони перед цементацією повинні бути ретельно очищені від іржі, бруду та олії. Ділянки поверхні виробів, що не підлягають цементації, оберігаються різними способами: обмідненням поверхні гальванічним способом (шаром міді 0,04-0,045 мм) або обмазуванням різними пастами; внутрішні отвори деталей можуть набиватися ізолюючою масою, що складається з азбесту, слюди та окалини.

Після підготовки виробу укладаються у спеціальні цементаційні ящики, виготовлені із звареного 8-10-міліметрового листового заліза.

Укладання виробів проводиться у наступній послідовності. Дно ящика посипають шаром карбюризатора товщиною 35-40 мм, на який укладають вироби з проміжками 15-20 мм один від одного і з відстанню від стінок ящика в 25-30 мм. На вироби насипають шар карбюризатора завтовшки 20-25 мм, потім укладають другий ряд виробів і т.д. буд. Над останнім рядом покладених виробів насипають і утрамбовують карбюризатор шаром 50-60 мм. Ящики герметично закривають кришками, а щілини між стінками ящика та кришкою замазують вогнетривкою глиною, після чого ящики встановлюються в цементаційні печі.

Після закінчення процесу цементації ящики разом з охолоджують виробами, потім їх відкривають.

Для визначення глибини цементації в ящики одночасно з виробами закладають так звані свідки діаметром 10-20 мм і довжиною 70-80 мм, які повинні бути виготовлені з тієї ж сталі. Глибина цементації визначається по зламу «свідків», причому вони до зламу піддаються гартуванню (800 °) з охолодженням у воді. Після гарту «свідків» їх піддають зламу і протруюють у 10-відсотковому розчині азотної кислоти в денатурованому спирті. Більш точне визначення глибини цементації може бути отримано мікроскопом.

Так як у процесі цементації вироби тривалий час знаходяться при високій температурі, що викликає зростання зерен металу, після цементації їх піддають нормалізації, що покращує структуру металу, потім загартування та низької відпустки.

Відпал або нормалізація за високих температур сприяє зменшенню розмірів зерна серцевини, але зерно поверхневих зон при цьому не зменшується, а росте. Загартування при t - 760 ° змінює розмір зерна поверхневої зони, т. е. зменшує його, але при цьому вона зовсім не впливає на величину зерен серцевини; тому в результаті подвійної термічної обробки весь виріб матиме дрібнозернисту будову.

Газова цементація здійснюється шляхом використання газів, що містять вуглець. Газова цементація, маючи низку переваг у порівнянні з цементацією твердими карбюризаторами, набула широкого застосування на великих машинобудівних заводах.

Вперше такий вид цементації було застосовано відомим російським ученим П. П. Аносовим ще у 30-х роках минулого сторіччя на златоустівському заводі. В даний час цей спосіб розроблений та впроваджений у виробництво радянськими вченими професорами Іллінським, Мінкевичем та Просвіріним.

Широке застосування газової цементації пояснюється тим, що при цьому способі прискорюється процес цементації в 25-3 рази, що зменшує вартість термічної обробки і, крім того, значно покращуються умови праці робітників.

Найбільше застосування мають такі гази: природний саратовський, світильний газ і газ, що утворюється в результаті піролізу гасу. Процес газової цементації проводиться у спеціальних печах: муфельних, ретортних чи шахтних. Підготовлені до цементації сталеві вироби укладаються в піч, куди підводиться газ, що цементує; температура у своїй має бути 925—950°. В результаті хімічних реакцій відбувається утворення атомарного вуглецю, який дифундує поверхневий шар сталевого виробу.

Витримка виробів у печі за максимальної температури нагрівання залежить від необхідної глибини цементації. При цементації в муфельних печах на глибину 05-08 мм витримка повинна бути від 6 до 7 годин, при глибині шару 08-10 мм - від 7 до 9 годин і при глибині шару 10-1 ,2 мм - від 9 до 11 години.

У ретортних печах процес цементації відбувається значно швидше і, залежно від глибини шару, триває від 3 до 5 годин. Після цементації проводиться загартування та відпуск виробів.

Рідина цементація є процесом насичення вуглецем поверхневого шару сталевих виробів у рідкому середовищі.

Характерною особливістю рідинної цементації є швидкість та рівномірність насичення вуглецем поверхні сталевих виробів на значну глибину.

