Цементация металла – виды цементации стали и нюансы процесса

В зависимости от специфики применения различных металлов и сплавов нередко производится их дополнительная обработка. Это позволяет выделить (усилить) те или иные свойства образца. Что представляет собой цементации стали, зачем она нужна, в каких случаях целесообразно ее проводить – об этом читатель в доступной форме узнает из предлагаемой статьи.

Существуют различные методики химико-термического воздействия на материалы. Одна из них – цементация. Применяется данная технология для сталей малоуглеродистых и легированных, содержание элемента «С» в которых не превышает 0,25%.

Назначение – повышение таких характеристик сплава, как износостойкость, прочность, твердость.

Цементация металла – виды цементации стали и нюансы процесса

Для реализации чаще всего используются специальные печи, где процесс протекает при высокой температуре – порядка 945 (±15) ºС.

В зависимости от габаритов и конструкционных особенностей изделия оно выдерживается в таких условиях в течение нескольких часов. По сути, это комплексная обработка детали (химическая + термическая) с целью придания ей твердости.

Цементация металла – виды цементации стали и нюансы процесса

Пастами

Технология самая простая, но не всегда применимая. Для деталей, имеющих сложную конфигурацию, с различными выступами, пазами и тому подобное, она явно не подходит.

 Методика  – поверхностное нанесение цементирующей пасты на образец. Ее слой выбирается большим по сравнению с расчетной глубиной проникновения углерода в сталь (примерно в 7 раз).

 Условия  – температурный режим выставляется в зависимости от вида пасты, в пределах от 900 до 1 000 ºС.

Такую цементацию стали можно провести и в домашних условиях, при наличии сушильного шкафа с требуемыми параметрами.

Газовой средой

Одна из самых эффективных методик, которая широко применяется в промышленности. Она существенно упрощает процесс цементации, сокращает время обработки стали и повышает производительность. Главное условие – правильно подобрать смесь по долевому содержанию углерода и оптимальный температурный режим.

 Методика  – продукция загружается с цементационную печь, в которую подается газ.

Цементация металла – виды цементации стали и нюансы процесса

Кипящим слоем

Такой способ лишь отчасти напоминает предыдущий.

 Методика  – в печи, на решетке газораспределительной, помещается так называемый корунд.

Эндогаз (смесь, в которую вводится метан) подается снизу и, поднимаясь, его разжижает, вследствие чего мельчайшие фракции начинают перемещаться вместе с потоком к обрабатываемому изделию.

При высокой температуре происходит диффузия частичек корунда, и как результат, насыщение поверхностного слоя образца углеродом.

Цементация металла – виды цементации стали и нюансы процесса

 Особенность  – степень цементации легко регулировать, изменяя подачу газа. Такая технология позволяет равномерно насыщать сталь по всей площади.

Такой способ, с учетом затрат и небольшой сложности, специалисты рекомендуют использовать при мелкосерийном производстве заготовок.

Твердым карбюризатором

В качестве насыщающей среды при такой технологии цементации используются полукоксы каменноугольный, торфяной или древесный уголь с гранулами от 3 до 10 мм при обязательном добавлении веществ, инициирующих процесс (активизаторов).

 Методика  – обрабатываемые образцы помещаются в металлическую емкость, на песчаный затвор. Они располагаются так, чтобы со всех сторон их можно было обложить слоем карбюризатора. Следовательно, соприкосновение изделий со стенками резервуара или друг с другом не допускается.

 Условия цементации  – температура 925 (±25) ºС. Время выдержки зависит от слоя насыщающей среды. Определяется из расчета: на 0,1 мм – 1 час термической обработки.

Процесс можно ускорить, доведя нагрев до 975 – 980 ºС. Это сокращает время проведения технологической операции, но повышает эн/затраты и снижает качество готового продукта.

На его поверхности образуется сетка, которую придется удалять.

Цементация металла – виды цементации стали и нюансы процесса

В ряде случаев это довольно сложно, например, если изделие характеризуется рельефностью.

Электролитическим раствором

 Методика  – по сути, это разогрев постоянным током. Роль анода в цепи играет обрабатываемая деталь.

 Условия  – U = 150 – 300В. Это позволяет, в зависимости от силы тока, изменять температуру в пределах 500 – 1 100 ºС. Электролит готовится из нескольких компонентов, а в качестве активизаторов используются вещества с высоким содержанием углерода. Например, ацетон, сахароза, глицерин.

Источник: https://ismith.ru/metal/texnologiya-cementacii-stali/

Цементация сталей

Содержание

Введение

Цементация — это процесс насыщения поверхностного слоя стали углеродом. Различают следующие виды цементации: твердую, газовую цементации, цементацию пастами, жидкостную цементацию.

Целью цементации является получение твердой износостойкой поверхности, что достигается обогащением поверхностного слоя углеродом до концентрации 0,8–1,2 % и последующей закалкой с низким отпуском.

Цементация и последующая термическая обработка одновременно повышают износостойкость и предел выносливости.

Для цементации обычно используют стали с содержанием углерода 0,1–0,3% различного легирования. Выбор таких сталей необходим для того, чтобы сердцевина изделия, не насыщающаяся углеродом при цементации, сохраняла высокую вязкость после закалки сталей.

При цементации в твердом карбюризаторе изделия укладывают в ящики и засыпают карбюризатором, чаще древесным углем.

При нагреве углерод древесного угля, соединяясь с кислородом воздуха, образует оксид углерода, который, в свою очередь, взаимодействуя с железом, дает атомарный углерод. Этот активный углерод поглощается аустенитом и диффундирует в глубь изделия.

Для ускорения процесса цементации к древесному углю (коксу) добавляют катализаторы процесса: углекислый барий (ВаСО3) и кальцинированную соду (Na2CO3) в количестве 10–40 % от массы угля.

Газовая цементация

Для газовой цементации (впервые была осуществлена Аносовым П.Д. на Златоустовском заводе) в качестве карбюризатора используют природный газ, жидкие углеводороды (керосин, бензин и т. д.) или контролируемые атмосферы с определенным углеродным потенциалом. При нагреве образуется атомарный углерод:

  • 2CO=CO2 + Cатом
  • или
  • CH4=2H2 + Cатом

Режимы цементации

Газовая цементация – основной процесс при массовом производстве, а цементацию в твердом карбюризаторе используют в мелкосерийном производстве. Глубина цементации в зависимости от назначения изделия и состава стали обычно находится в пределах 0,5–2,00 мм.

Цементацию проводят при 910–950 ºС или для ускорения процесса при 1000–1050 ºС. С повышением температуры уменьшается время достижения заданной глубины цементации. Так, при газовой цементации науглероженный слой толщиной 1,0–1,3 мм получают при 920 ºС за 15 ч., а при 1000 ºС – за 8 ч.

Чтобы предотвратить сильный рост аустенитного зерна, высокотемпературной цементации подвергают наследственно мелкозернистые стали (НМЗС). Также перегрев после цементации можно исправить последующей полной перекристаллизацией сплава при закалке с повторного нагрева.

Концентрация углерода в поверхностном слое изделия обычно составляет 0,8–1,5 %.

