Химико-термическая обработка черных металлов

Химико-термическая обработка черных металлов

Химико-термической обработкой называется процесс изменения химического состава, микроструктуры и свойств поверхностных слоев деталей.

Изменение химического состава поверхностных слоев достигается в результате их взаимодействия с окружающей средой, твердой, жидкой или газообразной, в которой осуществляется нагрев.

В результате изменения химического состава поверхностного слоя меняются также его фазовый состав и микроструктура.

Основные параметры химико-термической обработки – температура нагрева и продолжительность выдержки.

Химико-термическая обработка стали заключается в одновременном воздействии на ее поверхность различных химических реагентов и высокой температуры. В этом случае поверхностные слои изделий насыщаются углеродом, азотом и другими элементами.

Насыщение необходимо для увеличения твердости поверхности слоя с сохранением вязкой сердцевины изделия, повышения устойчивости ее против коррозии, приобретения новых декоративных свойств, жаростойкости и др.

Основными видами химико-термической являются цементация, азотирование, цианирование, диффузное хромирование, алитирование.

Цементацией называется химико-термическая обработка, при которой поверхность стальных деталей насыщается углеродом.

Цементация применяется, когда изделие должно иметь твердую поверхность при вязкой сердцевине.

Основана цементация на свойстве железа поглощать углерод при высокой температуре.

Изделия, подвергнутые цементации, приобретают повышенную твердость, износоустойчивость, прочность.

Проводят цементацию в смесях газов (газовая), в ванне из расплавленных солей (жидкая), и в электролите (электролизная).

Цементации подвергают малоуглеродистые стали (0,2 процента углерода), а также легированные стали с содержанием никеля, хрома и других веществ.

Азотированием называется химико-термическая обработка, при которой поверхностный слой детали насыщается азотом. При этом увеличиваются не только твердость и износостойкость, но повышается и коррозионная стойкость.

Азотирование углеродистых сталей применяется главным образом для повышения коррозийной стойкости и проводится в среде аммиака NH3, а также в расплаве солей на основе карбамида и цианита при температуре 500–600°C.

Цианированием называется химико-термическая обработка стальных изделий. Она заключается в одновременном поверхностном насыщении металла углеродом и азотом с целью повышения поверхностной твердости, износостойкости и усталостной прочности.

Процесс обработки может протекать в твердых, жидких и газовых средах.

В зависимости от условий нагрева цианирование подразделяется на высокотемпературное, среднетемпературное и низкотемпературное.

Высокотемпературное цианирование ведется при температуре 920 – 960°С, при этом поверхностный слой насыщается углеродом (до 0,8 – 1,1 процента) и азотом (0,2 – 0,3 процента). В качестве цианирующей среды при жидкостном цианировании применяют ванны с цианидом натрия или калия и с цианидом кальция.

При газовом цианировании применяют смесь, состоящую из 75 – 80 процентов науглероженного газа и 20 – 30 процентов аммиака.

Среднетемпературное цианирование осуществляется при температуре 780 – 850°С в жидких или газообразных средах. Низкотемпературное цианирование применяется для повышения режущих свойств инструментов, изготовленных из высоколегированных марок стали. Процесс протекает при температуре 550 – 560°С в жидких и газовых средах или твердых смесях, содержащих углерод и азот. Совместное действие углерода и азота при цианировании ускоряет процесс одновременного насыщенная стали углеродом и азотом по сравнению с цементацией.

Алитирование является процессом диффузного насыщения поверхности стальных и чугунных изделий алюминием на глубину 20 мкм–1.2 мм.

Алитирование производят в твердой, газовой и жидкой средах. Алитирование производят с целью улучшения жаростойкости стали. Наибольшее применение в промышленности нашли способы насыщения в порошкообразных смесях и ваннах с расплавленным алюминием. В расплавленном алюминии процесс протекает при температуре 600 – 750°С, глубина слоя – 0,08 – 0,25 мм, продолжительность процесса – 50 – 60 минут.

Основными видами термической обработки чугуна являются: низкотемпературный отжиг, низкотемпературный графитизирующий отжиг, высокотемпературный графитизирующий отжиг, номализация и отпуск.

Низкотемпературный отжиг заключается в медленном нагреве отливок до температуры 550 – 600°С с выдержкой 10 – 12 часов и последующим медленным охлаждением вместе с печью. Одной из целей низкотемпературного отжига чугуна является снятие внутренних напряжений в отливках.

Низкотемпературный графитизирующий отжиг протекает при температуре 680 – 750°С с выдержкой и замедленным охлаждением до 280°С. Этот вид отжига улучшает обрабатываемость отливок, снижает твердость металла.

Для получения ковкого чугуна применяется высокотемпературный отжиг.

Кроме этого высокотемпературный отжиг применяется для снятия отбела в отливках из серого и высокопрочного чугуна. Процесс протекает в две стадии.

В первой стадии белый или отбеленный чугун нагревают при температуре 1050°С, серый – в интервале 850 – 950°С.

Вторая стадия представляет собой медленное охлаждение до температуры ниже критической точки или длительная выдержка при этой же температуре.

Нормализацией называется термическая обработка чугуна, которая заключается в его нагреве до температуры 750 – 950°С, выдержке и последующем охлаждении на воздухе. Этот вид термической обработки повышает прочность серого чугуна.

Закалка предназначается для увеличения прочности, твердости и износостойкости. Температура закалки серого чугуна в масле 830 – 870°С, в воде – 800 – 820°С.

Отпуск – вид термической обработки чугуна, осуществляемый после закалки. Он представляет собой нагрев до температуры 400 – 600 градусов с последующим охлаждением в воде или на воздухе. Применяется отпуск для уменьшения твердости, снятия внутренних напряжений, увеличения прочности и пластичности.

Изделия из чугуна требующие большой коррозийной стойкости, подвергаются диффузному хромированию, азотированию, силицированию.