Глибина навуглероженого шару може бути різною – від 0,1 до 2,0 мм. Глибина навуглерожування залежить від температури нагрівання, хімічного складу ванни та тривалості процесу.

До складу соляних ванн зазвичай входять такі солі: ціаністий натрій NaCN, кухонна сіль NaCl, хлористий барій ВаС12, вуглекислий натрій МагСОз. Відсотковий вміст цих солей у ванні може бути різним. У практиці часто застосовують соляні ванни для рідинної цементації наступного хімічного складу NaCN - 45-50%, 7-10%; NaCl - 15 ° / про, 30%; - 35%, 60%; Na2C03 - 0,5-1,0%.

При температурі 900-950 ° ціаністий натрій (NaCN) вступає в хімічну реакцію з киснем, в результаті чого утворюються 1ЧАГСОз. ЗІ і N.. Вуглерожування поверхні сталевих виробів відбувається за рахунок окису вуглецю (СО), що розчиняється в соляній ванні.

Для навуглерожування поверхневого шару дрібних сталевих виробів на глибину від 0,1 до 0,3 мм застосовуються соляні ванни за температури 850° наступного хімічного складу: Na2C03 - 75 - 80%; NCI - i5 - 10% SiC-10%.

Тривалість процесу рідинної цементації (табл. 8) залежить від необхідної глибини шару цементації. Практично цей процес може тривати протягом 1-10 годин

Ділянки деталей, що не підлягають рідинній цементації, обіднюють, товщина шару міді допускається не менше 0,03 мм. Після закінчення цементації деталі охолоджують, потім їх піддають гартуванню при температурі 760-780 ° (вода, олія) і відпустці при температурі 160-180 °.

У практиці може застосовуватися й інший спосіб термічної обробки, що полягає в тому, що деталі після цементації злегка охолоджуються у ванні зі зниженою температурою і гартуються безпосередньо в цій ванні. При такому варіанті покращується якість гарту та знижується вартість.

2. Азотування та ціанування сталі

Процес насичення азотом поверхневого шару сталевого виробу називається азотуванням.

Азотування стали розроблено професором М.Н. П. Чижевським, який застосував його вперше у 1913 р.

Азотована сталь набуває високої твердості поверхневого шару і більшої стійкості проти корозії. Азотування піддаються головним чином леговані сталі, які мають у своєму складі алюміній, хром, молібден та інші кольорові метали.

Вуглецеві сталі, як правило, азотування не піддаються з наступної причини. Азот, що дифундує в сталь, вступає в хімічну сполуку з елементами сталі, утворюючи так звані нітриди.Нітриди алюмінію мають особливо високу міцність і стійкість, а нітриди заліза не мають такої міцності і досить легко розкладаються. Найбільше застосування для виготовлення деталей, що підлягають азотуванню, має сталь марки 38ХМЮА. В результаті азотування ця сталь набуває високої міцності- і твердості поверхневого шару. Азотовані сталі зберігають твердість при нагріванні до температури 500—600°.

Сутність процесу азотування полягає в тому, що в нагріте газове середовище, що містить азот, містяться сталеві вироби.

Як газове середовище застосовується газ аміак NH3, який при температурі 4-80-520 ° розкладається, виділяючи атомарний азот.

Атомарний азот, що виділяється, дифундує в поверхневий шар сталевого виробу і вступає в хімічну сполуку з елементами сталі, утворюючи при цьому нітриди. Нітриди надають поверхневому шару сталі високу твердість, міцність та стійкість проти корозії.

Технологія процесу азотування. Деталі, що підлягають азотуванню, попередньо піддаються термічній обробці, т.е. е. загартуванні та відпустці, потім механічній обробці. Після цього частини деталей, що не підлягають азотуванню, покриваються шаром олова завтовшки 0,01-0,015 мм.

Підготовлені в такий спосіб деталі укладають у муфель печі. Муфель герметично закривається. У муфель подається аміак, який при температурі печі 480-520 ° розкладається і виділяє атомарний азот, що дифузує (проникає) в поверхню металу.

Процес азотування сталі протікає дуже повільно й у залежність від необхідної глибини азотованого шару триває від 30 до 80 годин. Глибина азотованого шару може бути різною: від 025 до 070 мм.Для процесу азотування застосовуються електричні печі з муфелем, що герметично закривається.