Цементация является промежуточной операцией, цель которой – обогащение поверхностного слоя углеродом. Требуемое упрочнение поверхностного слоя изделия достигается закалкой после цементации.

Закалка должна не только упрочнить поверхностный слой, но и исправить структуру перегрева, возникающую из-за многочасовой выдержки стали при высокой температуре цементации.

После цементации ответственные изделия подвергают двойной закалке (закалке с повторного нагрева) Это делается для снижения коробления металла, а также, чтобы нагрев под повторную закалку исправил все несплошности микроструктуры металла, полученные при цементации — например крупное зерно от перегрева.

Цементация металла – виды цементации стали и нюансы процесса
Повторную закалку проводят с нагревом до 850–900 °С (выше точки А3), чтобы произошла полная перекристаллизация стали. В углеродистой стали, из-за малой глубины прокаливаемости, сердцевина изделия после закалки состоит из феррита и перлита. Вместо первой закалки к углеродистой стали можно применять нормализацию. В прокаливающейся насквозь легированной стали сердцевина изделия состоит из низкоуглеродистого мартенсита. Такая структура обеспечивает повышенную прочность и достаточную вязкость сердцевины.При газовой цементации достаточно часто применяют одну закалку с цементационного нагрева после подстуживания изделия до 840–870 °С, но чаще температура подстуживания зависит от конкретной марки стали. Такая схема снижает общее время процесса цементации, но не исправляет дефекты структуры, полученные при высокотемпературной цементации.Цементация металла – виды цементации стали и нюансы процессаЗаключительной операцией термической обработки цементованных изделий во всех случаях является низкий отпуск при 160–180 ºС и переводящий мартенсит закалки в поверхностном слое в отпущенный мартенсит, снимающий напряжения.

Преимущества газовой цементации перед цементацией в твердом карбюризаторе

  1. Процесс газовой цементации обладает рядом преимуществ по сравнению с цементацией в твердом карбюризаторе:
  2. — повышается производительность процесса по сравнению с цементацией в твердом карбюризаторе, так как не нужно затрачивать время на упаковку и прогрев ящиков;
  3. — сокращается потребная производственная площадь и количество рабочей силы;
  4. — сокращается потребность в жаростойком материале;
  5. — появляется возможность регулирования процесса для получения цементованного слоя заданной глубины и насыщенности;
  6. — уменьшается деформация деталей вследствие более равномерного нагрева до рабочей температуры;
  7. — улучшаются санитарно-гигиенические условия труда;
  8. — появляется возможность закалки деталей непосредственно после цементации;
  9. — позволяет полностью механизировать и автоматизировать процесс.

Недостатки процесса газовой цементации:

  • — необходимость в более сложном и дорогом оборудовании;
  • — потребность в более квалифицированной рабочей силе;
  • — сложность эксплуатации оборудования вследствие необходимости обеспечения герметичности печи, равномерной циркуляции газов и др.;
  • — сложные требования по технике безопасности.

Жидкостная цементация

Жидкостная цементация производится в расплавленных солях, обычно в солях, состоящих из карбонатов щелочных металлов. Эту смесь расплавляют в ванне и цементации проводят посредством погружения деталей в расплав.

Процесс ведут при 850°С на протяжении 0,5 — 3,0 часов, при этом глубина сдоя получается в пределах 0,2 — 0,5 мм. Основное достоинство процесса — возможность непосредственной закалки из цементационной ванны и малые деформации обработанных изделий.

В условиях индивидуального и мелкосерийного производства некоторое применение нашла цементация из паст. В этом случае на обрабатывавшуюся поверхность наносится обмазка, содержащая сажу (33 — 70 %), древесную пыль (20 — 60 % ), желтую кровяную соль (5 — 20 %) и другие компоненты.

В качестве связующих материалов используют органические, органоминеральные и неорганические клеи. Толщина обмазки должна быть в 6 — 8 раз больше требуемой толщины цементованного слоя.

В настоящее время наиболее перспективным методом цементации является цементация в эндотермической атмосфере с контролируемым углеродным потенциалом.

При газовой цементации в эндотермической атмосфере, в начале процесса (в активный период насыщения) поддерживают высокий углеродный потенциал атмосферы за счет добавки к эндотермической атмосфере необработанного углеводородного газа (метана или пропана-бутана).

В диффузионный период углеродный потенциал атмосферы устанавливается 0,8 — 1,0 % и количество добавляемого углеводородного газа резко уменьшается.

Вакуумная цементация

Все выше перечисленные способы цементации имеют один большой недостаток — длительное время процесса.

Значительное ускорение процесса может быть достигнуто в результате использования высокотемпературной цементации при давлении ниже атмосферного, при вакуумной цементации.

(По ссылке дополнительная информация по вакуумной цементации). Процесс вакуумной цементации имеет ряд преимуществ перед традиционными методами цементации.

  1. — возможность эффективного регулирования профиля распределения углерода в цементованном слое и его микроструктуры;
  2. — отсутствие кислородсодержащих компонентов в атмосфере, что исключает внутреннее окисление деталей;
  3. — лучшее проникновение газа-карбюризатора в отверстия малого диаметра, что обеспечивает равномерную цементацию внутренних полостей;
  4. — высокая повторяемость результатов процессов, проходящих в одинаковых условиях;
  5. — получение светлой поверхности деталей после цементации;
  6. — отсутствие газоприготовительных установок и приборов контроля угле родного потенциала;
  7. — уменьшение удельного расхода электроэнергии и технологического газа;
  8. — большая мобильность оборудования (пуск и остановка занимают несколько минут);
  9. — сокращение длительности процесса в результате проведения его при высокой температуре и изменения потенциала атмосферы;
  10. — повышение культуры производства и улучшение условий труда.
  11. Первая информация о процессе вакуумной цементации относится к началу 70-х годов, когда специалисты фирмы «Хейес» (США) впервые осуществили вакуумную цементацию в модернизированных печах типа VCQ.

При вакуумной цементации, загрузку деталей производят в холодную камеру, далее пуск печи, и дальнейшее управление всеми технологическими параметрами (температура, расход газа, давление, длительности периодов цементации и диффузии) производится с помощью программы, введенной в управляющий компьютер. Сначала печь вакуумируется, затем следует ступенчатый нагрев до температуры цементации.

Затем садка с деталями выдерживается при постоянной температуре для выравнивания температуры внутри садки и удаления загрязнений с поверхности стали, препятствующих проникновению углерода. Продолжительность выдержки при температуре составляет от 20 до 60 мин. (в зависимости от поперечного сечения деталей).

Далее происходит подача в камеру реакционного газа, в качестве которого применяют такие углеводороды как метан, пропан, бутан или ацетилен. Давление и расход газа зависят от типа газа, объема камеры и площади поверхности деталей. Давление газа может находиться в интервале 4 — 400 мбар, а расход в интервале 500 -5000 нл/ч.

При этом стараются как можно больше обогатить поверхностную зону углеродом, чтобы концентрация углерода в этой зоне достигла более высоких значений, чем задаваемые значения для окончательно обработанной детали. За стадией науглероживания следует диффузионная стадия процесса.

Для того, чтобы избежать дальнейшего науглероживания во время диффузионной стадии, по окончании стадии науглероживания печь снова вакуумируют. Далее закачивают в печь немного азота (до установления давления в печи 2 мбара) с целью уменьшения эффекта сублимации (выветривания, улетучивания) в вакууме углерода и легирующих элементов с поверхности деталей при прохождении стадии диффузии.

Читайте также:  Как сделать самодельный токарный станок по дереву

Стадии науглероживания и диффузии чередуют до тех пор, пока не будут получены требуемые глубина цементованного слоя и концентрационный профиль углерода. Оптимальный технологический процесс вакуумной цементации состоит из трех стадий науглероживания и трех стадий диффузии.

На следующем этапе, осуществляется охлаждение печи и садки с деталями до цеховой температуры и в зависимости от конструкции печи это может происходить как в самой камере с использованием инертного газа (азот, аргон или гелий) при разных давлениях, так и в масле закалочного бака. После достижения печью цеховой температуры компьютерное управление отключается и с помощью погрузчика садку выгружают.

Некоторые особенности технологии — вместо заключения

Иногда при цементации необходимо защитить некоторые поверхности. Для этого применяют 3 основных способа: защита допусками, меднение поверхности, защита пастами.

Цементацию широко применяют в машиностроении для повышения твердости и износостойкости изделий с сохранением высокой вязкости их сердцевины.

Удельный объем закаленного науглероженного слоя больше, чем сердцевины, и поэтому в нем возникают значительные сжимающие напряжения. Остаточные напряжения сжатия в поверхностном слое, достигающие 400–500 МПа, повышают предел выносливости изделия.

Низкое содержание углерода (0,08–0,3 %) обеспечивает высокую вязкость сердцевины за счет неполной прокаливаемости. Цементации подвергают качественные стали 08, 10, 15 и 20 и легированные стали 12ХНЗА, 18ХГТ и др.

Твердость поверхностного слоя для углеродистой стали составляет 60–64 HRC, а для легированной – 58–61 HRC; снижение твердости объясняется образованием повышенного количества остаточного аустенита.

упаковка из ппп

Источник: https://HeatTreatment.ru/cementaciya-stalej

Цементация сталей

ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СТАЛЕЙ

Многие детали машин (валы, шестерни, кулачки и другие) выходят из строя из-за изнашивания их поверхности или из-за разрушения вследствии циклического действия нагрузки, которое также начинается в поверхностных слоях деталей. Поэтому для повышения долговечности и конструктивной прочности таких деталей необходимо повышать прочность поверхности при сохранении более вязкой сердцевины.

Одним из методов поверхностного упрочнения стальных деталей является химико-термическая обработка. Химико-термическая обработка представляет собой сочетание теплового воздействия на стальные детали с химическим.

Она состоит в нагреве деталей до заданной температуры в активной, насыщенной среде: жидкой, твердой и газообразной — в результате чего изменяется состав и структура поверхностного слоя. Во время выдержки поверхность насыщается каким-либо элементом из внешней среды или обедняется им.

В зависимости от того, каким элементом насыщают поверхностный слой изделия различают: цементацию (насыщение углеродом), азотирование (насыщение азотом), диффузную металлизацию (насыщение хромом, алюминием или другими элементами).

Цели химико-термическай обработки: повышение износостойкости и усталостной прочности, повышение сопротивлению коррозии и др.

Для осуществления химико-термической обработки необходимо выполнение следующих условий: наличие во внешней среде насыщающего элемента активном, атомарном состоянии; растворимость насыщающего элемента в основном металле; достаточно высокая температура процесса, чтобы обеспечить большую диффузионную подвижность атомов. Любой процесс химико-термическай обработки состоит из трех элементарных процессов:

  • 1. Получение диффундированного элемента в активном, атомарном состоянии благодаря реакциям диссоциации, протекающим во внешней среде:
  • 2NH3 >ЗН2 +2N(aтом).
  • 2СО>С02 +С(атом).
  • 2. Контактирование атомов диффундирующего элемента в основном металле с поверхностью стального изделия (адсорбция) и проникновение (растворение) их в решетку основного металла, железа (абсорбция);

3. Диффузия атомов насыщающего элемента в глубь основного металла.

Наиболее широкое практическое применение нашли процессы химико-термической обработки; цементация, азотирование, планирование.

Насыщение поверхности стали углеродом называется цементацией. Целью цементации является получение твердой, износостойкой поверхности за счет обогащения поверхностного слоя углеродом до концентрации 0,8-1,0 % С и последующей закалки и низкого отпуска.

Различают два основных вида цементации: в твердых и газовых средах. Детали после механической обработки поступают на цементацию с припуском на шлифование 0.05-0.10мм.

Если отдельные участки детали не подлежат упрочнению, то их защищают от цементации тонким слоем меди 0,02- 0,04мм или специальными обмазками (огнеупорная глина, асбест, песок, замешанные на жидком стекле и др.).

В результате цементации в поверхностном слое стали образуются железоуглеродистые фазы, соответствующие диаграмме состояния Fe — Fез С.

Атомарный углерод, адсорбируется поверхностью стали и диффундирует в глубь металла. Цементацию проводят при t > Аз (900-950°С), в аустенитном состоянии, когда скорость диффузии и растворимость углерода в γ-фазе железе достаточно велика.

При температуре цементации структура поверхности состоит из углеродистого аустенита при медленном охлаждении происходит фазовое превращение и структура поверхностного слоя при t = 20°С состоит из 3-х зон: заэвтектоидной (П+ Ц2), эвтектоидной ( П ) и доэвтектоидной (Ф + П) (рис.78 ).

За толщину цементованного слоя обычно принимают сумму заэвтектоидной, эвтектоидной и половины доэвтектоидной (переходной) зон. Оптимальные характеристики прочности цементованной стали получают при насыщении поверхности углеродом до 0,75-1,1% С.

Цементации подвергают в основном низкоуглеродистые стали 0,1-0,30% С, которые в сердцевине изделия, не подвергающиеся цементации, сохраняют высокую вязкость после закалки (08 КП, 12ХНЗА, 18ХГТ, 20Х, 20ХНМА и др.).

Чем выше концентрация углерода, тем быстрее идет процесс цементации. Легирующие элементы, находящиеся в стали, изменяют растворимость углерода в аустените и влияют на коэффициент диффузии углерода при температуре цементации. Карбидообразующие элементы Cr,W, Мn и др.

Понижают коэффициент диффузии углерода в аустените, но увеличивают концентрацию углерода на поверхности, несколько увеличивают толщину цементованного слоя.

Никель, медь и другие карбидообразующие элементы увеличивают коэффициент диффузии углерода в аустените, но уменьшают концентрацию углерода на поверхности и поэтому уменьшают толщину слоя.

Цементация в твердом карбюризаторе. Насыщающей средой является твердый карбюризатор (древесный уголь в зернах и 20-40% активизаторы: углекислый барий ВаСОз и кальцированная вода Na2СОз ).

Детали помещают в ящики с твердым карбюризатором, ящики закрывают крышками, кромки которой обмазывают огнеупорной глиной. После этого ящики загружают в печь. При температуре цементации кислород воздуха взаимодействует с древесным углеродистым углем, образуя оксид углерода: Суг + 02 = 2СО .