Ціанування сталі представляє такий вид хіміко-термічної обробки, в результаті якого відбувається одночасно насичення поверхневого шару сталевого виробу вуглецем та азотом.

У практиці існують три різновиди ціанування: рідинне, ціанування в газовому середовищі, ціанування у твердому середовищі.

Рідинне ціанування сталевих виробів здійснюється шляхом нагрівання їх у розплавлених ціаністих солях.

Рідкісному ціануванню піддаються вироби з маловуглецевих, середньовуглецевих і легованих сталей, а також інструмент з швидкорізальних сталей. , поверхня виробів після ціанування виходить чистою та світлою.

Деталі перед процесом рідинного ціанування очищаються від бруду, олії, іржі і просушуються. печі. У практиці заводів для рідинного ціанування застосовуються печі різних типів: нафтові, газові та електричні печі мають ряд переваг у порівнянні з нафтовими та газовими.Це необхідно для того, щоб очистити їхню поверхню від отруйних ціаністих солей.

Залежно від роду виробів може застосовуватися низькотемпературне або високотемпературне рідинне ціанування. Інструмент, виготовлений із високолегованих, швидкорізальних сталей, піддається низькотемпературному ціануванню.

Низькотемпературне ціанування проводиться у спеціальних ваннах за нормальної температури 540—570°.

В результаті низькотемпературного ціанування поверхневий шар сталі набуває високої твердості та зносостійкості. Глибина цианированного шару досягає 0,02-0,04 мм. Інструмент перед ціануванням піддається гартуванню та відпустці. Після ціанування інструмент охолоджується на повітрі, ретельно промивається та піддається низькій відпустці. Витримка дається 15-40 хвилин, залежно від необхідної глибини ціанованого шару.

Високотемпературному ціануванню при 820-860 ° піддаються деталі, виготовлені з маловуглецевих і середньовуглецевих конструкційних сталей.

Ціанування сталі у газовому середовищі (нітро-цементація). Процес газового ціанування сталі здійснюється в газовому середовищі, яка складається із суміші аміаку та газів, що містять вуглець. Такими є: природний саратовський газ, генераторні гази та піролізний газ.

Сутність процесу газового ціанування полягає в тому, що вуглецевмісні гази і аміак, що входять до складу газової суміші, при температурах 520-850 °, розкладаючись, виділяють атомарний вуглець і азот, які дифундують поверхневий шар сталевих виробів.

Технологія процесу газового ціанування полягає в тому, що вироби перед процесом газового ціанування піддають очищенню від бруду, олії та іржі.Після чого поверхні, що не підлягають ціануванню, обіднюються, потім вироби укладають у спеціальні пристрої, що оберігають їх від деформації, і завантажують у муфель нагрітої печі. Вироби повинні бути розташовані в пристосуваннях так, щоб зазор між ними був не менше 15-20 мм, а відстань між виробами та стінками печі муфеля 50 мм. За такого розміщення забезпечується нормальна циркуляція газів між виробами.

p align="justify"> Процес газового ціанування проводиться в ретортних або муфельних печах з газовим або електричним обігрівом. Газова суміш подається у піч за допомогою спеціального обладнання. Співвідношення кількості аміаку та цементуючого газу, що подаються в муфель печі, зазвичай встановлюється 1:3 (1 л/хв аміаку та 3 л/хв цементуючого газу).

Відпрацьовані гази, що виходять із муфеля печі спеціальною трубкою, підпалюються і згоряють.

У практиці існують два види газового ціанування: низькотемпературне та високотемпературне.

Низькотемпературне газове ціанування застосовується для обробки ріжучого інструменту, виготовленого з швидкорізальних сталей, що легуються. Процес низькотемпературного газового ціанування зазвичай проводиться за температур 520— 560°. Витримка дається різна – від кількох хвилин до 2,5 години. Залежно від тривалості витримки глибина ціанованого шару може становити 0,03—0,06 мм. Після ціанування інструмент піддають низькій відпустці.

Високотемпературному газовому ціануванню піддаються деталі, виготовлені з маловуглецевих, середньовуглецевих і легованих сталей. При високотемпературному газовому ціануванні деталі нагрівають до температури 830-860 °.Тривалість витримки залежить від необхідної глибини ціанованого шару і може бути від кількох хвилин до 6-7 годин. Глибину ціанованого шару можна отримати різну - від 02 до 11 мм. Деталі після ціанування піддають загартування (безпосередньо з печі) з подальшою низькою відпусткою.

Ціанування сталі у твердому середовищі застосовується для підвищення твердості та міцності ріжучого інструменту, виготовленого із швидкорізальних сталей. Як ціаніруюче середовище застосовуються спеціальні порошки, до складу яких входять деревне вугілля, жовта або червона кров'яна сіль і кальцинована сода. При температурі 520-570 ° червона кров'яна сіль розкладається і виділяє атомарний вуглець і азот. Вуглець, що виділився, і азот дифундують в поверхневий шар сталевого інструменту.

3. Алітування та силікування сталі

Процес насичення поверхневого шару сталевих та чавунних виробів алюмінієм називається алітуванням.

Поверхня виробів, оброблених методом алітування, набуває високої жаростійкості та твердості. Алітовані вироби можуть працювати тривалий час при високих температурах (800-1000 °), не втрачаючи жаростійкості і твердості.

Алітування може проводитися у твердому, газовому та рідкому середовищах.

У практиці найчастіше застосовується спосіб алітування у твердому середовищі. Процес алітування в твердому середовищі полягає в тому, що вироби, укладені в спеціальні ящики або реторти, пересипають порошками, що алітують, і нагрівають до 950-1050°, де витримують протягом 4-12 годин. Глибина алітованого шару, залежно від часу витримки, може бути різною від 0,1 до 1 мм.Після алітування вироби піддаються дифузійному відпалу при температурі 950-1000 ° з витримкою від 3 до 6 годин. Дифузійний відпал усуває крихкість поверхневого шару алітованих виробів. До складу алітуючих порошків входять фероалюмінієвий або фероалюмінієвомедний сплави і хлористий амоній.

Силікування стали. Для підвищення зносостійкості, опірності корозії, а також для збільшення жаростійкості сталевих і чавунних виробів застосовується хіміко-термічна обробка, звана силікуванням. Цей вид хіміко-термічної обробки полягає у насиченні поверхневого шару сталевих та чавунних виробів кремнієм.

Силікування може проводитися у твердому та газовому середовищах.

При силіцірованіі в твердому середовищі вироби укладають у спеціальні ящики, пересипають силіцирующей сумішшю і нагрівають до 1100-1200 °. Витримка за цих температур протягом 5—6 годин забезпечує глибину силицированного шару до 0,1 мм.

Силікування в газовому середовищі проводиться дещо інакше. Деталі поміщають у спеціальну герметично закриту реторту, пересипають силіцірующими порошками. Вироби, що знаходяться в реторті, нагрівають до ,950— 1050°, після чого в неї подають газ — хлор. В результаті хімічних реакцій, що відбуваються при взаємодії хлору з силікуючою сумішшю, виділяється атомарний кремній, який і дифундує поверхневий шар виробів.

При витримці протягом 4-5 годин глибина силікованого шару досягає 0,5-0,6 мм.

Як силіцірующие порошки застосовують суміш з 75% феросиліцію і 25% шамота, при газовому силіцірованіе деталі пересипають феросиліцієм.

4. Корозія металів

Руйнування металів та металевих сплавів під дією навколишнього середовища називається корозією. Переважна більшість технічних металів різною мірою схильна до корозії.

Явище корозії зазвичай починається з поверхні і потім поширюється у глибину металів, знижуючи цим їх механічні властивості. Середовище, в якому протікають корозійні процеси, дуже впливає на їх характер, у зв'язку з чим розрізняють два основні види корозії: хімічну та електрохімічну. Хімічна корозія виникає внаслідок впливу на метали сухих газів та рідин, які не є провідниками електричного струму (бензин, олії, смоли тощо). При такому вигляді корозії на поверхні металів утворюються плівки оксидів. У деяких металів (алюміній, хром, молібден) плівки оксидів мають високу міцність, яка і захищає метал від руйнування. У заліза та інших чорних металів плівки оксидів неміцні, тому в таких плівках відбуваються місцеві руйнування, які є причиною подальшого протікання корозійних процесів, що руйнують метал на велику глибину. Окислення металів при підвищених температурах з утворенням на поверхні окалини є типовим видом хімічної корозії.

Електрохімічна корозія є результатом на метали різних електролітів — кислот, лугів, розчинів солей, води з розчиненими у ній газами і сторонніми домішками. Всі ці рідини є добрими провідниками струму.