В присутствии железа окись углерода диссоцирует по уравнению 2СО —> CO2 + С атомарный

Атомарный активный углерод диффундирует в аустенит С02 снова взаимодействует с древесным углем . ВаСОз и Na2СОз вводятся для ускорения процесса цементации, т.к. эти соли активизируют карбюризатор, обогащая атмосферу окисью углерода:

  1. ВаСОз + С уг → ВаО + 2СО
  2. 2СО → С02+ С атомарный.
  3. Основной недостаток цементации в твердом карбюризаторе: большая длительность процесса, которая объясняется малой скоростью прогрева ящика с деталями.

Газовая цементация осуществляется в среде углеродосодержащих газов СО, СН4, С3Н3 и др. Используются природные газы и газы, полученные при газификации керосина, бензина, синтина и др. Основной процесс получения атомарного углерода-диссоциации окиси углерода и метана:

СН4 → 2Н2 +С атом.;

2СО → С02 + С атом.

Цементирующий газ, приготовленный в газогенераторах, поступает в цементационную реторту с загруженными в нее деталями. Газовую цементацию часто проводят в безмуфельных и муфельных печах. Газовая цементация имеет ряд преимуществ по сравнению с цементацией в твердом карбюраторе:

1.) Сокращается длительность процесса, т.к. нет необходимости в прогреве ящиков с карбюризатором;

2.) значительно упрощается последующая термическая обработка, т.к. можно производить закалку непосредственно из печи;

3.) обеспечивается возможность полной механизации и автоматизации процессов. Газовая цементация широко применяется при массовом производстве. Для ускорения процесса цементации повышают температуру до 1000-1050° С для наследственно-мелкозернистых сталей.

Однако цементация является промежуточной операцией, которая приводит к обогащению поверхностного слоя углеродом.

В следствии высокой температуры цементации и значительной длительности этого процесса в стали вырастает большое аустенитное зерно, которое приводит к получению крупнозернистой структуры и снижению ударной вязкости сердцевины деталей.

Для устранения перегрева стали и получения высокой твердости и прочности цементованного слоя необходима последующая термическая обработка. В зависимости от условий работы детали и выбранной марки стали режим термической обработки может быть различен.

Для тяжело нагруженных трущихся деталей машин, испытывающих в условиях работы динамическое нагружение, когда от детали требуется не только высокая твердость поверхности, но и высокая прочность и высокая ударная вязкость применяют двойную закалку: одна для улучшения структуры сердцевины из малоуглеродистой стали; другая -для получения свойств цементованного, вьгсокоуглеродистого слоя .

Нагрев до t1 > Асз вызывает перекристаллизацию малоуглеродистой стали в сердцевине детали и приводит к измельчению зерна, в поверхностном же слое в аустените растворяется избыточный цементит, а последующее ускоренное охлаждение предотвращает повторное его выделение.

Вторая закалка проводится с t2 = Ac1 +(30 — 50 °С). Мартенсит, полученный в результате первой закалки, отпускается при нагреве, образуются глобулярные карбиды, которые в определенном количестве сохраняются после неполной второй закалки в поверхностном слое.

В результате поверхность приобретает структуру мелкоигольчатого мартенсита с включениями глобулярных карбидов немного аустенита остаточного. Структура сердцевины детали мелкозернистая и зависит от степени легирования стали. Окончательная операция термической обработки низкий отпуск, уменьшающий остаточные напряжения.

В результате двойной закалки получают оптимальные свойства сердцевины и поверхности. Недостатки такой термической обработки: сложность и дороговизна технологического процесса, повышенное коробление при многократной закалке, возможности окисления и обезуглероживания.

Детали менее ответственного назначения после цементации подвергают одной закалке и низкому отпуску.

В большинстве случаев, особенно при обработке наследственных мелкозернистых сталей применяют закалку с t = Ac1 + (30- 50оС).

После газовой цементации часто закалку проводят непосредственно из цементационной печи после подстуживания изделий до t 1= Ac1 + (30-50°С).

Подстуживание уменьшает количество аустенита остаточного в структуре закаленного слоя, уменьшает деформацию. Зерно сердцевины при такой обработке не измельчается, поэтому ее применяют для наследственно мелкозернистой стали.

Цементация и последующая термическая обработка повышает предел выносливости стальных деталей вследствии образования в поверхностном слое значительных остаточных напряжений сжатия.

Дополнительно предел выносливости может быть повышен дробеструйным наклепом.

Дробеструйный наклон ускоряет превращение остаточного аустенита в мартенсит, растут сжимающие напряжения на поверхности и, как следствие, повышает предел выносливости.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Источник: https://studopedia.ru/2_27120_tsementatsiya-staley.html

Цементация стали — это… Что такое Цементация стали?

Цементация стали — поверхностное диффузионное насыщение малоуглеродистой стали углеродом с целью повышения твёрдости, износоустойчивости.

Цементации подвергают низкоуглеродистые (обычно до 0.2 % C) и легированные стали, процесс в случае использования твёрдого карбюризатора проводится при температурах 900—950 °С, при газовой цементации (газообразный карбюризатор) — при 850—900 °С.

После цементации изделия подвергают термообработке, приводящей к образованию мартенситной фазы в поверхностном слое изделия (закалка на мартенсит) с последующим отпуском для снятия внутренних напряжений.

Способы цементации:

  • в твёрдом карбюризаторе
  • в газовом карбюризаторе
  • в кипящем слое
  • в растворах электролитов
  • в пастах

Цементация в твёрдом карбюризаторе

В этом процессе насыщающей средой является древесный уголь в зёрнах поперечником 3,5-10мм или каменноугольный полукокс и торфяной кокс, к которым добавляют активизаторы.

Технология процесса состоит в следующем: Загрузка деталей в стальной ящик с герметичным песчаным затвором. Укладка деталей производится таким образом, чтобы они были покрыты карбюризатором со всех сторон, не соприкасались друг с другом и стенками ящика. Далее ящик герметично закрывается песчаным затвором или замазывается огнеупорной глиной и загружается в печь.

Стандартный режим: 900-950 градусов, 1 час выдержки (после прогрева ящика) на 0,1 мм толщины цементированого слоя. для получения 1 мм слоя — выдержка 10 часов.

При «ускореном» режиме цементация производится при 980 градусах. Выдержка уменьшается в два раза и для получения слоя 1 мм требуется 5 часов. Но при этом образуется цементитная сетка, которую придется убирать многократной нормализацией.

Цементация в газовом карбюризаторе

Этот процесс осуществляют в среде газов, содержащих углерод. Газовая цементация имеет ряд преимуществ по сравнению с цементацией в твёрдом карбюризаторе, поэтому её широко применяют на заводах, изготовляющих детали массовыми партиями.

В случае с газовой цементацией можно получить заданную концентрацию углерода в слое; сокращается длительность процесса, так как отпадает необходимость прогрева ящиков, наполненых малотеплопроводным карбюризатором; обеспечивается возможность полной механизации и автоматизации процессов и значительно упрощается последующая термическая обработка деталей, так как закалку можно проводить непосредственно из цементационной печи.

Читайте также:  Сверло по граниту: как и чем сверлить гранит и другой камень

Цементация в кипящем слое

Цементация в слое мелких частиц (0,05-0,20 мм) корунда, через который проходит восходящий поток эндогаза с добавкой метана (кипящий слой). При прохождении газа частицы становятся подвижными и слой приобретает некоторые свойства жидкости (псевдоожиженный слой).

Цементация в растворах электролитов

Использование анодного эффекта для диффузионного насыщения обрабатываемой поверхности углеродом в многокомпонентных растворах электролитов, один из видов скоростной электрохимико-термической обработки (анодный электролитный нагрев) малогабаритных изделий.

Анод-деталь при наложении постоянного напряжения в диапазоне от 150 до 300 В разогревается до температур 450–1050°С. Достижение таких температур обеспечивает сплошная и устойчивая парогазовая оболочка, отделяющая анод от электролита.

Для обеспечения цементации в электролит кроме электропроводящего компонента вводят углеродсодержащие вещества-доноры (глицерин, ацетон, этиленгликоль, сахароза и другие).

Цементация в пастах

Цементация с нанесением на науглероживаемую металлическую поверхность С-содержащих материалов в виде суспензии, обмазки или шликера, сушкой и последующим нагревом изделия ТВЧ или током промышленной частоты. Толщина слоя пасты должна быть в 6-8 раз больше требуемой толщины цементованного слоя. Температуру цементации устанавливают 910-1050°С

Ссылки

Источник: https://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/116536

Цементация стали

Под цементацией понимают процесс насыщения поверхности углеродом. Ее целью является получение твердой и износостойкой поверхности.

Цементации обычно подвергают низкоуглеродистые стали, содержащие от 0,1 до 0,20 (иногда до 0,30) нрооцента углерода. После обработки поверхностные слои содержат 0,8 — 1,0 % С, а сердцевина изделий остается вязкой.

На цементацию детали обычно поступают после механической обработки.

Если цементации следует подвергать часть поверхности детали, то нецементируемые участки защищают тонким слоем меди или изолируют специальными обмазками, состоящими из смеси огнеупорной глины, песка и асбеста, замешанных на жидком стекле или других связках.

Цементацию проводят в области существования аустенита из-за малой растворимости углерода в феррите.

Как правило, цементацию осуществляют при температурах 880 — 950 °С, когда активность углерода в газовой фазе велика, концентрация растворенного углерода в аустените достигает предела насыщения (определяемого на диаграмме линией БЕ), и на поверхности изделий образуется слой цементита.

В реальных условиях слой цементита на поверхности образуется очень редко и обычно цементованный слой состоит из аустенита, почти насыщенного углеродом при температуре цементации. При охлаждении он распадается на феррит и цементит. Практически всегда в цементованном слое концентрация углерода убывает от поверхности к сердцевине изделия.

У поверхности имеется заэвтектоидная зона, состоящая из перлита и вторичного цементита. Эта зона постепенно переходит в эвтекгоидную, состоящую из пластинчатого перлита и, наконец, в доэвтектоидную зону, состоящую из перлита и феррита. В згой зоне доля феррита возрастает по мере приближения к сердцевине.

Хотя обычно средняя концентрация углерода в поверхностном слое и составляет 0,8 —1,0% С, иногда для повышения сопротивления контактной усталости ее повышают до

1,1 — 1,2 %. Более высокое содержание углерода нецелесообразно, так как при этом повышается хрупкость цементованного слоя.

Легирующие элементы на скорость диффузии углерода влияют неодинаково. Например, вольфрам и хром ее уменьшают, а никель — увеличивает. Поэтому вольфрам и хром, повышая концентрацию углерода в поверхностных слоях изделий, уменьшают их толщину.

Никель, наоборот, снижает концентрацию углерода и увеличивает толщину диффузионного (цементованного) слоя.

Марганец почти не влияет на коэффициент диффузии углерода в аустените, но увеличивает его в легированном цементите, повышая глубину упрочненного слоя.

Цементируют стальные изделия различными методами. При цементации в твердом карбюризаторе источником углерода является активированный уголь, каменноугольный полукокс или торфяной кокс.

Для ускорения цементации и регулирования состава поверхностных слоев в шихту добавляют активаторы, которыми служат углекислый барий (ВаС03) и кальцинированная сода {1^а2СОз). Содержание ВаСО2 в смеси составляет 20 — 25 %.

Для предотвращения спекания частиц карбюризатора к шихте добавляют также СаС02 в количестве 3 — 5 %. Выдержка при температуре цементации (920 — 950 °С) зависит от требующейся толщины цементованного слоя, и, как правило, для слоя толщиной 0,7 — 0,9 мм она колеблется от 6 до 8 ч, а для слоя в 1,2- 1,5 мм — от 9 до 14 ч.

Для наследственно мелкозернистых сталей с целью ускорения цементации температуру повышают до 950- 1000 °С.

Газовую цементацию проводят путем нагрева изделия в среде газов, содержащих углерод. В качестве карбюризатора чаще всего используют природный газ.

Газовая цементация имеет преимущества перед цементацией в твердом карбюризаторе, так как позволяет получить не только заданную концентрацию углерода, но и обеспечивает большую равномерность толщины слоя, что позволяет уменьшить длительность обработки. При газовой цементации процесс можно автоматизировать.

Кроме того, упрощается последующая термическая обработка изделий, поскольку не требуется извлечения деталей из карбюризагора и имеется возможность проводить закалку непосредственно из цементационной печи.

В последние годы начинают также развиваться методы жидкостной цементации с использованием солевых расплавов и наложением процессов электролиза.

Окончательные свойства изделия, подвергающегося цементации, получают в результате термической обработки.

Эта термическая обработка исправляет структуру и измельчает зерно, как сердцевины, так и цементованного слоя, вырастающее при длительной выдержке стали в области высоких температур.

После цементации применяют различные схемы термической обработки (рис. 94). Чаще всего применяют закалку для улучшения структуры сердцевины, г.е. резкое охлаждение от 820 — 850 °С.

При этом закалку целесообразно проводить без повторного нагрева, а лишь после подстуживания изделия до 840 — 860 °С после его цементации. Но такая закалка не полностью исправляет структуру сердцевины. Она обычно пригодна только для наследственно мелкозернистых сталей. При цементации и закалке детали коробятся.

Для уменьшения деформации цементированных изделий применяют ступенчатую закалку в горячем масле, нагретом до температуры 160 — 180 °С.

После цементации в твердом карбюризаторе термическую обработку применяют в виде двойной закалки и низкого отпуска.

Первую закалку (или нормализацию) проводят с нагревом до 880 — 900 °С (выше точки Асз) и назначают ее для исправления структуры сердцевины. Кроме того, в поверхностном слое при нагреве частично растворяется цементитная сетка, которая при последующем быстром охлаждении уже вновь не образуется.

Вторую закалку проводят с нагревом до 760 — 780 °С специально для упрочнения цементованного слоя и придания ему высокой твердости. Такая термическая обработка может вызвать повышенное коробление в изделиях сложной формы, а также окисление и обезуглероживание.

Кроме того, она усложняет и удорожает технологический процесс.