Мал. 28. Основні види корозії:
1 - рівномірна корозія; 2 - місцева корозія; 3 - міжкристалітна корозія

Одним із найпоширеніших видів електрохімічної корозії є атмосферна корозія металів, сутність якої полягає в наступному. З фізики відомо, що пластинки, виготовлені з різнорідних металів і з'єднані між собою, при зануренні електроліт утворюють гальванічні пари. При цьому метал, який має більш високий потенціал, буде катодом, а метал з нижчим потенціалом — анодом. У промисловості найбільше застосування мають чисті метали, а металеві сплави, склад яких є однорідним. Перлітна сталь складається з зерен фериту та цементиту та інших домішок, внаслідок чого виходить безліч гальванічних пар, у яких зерна фериту є катодом, а зерна цементиту анодом. При зіткненні з вологим повітрям на поверхні сталі конденсується волога у вигляді водяної плівки, яка є в даному випадку електролітом. Завдяки цьому відбувається виникнення гальванічних струмів, що є основною причиною корозії металу. Отже, електрохімічна корозія відрізняється від хімічної тим, що з нею відбуваються електрохімічні процеси внаслідок виникнення гальванічних струмів.

Руйнування металів внаслідок корозії можуть виявлятися по-різному. Залежно від характеру руйнування вони поділяються на три види: рівномірна, місцева та міжкристалітна корозія (рис. 28). При рівномірній корозії руйнація відбувається рівномірно на всій поверхні металу чи сплаву. Місцева корозія відрізняється тим, що руйнування відбувається на окремих ділянках поверхні металу. Причиною такої корозії є нерівна поверхня металу з наявністю на ній рисок, подряпин, задир тощо. п.Міжкристалітна корозія 3 характеризується руйнуванням меж зерен металу.

Корозія металів завдає величезних збитків народному господарству. Основними металами у машинобудуванні та інших галузях народного господарства є чорні метали, т.к. е. залізо, сталь та чавун. Вони мають слабку стійкість проти корозії, завдяки чому постійно виходить з вживання величезна кількість чорних металів. Питання боротьби з корозією у Радянському Союзі надається великого значення. У низці науково-дослідних інститутів, у лабораторії Академії наук СРСР проводяться великі науково-дослідні роботи з вивчення явища корозії та боротьби з нею.

Існують різні засоби захисту металевих виробів від корозії. Ці способи полягають у металевому або неметалевому покритті металів або в штучному створенні на їх поверхні окисних плівок.

Металеві покриття металів виготовляються:
а) гарячим способом (лудіння, цинкування, свинцювання), тобто. е. зануренням попередньо очищених з поверхні металевих виробів розплавлений цинк і т.д. буд.;
б) гальванічним способом шляхом занурення виробів в електроліт відповідного складу, причому вироби в даному випадку будуть катодами;
в) дифузійним способом (алітування, силікування, хромування);
г) металізацією, оксидуванням (вороненням);
д) шляхом створення штучних окисних плівок на поверхні виробів.

Захист металів від корозії неметалевими покриттями полягає у фарбуванні, їх поверхні різними фарбами, лаками та ін.

Оксидування є методом хімічної та електрохімічної обробки поверхні металів.Сталеві вироби оксидуються (вороняться) у концентрованих розчинах лугів у присутності різних окислювачів (азотистокислий натрій). Процес оксидування проводиться при температурі кипіння розчину протягом 10 хвилин до 1 години. В результаті такої обробки поверхня сталевих виробів покривається оксидною плівкою товщиною від декількох тисячних часток мікрона до двох мікрон, залежно від концентрації розчину, його температури та часу витримки.

Процес хіміко-термічної обробки сталі застосовується з метою зміни складу, структури та властивостей поверхневого шару сталі, що впливають на зносостійкість поверхонь, що труться, стійкість їх проти корозії або жаростійкість при збереженні Достатньої в'язкості серцевини.

Хіміко-термічна обробка заснована на високотемпературній дифузії. е. проникнення в поверхню сталі атомів різних елементів за високої температури. Вона протікає як трьох елементарних процесів.

Перший процес — дисоціація — полягає у розпаді молекул та утворенні активних атомів дифузного елемента.

Другий процес - адсорбція - відбувається на межі металу і полягає у поглинанні його поверхнею вільних атомів.

Третій процес - дифузія - характеризується проникненням насиченого елемента в глиб металу. В результаті утворюється дифузійний шар (твердий розчин або хімічна сполука) з різною концентрацією дифузного елемента і мірою віддалення від поверхні металу.

Залежно від того, яким елементом насичують поверхневий шар, розрізняють такі, що найбільш застосовуються для автомобільних деталей види хіміко-термічної обробки: цементація, азотування, ціанування та дифузійна металізація.

Цементація являє процес поверхневого насичення сталі вуглецем при нагріванні у твердому карбюризаторі або газовому середовищі.

При першому способі як твердий карбюризатор використовують суміш деревного вугілля і вуглекислих солей барію ВаС03 і натрію Na2C03, які додають до деревного вугілля в межах 10-40%. Вони прискорюють та активізують процес цементації, будучи додатковими джерелами вуглецю.

Процес проходить у герметичних сталевих ящиках, заповнених сумішшю карбюризатора та виробами. Ящики поміщають у нагрівальні печі, де й витримують їх за високої температури протягом кількох годин. За цей час вуглець з'єднується з киснем повітря, що знаходиться в ящику, і утворюється окис вуглецю. Окис вуглецю розкладається на двоокис і атомарний вуглець, який дифундує поверхню сталевих виробів. ‘

Після закінчення цементації деталі піддають нормалізації та гартуванню, що покращує структуру металу.

Газова цементація має ряд переваг перед цементацією в твердому карбюризаторі і набула більш широкого застосування.

В цьому випадку навуглерожування поверхні сталевого виробу проводиться в герметичних печах, в які безперервно подається газ, що цементує (СН4 - метан та ін). Розкладаючись за високої температури, метан утворює атомарний вуглець, який поглинається сталлю.

Концентрація вуглецю у поверхневому шарі сталі при цементації становить 0,8-1,0%.

Азотування сталі процес дифузійного насичення поверхневого шару азотом в атмосфері аміаку NH3 при температурі 500-700 °С.

При азотуванні деталі нагрівають у герметичній печі, якою пропускають аміак.У момент нагрівання аміак розкладається з виділенням атомарного азоту, який поглинається поверхнею деталі та проникає вглиб.

Азотування, яке проводиться з метою створення антикорозійного покриття, триває 0,5-1 год, а з метою підвищення твердості значно довше - до 30-80 год. Товщина азотованого шару в цьому випадку досягає 0,3-0,6 мм.

Ціанування є процесом одночасного насичення сталі вуглецем і азотом, який протікає в рідких розплавлених солях, що містять ціаністий натрій NaCN при температурі 820-960 °С.

Залежно від температури та складу ванни отримують різну структуру та ступінь насичення поверхневого шару деталей. У порівнянні з цементуванням ціанований шар має більшу опірність зносу, більшу твердість кращим опором корозії. U Відносно низька температура процесу ціанування і мала тривалість (0,5-1,5 год) дозволяють проводити після закінчення процесу загартування, внаслідок чого виходить висока твердість поверхні.

Недоліком ціанування є підвищена токсичність газових виділень ціанистих солей, що потребує виконання особливих вимог техніки безпеки.

Дифузійна металізація - процес дифузійного насичення поверхні стали різними металами. При насиченні алюмінієм процес називається алітуванням, хромом - хромування тощо.

Алітування має на меті отримання високої жаростійкості і проводиться у твердому або рідкому середовищах. При алітуванні в твердому середовищі деталі поміщають у сталевий ящик з алітуючим порошком (49% порошку алюмінію, 49 окису алюмінію і 2% хлористого амонію NH4C1).При нагріванні до 950-1050 ° С хлористий амоній починає взаємодіяти з алюмінієм, утворюючи А1С13, який розкладається з виділенням атомарного алюмінію, що дифундує сталь. Витримка при зазначеній температурі протягом 3-12 год дає можливість отримати товщину шару насичення 0,3-0,5 мм.

Рідкісне алітування проводять у ванні з розправленим алюмінієм при температурі 750-800 °С.

Хромування має на меті отримання високої твердості, зносостійкості, жаростійкості та корозійної стійкості при насиченні поверхні сталі хромом, яке проводять у твердому або рідкому середовищах. При рідинному хромуванні використовують солі ВаС12 і NaCl, які додають 10—15% хлориду хрому. Сутність процесів хромування аналогічна алйтирування.