Рис. 94. Различные схемы обработки стали после цементации:

Ц — цементация; 3 — закалка; О — низкий отпуск; ВО — высокий отпуск; Ох — обработка холодом

Образующаяся в поверхностном слое структура после термической обработки представляет собой либо мартенсит, либо мартенсит с небольшой долей избыточных карбидов глобулярной формы.

Заключительной операцией термической обработки цементованных изделий во всех случаях является низкий отпуск при температурах 160 — 180 °С, в результате которого происходит отпуск мартенсита и снижаются напряжения.

Твердость поверхностного слоя для углеродистой стали равна 60 — 64 Н11С, а для легированной — 58 — 61 НИС (снижение вызвано остаточным аустенитом).

Если же закалку проводить однократно, то содержание остаточного аустенита в легированных сталях достигает 50 — 60 %, что значительно снижает твердость.

В результате цементации и последующей термической обработки повышается предел выносливости стальных изделий, понижается чувствительность к концентраторам напряжений. Цементованная сталь имеет высокую износостойкость и контактную прочность.

Источник: https://ozlib.com/852753/tovarovedenie/tsementatsiya_stali

Цементация стали

Цементацией
называется процесс насыщения поверхностного
слоя стали углеродом. Различают два
основных вида цементации: твердую
углеродосодержащую смесь (карбюризаторы)
и газовую.

Целью цементации является
получение твердой износостойкой
поверхности, что достигается обогащением
поверхностного слоя углеродом до
концентрации 0,8 – 1,2 % и последующей
закалкой с низким отпуском.

Цементация
и последующая термическая обработка
одновременно повышают предел выносливости.

Для
цементации обычно используют
низкоуглеродистые стали 0,1 – 0,18 %. Для
крупногабаритных деталей применяют
стали с более высоким содержанием
углерода (0,2 – 0,3 %). Выбор таких сталей
необходим для того, чтобы сердцевина
изделия, не насыщающаяся углеродом при
цементации, сохраняла высокую вязкость
после закалки.

При
цементации в твердом карбюризаторе
изделия укладывают в ящики, засыпают
древесным углем.

При нагреве углерод
древесного угля, соединяясь с кислородом
воздуха, образует оксид углерода,
который, в свою очередь, взаимодействуя
с железом, дает атомарный углерод. Этот
активный углерод поглощается аустенитом
и диффундирует в глубь изделия.

Для
ускорения процесса цементации к
древесному углю (коксу) добавляют
активизаторы: углекислый барий (ВаСО3)
и кальцинированную соду (Na2CO3)
в количестве 10 – 40 % от массы угля.

Для
газовой
цементации
в качестве карбюризатора используют
природный газ, жидкие углеводороды
(керосин, бензин и т.д.) или контролируемые
атмосферы. При нагреве образуется
атомарный углерод:

  • 2COCO2
    +
    Cатом
  • или
  • CH4
    2
    H2
    +
    Cатом
    ;
    CатомFe
    (аустенит).
  • Газовая
    цементация – основной процесс при
    массовом производстве, а цементацию в
    твердом карбюризаторе используют в
    мелкосерийном производстве.
  • Глубина
    цементации в зависимости от назначения
    изделия и состава стали обычно находится
    в пределах 0,5-2,00 мм.

Цементацию
проводят при 910 – 930 , или для ускорения
процесса при 1000-1050. С повышением
температуры уменьшается время достижения
заданной глубины цементации.

Так при
газовой цементации науглероженный слой
толщиной 1,0 – 1,3 мм получают при 920 за 15
ч., а при 1000 – за 8 ч.

Чтобы предотвратить
сильный рост аустенитного зерна
высокотемпературной цементации
подвергают наследственно мелкозернистые
стали.

Концентрация
углерода в поверхностном слое изделия
обычно
составляет 0,8—1,0% и не достигает предела
растворимости
при температуре цементации.

Следовательно,
сетка
Fe3С
при
температуре
цементации не образуется, и поверхностный
слой, как и сердцевина, находится в
аустенитном
состоянии.

После медленного охлаждения
цементованный слой с переменной
концентрацией углерода состоит
из феррита и цементита и характеризуется
гаммой структур,
типичных для заэвтектоидной, эвтектоидной
и доэвтектоидной
стали (рис.
6).

Цементация
является промежуточной операцией, цель
которой
— обогащение поверхностного слоя
углеродом. Требуемое
упрочнение поверхностного слоя изделия
достигается
закалкой после цементации. Закалка
должна не только
упрочнить поверхностный слой, но и
исправить структуру
перегрева, возникающую из-за многочасовой
выдержки стали при
температуре
цементации.

Рис.
6. Изменение концентрации углерода по
глубине цементированного слоя (а) и
схема микроструктуры незакаленного
науглероженного слоя (б): 1 – заэвтектоидная;
2 – эвтектоидная; 3 – доэвтектоидная
зоны

После
цементации в твердом карбюризаторе
ответственные изделия подвергают
двойной закалке, так как
содержание углерода в сердцевине и на
поверхности изделия разное, а оптимальная
температура нагрева под закалку зависит
от содержания углерода в стали

Первую
закалку проводят с нагревом до 850—900°С
(выше точки Аз сердцевины изделия), чтобы
произошла полная перекристаллизация
с измельчением аустенитного зерна в
доэвтектоидной стали.

В углеродистой
стали из-за малой глубины прокаливаемости
сердцевина изделия после первой закалки
состоит из феррита и перлита. Вместо
первой закалки к углеродистой стали
можно применять нормализацию.

В прокаливающейся насквозь легированной
стали сердцевина изделия состоит из
низкоуглеродистого мартенсита. Такая
структура обеспечивает повышенную
прочность и достаточную вязкость
сердцевины.

После
первой закалки цементованный слой
оказывается перегретым и содержащим
повышенное количество остаточного
аустенита. Поэтому применяют вторую
закалку с температуры 700—780°С, оптимальной
для заэвтектоидных
сталей. После второй закалки поверхностный
слой состоит
из мелкоигольчатого высокоуглеродистого
мартенсита
и глобулярных включений вторичного
карбида.

При
газовой цементации чаще всего применяют
одну закалку с цементационного нагрева
после подстуживания изделия до 840—860
°С. Заключительной
операцией термической обработки
цементируемых изделий во всех случаях
является низкий отпуск при 160 – 180 0С
и переводящий мартенсит закалки в
поверхностном слое в отпущенный
мартенсит, снимающий напряжения.

Цементацию
широко применяют в машиностроении для
повышения твердости и износостойкости
изделий с сохранением высокой вязкости
их сердцевины. Удельный объем закаленного
науглероженного слоя больше, чем
сердцевины, и поэтому в нем возникают
значительные сжимающие напряжения.
Остаточные напряжения сжатия в
поверхностном
слое, достигающие 400—500 МПа, повышают
предел выносливости изделия.

Низкое
содержание углерода (0,08—0,25%)
обеспечивает
высокую вязкость сердцевины. Цементации
подвергают качественные стали 08, 10, 15 и
20 и легированные стали
12ХНЗА, 18ХГТ и др.

Твердость
поверхностного слоя для углеродистой
стали составляет 60 – 64 HRC,
а для легированной – 58 – 61 HRC;
снижение твердости объясняется
образованием повышенного количества
остаточного аустенита.

Читайте также:  Шлифовальный станок – для металла, дерева и прочих материалов

Источник: https://studfile.net/preview/2895666/page:4/

Химико-термическая обработка стали

  • Химико-термической обработкой  называют процесс изменения химического состава, структуры и свойств поверхностных слоев и металла.
  • Такая обработка применима к деталям, от которых требуется твердая и износоустойчивая поверхность при сохранении вязкой и достаточно прочной сердцевины, высокая коррозионная стойкость, высокое сопротивление усталости.
  • Химико-термическая обработка стали основана на диффузии (проникновении) в атомно-кристаллическую решетку железа атомов различных химических элементов при нагреве стальных деталей в среде, богатой этими элементами.
  • Наиболее распространенными видами химико-термической обра­ботки стали являются: цементация — насыщение поверх­ности стальных деталей углеродом; азотирование — насыщение поверхности стальных деталей азотом; цианирование — одновремен­ное насыщение поверхности стальных деталей углеродом и азотом.

Кроме этих основных видов хи­мико-термической обработки, в про­мышленности применяют также поверхностное насыщение стали метал­лами: алюминием, хромом, кремнием и др. Процесс этот называется диф­фузионной металлизацией стали.

Цементация.  

Цементация — про­цесс поверхностного насыщения сталь­ных деталей углеродом. Цель цементации получить детали с вязкой сердцевиной и твердой поверхностью. Такие детали во время работы не разрушаются от уда­ров и хорошо сопротивляются истиранию.

Цементации подвергают детали из углеродистой и легированной стали с содержанием угле­рода от 0,08 до 0,35%. Богатые углеродом смеси, применяемые для цементации, — карбюризаторы — могут быть твер­дыми,   жидкими и газообразными.

Цементация в твердом карбюризаторе производится путем на­грева деталей, упакованных в железные ящики (рис. 68) вместе с карбюризатором.

Карбюризатор представляет собой порошкообразную смесь, состоящую из древесного угля (70%), углекислого бария ВаСO3 (20—25%) и углекислого кальция СаСO3 (3—5%).

Температуру цементации принимают на 20—50° выше точки АC3 . Температура до 920—930° С позволяет почти в два раза сократить длительность процесса без ухудшения механических свойств стали. Насыщение стали углеродом происходит путем непосредственного соприкосновения частиц угля с поверхностью стальных деталей в газовой среде, которая служит передатчиком углерода.

При пра­вильном подборе карбюризатора содержание углерода в поверх­ностном слое не превышает 1,0—1,10%, что можно считать нормальным. Продолжительность цементации — от 5 до 15 и более часов в зависимости от глубины науглероживания и марки стали.

Для це­ментации могут быть использованы самые разнообразные печи — камерные, непрерывного действия, с вращающейся ретортой, обо­греваемые мазутом, газом или электрические.

Жидкостной  цементации подвергают мелкие изде­лия; их погружают в расплавленные соляные ванны, состоящие из 75-85% Na2CO3 (сода), 10-15% NaCl(поваренная соль) и 6—10% SiC(карбид кремния).

Газовая  цементация в окиси углерода СО впервые была применена П. П. Аносовым.

Сущность ее состоит в том, что цементируемые изделия нагревают и выдерживают при температуре 920—950° С в печи, куда в течение всего процесса непрерывно по­дается цементирующий газ.

Для этой цели используют природный газ, состоящий в основном из метана СН4, или искусственные газы, получаемые в результате разложения (пиролиза) нефтепродуктов— керосина, различных масел, бензола, пиробензола и др. Основной составляющей искусственных газов также является метан СН4.

Детали загружают в муфельные печи, в которые вводят цемен­тирующие газы. При газовой цементации продолжительность про­цесса сокращается в 2—2,5 раза. Так, для получения цементован­ного слоя глубиной 1,0—1,2 мм требуется затратить 4—5 часов.

Кроме этого, газовая цементация обладает и другими преимущест­вами: возможностью регулировать процесс за счет изменения коли­чества и химического состава подаваемого газа: отсутствием гро­моздкого оборудования и угольной пыли; возможностью произво­дить закалку непосредственно из печи.

Процесс газовой цементации более экономичен.

Азотирование.

Азотированием называется насыщение поверх­ности стали азотом. Основоположником азотирования стали явля­ется русский ученый проф. Н. П. Чижевский, который впервые ис­следовал и применил этот процесс. Для азотирования используют аммиак NH3.

Сущность азотирования заключается в том, что ам­миак при температуре 500—750° С разлагается на азот и водород, и активные атомы азота (атомарный азот), диффундируя в поверхност­ный слой, сообщают поверхности стали большую твердость, не влияя на механические свойства сердцевины деталей.

В промыш­ленности для изготовления деталей, подлежащих азотированию, в настоящее время широко применяют сталь марки 35ХМЮА или ее заменитель 35ХВФЮА. После окончательной механической обра­ботки детали закаливают от температуры 960° С с охлаждением в воде или в масле и подвергают отпуску при 600° С также с охлаждением в воде или в масле.

Затем детали азотируют. Продолжитель­ность азотирования от 12 до 60 и даже до 90 часов в зависимости от требуемой толщины азотированного слоя и характера процесса.

Длительность выдержки деталей в потоке аммиака в печи влияет на глубину азотированного слоя. В среднем при 500° С азот за каж­дые 10 часов диффундирует на глубину 0,1 мм.

На практике для сокращения времени азотирования процесс ведут путем ступенча­того нагрева: вначале в течение 12—15 часов при температуре 500— 520° С; затем температуру поднимают до 550—600° С и дают выдерж­ку 15—20 часов.

При таком режиме длительность процесса удается сократить в 2,0—2,5 раза. В результате азотирования твердость стали достигает НВ 1000—1100; последующей термической обработ­ки не требуется.

Азотирование имеет ряд преимуществ перед цементацией: она дает незначительное изменение размеров деталей, обеспечивает бо­лее высокую твердость и износоустойчивость (при нагреве до тем­пературы 500—550° С твердость азотированных деталей не снижа­ется); сообщает деталям хорошую сопротивляемость действию пе­ременных нагрузок, высокий предел выносливости и коррози­онную стойкость. Недостаток азотирования — длительность про­цесса.

Азотирование применяют в машиностроении для получения вы­сокого качества дизельной аппаратуры, измерительного инстру­мента, зубчатых колес и др.

Цианирование — процесс одновременного насыщения поверх­ности стали углеродом и азотом для придания ей высокой твердости, сопротивляемости истиранию и коррозионной стойкости.

Одновременное присутствие в среде углерода и азота ускоряет их совместную диффузию в поверхностные слои стали. Такими средами могут быть расплавленные цианистые соли (жидкостное цианирова­ние), науглероживающие и азотирующие газы (газовое цианирова­ние), твердые порошки и пасты (твердое цианирование). Цианирова­нию подвергают углеродистые и легированные стали.

Существует два вида цианирования: высокотемпературное и низкотемпературное.

Высокотемпературное  цианирование при­меняют для деталей из углеродистой и легированной стали с содер­жанием углерода 0,3—0,4% с целью получения твердого, хороша сопротивляющегося истиранию поверхностного слоя и вязкой серд­цевины.

Такое цианирование проводится при температурах 780— 930° С, т. е. выше точки ЛГ1, когда сталь находится в состоянии аус-тенита и преобладает процесс насыщения ее углеродом.

Этот вид цианирования широко применяют на автомобильных заводах для зубчатых колес и различных мелких деталей.

Низкотемпературное  цианирование при­меняют для инструментов из быстрорежущей стали при температу­рах 500—600° С, т. е. ниже точки AC1, когда преобладает процесс насыщения стали азотом, с последующим медленным охлаждени­ем цианированного инструмента.

В последнее время на заводах вводится новый процесс циа­нирования — газовое цианирование, или нитроцементация. Газо­вое цианирование занимает промежуточное положение между газо­вой цементацией и азотированием и поэтому иногда называется нитроцементацией.

При газовом цианировании детали нагреваются в смеси газов, содержащих углерод и азот. Для этой цели используют смесь окиси углерода СО и аммиака ΝΗ3.

При их химическом взаимодействии образуются активный углерод и азот.

В последнее время газовое ци­анирование (нитроцементацию) производят в печах, оборудованных для газовой цементации, путем введения в рабочее пространство этих печей бензола или пиробензола.

Диффузионная металлизация.

Кроме указанных процессов на­сыщения поверхности стали углеродом и азотом, широко применяют насыщение стали алюминием, хромом, кремнием и др. Этот про­цесс применяют главным образом с целью получения стальных дета­лей, устойчивых против разъедания щелочами и кислотами, а так­же с целью повышения устойчивости стали против окисления горячи­ми печными газами, т. е. против окалинообразования.

Алитированием называется процесс насыщения поверхности стальных и чугунных деталей алюминием с целью повышения их жаростойкости. Алитированию подвергают главным образом мало­углеродистые стали.

Процесс алитирования может происходить в твердой, жидкой и газообразной средах. Наиболее распространен способ алитирования в твердой среде.

Детали, подлежащие алити­рованию, укладывают в железные ящики со смесью, состоящей из 49% порошка алюминия, 49% окиси алюминия и 2% хлористого аммония. Укладывать детали в ящики следует так же, как при це­ментации в твердом карбюризаторе.

Ящики плотно закрывают крыш­ками, обмазывают огнеупорной глиной, погружают в печь и на­гревают в течение 5—10 часов при температуре от 900 до 1100° С. За это время образуется алитированный слой глубиной 0,3—1,0 мм.

После алитирования детали подвергаются диффузионному от­жигу при температуре около 1000° С с выдержкой 4—6 часов. В ре­зультате отжига содержание алюминия в поверхностном слое сни­жается, что уменьшает хрупкость алитированного слоя.

При алитировании в жидкой среде в стальном тигле расплавля­ют алюминий, насыщенный 6—8% железа, и в него погружают де­тали. Алитирование производится при температуре 750—800° С в течение 50—90 минут. Такая выдержка обеспечивает получение слоя глубиной 0,2—0,35 мм.

При газовом алитировании изделие вместе с порошком ферро­алюминия погружают в реторту и пропускают хлористый водород. После обменных реакций, протекающих при температуре 850 — 1000° С, атомарный алюминий диффундирует в поверхностные слои деталей.

Процесс газового алитирования длится обычно не более 4 часов. За это время можно получить алитированный слой глубиной 0,4 мм. После окончания процесса как жидкого, так и газового алитирова­ния рекомендуется производить диффузионный отжиг.

Диффузионным хромированием называют процесс насыщения поверхности стали хромом. Хромирование может производиться в твердых, газовых и жидких средах.

При хромировании в твердой среде применяют порошкообраз­ную смесь из 60—65% металлического хрома или феррохрома, 30— 35% глинозема и 5% хлористого аммония. Процесс ведется при температуре 1000—1150° С в течение 7—12 часов. При хромирова­нии низкоуглеродистой стали на поверхности деталей за это время образуется хромированный слой толщиной 0,1—0,25 мм.

При жидком хромировании изделия нагревают в ванне из рас­плавленных хлористых солей бария, магния и кальция с добавкой феррохрома и хлористого хрома. Процесс ведется при температуре 980-1000° С.

При хромировании в газообразной среде изделия нагревают до 950—1050° С в атмосфере парообразного хлористого хрома.

В низкоуглеродистых сталях хром растворяется в α-железе. В высокоуглеродистых сталях хром образует карбиды.

Хромированию подвергают различные детали и инструменты, от которых требуются высокая износоустойчивость, коррозионная стойкость и жаропрочность,—такие, как сверла, калибры, клапаны компрессоров и т. д. Жаростойкость хромированных сталей состав­ляет 800—850° С.

Силицированиемназывают процесс поверхностного насыщения стали кремнием с целью повышения кислотоупорности, сопротивле­ния износу и жаростойкости деталей. Силицирование проводят в твердом, жидком и газообразном цементаторе.

Для твердого  силицирования используют смесь ферросилиция с шамотом. Чтобы ускорить процесс, добавляют хлористый алюминий. Процесс ведут при 1100 — 1200° С. При вы­держке 4—10 часов образуется силицированный слой глубиной 0,2—0,7 мм.

При жидком  силицировании используют хло­ристые соли с добавкой ферросилиция. Процесс ведут при 950— 1000° С.

Газовое  силицирование имеет наибольшее про­мышленное значение; его проводят аналогично алитированию, с ис­пользованием ферросилиция. Процесс идет более интенсивно, чем в предыдущих случаях. После выдержки при 1050° С в течение 2 часов получают слой толщиной 1,0 мм, насыщенный кремнием.

Характерной особенностью силицированного слоя является его пористость. Если проварить деталь в масле при температуре 150— 200° С, масло, впитываясь в поры, способствует самосмазыванию детали, повышая ее стойкость при работе на истирание. Жаростой­кость силицированных деталей не превышает 800—850° С.

В последние годы разработаны новые процессы повышения из­носоустойчивости стальных деталей, которые называются сульфидированием и сульфоцианированием.

Сущность  сульфидирова­ния заключается в насыщении поверхности стальных деталей се­рой на глубину 0,2—0,3 мм путем их нагрева в расплавленных серноазотистых солях при температуре 550—600° С с выдержкой в те­чение 2—3 часов. В результате поверхность деталей насыщается се­рой до 0,5% и азотом до 1,0%.

Сульфидированные детали хорошо работают на трение. По лабораторным исследованиям износоустой­чивость деталей после сульфидирования повышается в 2—3 раза.

Сульфоцианирование — процесс поверхностного на­сыщения стали серой, углеродом и азотом. Совместное влияние серы и азота в поверхностном слое металла обеспечивает более высокую износоустойчивость. Сульфоцианирование проводится обычно в соляных ваннах при температуре 550—600° С.

Источник: Остапенко Н.Н.,Крапивницкий Н.Н. Технология металлов. М. Высшая школа,1970г.

Источник: https://markmet.ru/tehnologiya_metallov/khimiko-termicheskaya-obrabotka-stali

Ссылка на основную публикацию