Тема. Химико-термическая обработка. Основные виды, назначение, режимы

Химико-термическая обработка (ХТО) – это процесс, при котором металл подвергают термическому и химическому воздействию с целью изменения состава, структуры и свойств поверхностного слоя стали, а иногда и всей детали в целом.

ХТО основана на диффузии, то есть проникновении в сталь атомов различных элементов. Диффузное насыщение поверхности проводят различными элементами: углеродом, азотом, хромом, алюминием, кремнием. В результате можно повысить твердость и износостойкость поверхности, жаростойкость, коррозионную стойкость и другие свойства.

В зависимости от того, какими элементами проводят насыщение, процессы называют: цементацией (углерод), азотированием (азот), хромированием (хром), силицированием (кремний).

Цементация стали – процесс насыщения поверхностного слоя углеродом.

Цель – получение высокой твердости на поверхности изделия при сохранении вязкой сердцевины. Она способствует повышению износостойкости и предела выносливости.

Цементации подвергают детали, изготовленные из сталей с низким содержанием углерода до 0, 25%, работающие в условиях контактного износа и знакопеременных нагрузок (втулки, кулачки).

Деталь поступает после механической обработки с припуском на шлифование 0,05 -0,10мм. Участки, не подлежащие цементации, защищают тонким слоем меди. Цементация осуществляется при температуре 900- 950ºс. Чем больше углерода, тем выше температура нагрева для цементации.

Среда, в которой проводят цементацию, называют карбюризатором. Различают 2 вида цементации: газовую и твердую.

1) цементация в твердой среде

карбюризатор – активированный уголь, торфяной кокс + Na₂CO₃ и BaCO₃.

Подготовка для твердой цементации следующее: изделия укладывают в металлический ящик. Предварительно в ящик засыпают слой карбюризатора 20-30см. Детали укладывают слоями, на расстоянии 10-15 мм друг от друга. Каждый слой детали засыпают карбюризатором и на него укладывают следующие слои. Последний слой засыпают карбюризатором, ящик закрывают крышкой, края плотно обмазывают огнеупорной глиной. Затем ящике помещается в печь с температурой 900-950ºС. Время нагрева 7-9 мин на 1 см минимального размера ящика. Кислород взаимодействует с углеродом карбюризатора, образуя угарный газ. Ящики после цементации охлаждают на воздухе и разбирают.

После цементации детали подвергают нормализации для измельчения зерна, повторной закалке и низкотемпературному отпуску.

2) газовая цементация – основной процесс в массовом производстве, так как сокращается длительность процесс, полная механизация и автоматизация, упрощение термообработки, получение заданной концентрации углерода в слое. Проводят в печах; для наглероживания атмосферы газ – метан.

После газовой цементации применяют закалку и низкотемпературный отпуск.

 

Цианирование – процесс одновременного насыщения поверхности детали азотом и углеродом.

Толщина цианированного слоя зависит от температуры и продолжительного процесса. Для цианирования применяются стали, содержащие 0,3 – 0,4% углерода.

Различают газовое или жидкое цианирование

1) газовое цианирование называют нитроцементацией. Осуществляется при температуре 840-860ºС в газовой смеси из природного газа и аммиака. Продолжительность процесса 1-10 часов, толщина слоя колебнется 0,1 -1 мм.

2) Жидкое цианирование - проводят в расплавленных солях, содержащих цианситый натрий.

Глубокой цианирование имеет следующие преимущества, по сравнению с цементацией:

*меньше продолжительность процесса для получения слоя заданной толщины

*меньше деформация и коробление

*более высокое сопротивление износу и повышенная усталостная прочность.

Недостаток: высокая токсичность цианистых солей. После цианирования детали охлаждают на воздухе, затем подвергают закалке и низкотемпературном отпуску.

 

Азотирование – процесс насыщения поверхности стали азотом.

Процесс осуществляется в среде аммиака при температуре 480-650ºС. Для азотирования применяют среднеуглеродистые легированные стали, содержащие хром, молибден, алюминий, ванадий.

При азотировании азот образует с легирующими элементами устойчивые нитриды, которые придают азотированному слою высокую твердость.

Перед азотированием детали подвергают термообработке: закалка + высокотемпературный отпуск (улучшение). Затем производят механическую обработку, придающую окончательные размеры изделию. Участки, не подлежащие азотированию, защищают, покрывая тонким слоем олова.

Процесс проводят при температуре 500-520ºС; за 24 – 90 часов – слой толщиной до 0,5 мм.

Азотирование бывает прочностное и антикоррозионное.

При прочностном азотировании используют легированные стали, которые с азотом образует твердые нитриды. Антикоррозионное азотирование проводится для углеродистых сталей (процесс длится около1 часа).

Недостаток: применение ядовитых солей

 

Диффузная металлизация – процесс насыщения поверхностных слоев различными металлами.

Различают в твердой, жидкой и газообразных средах. Жидкая диффузная металлизация осуществляется погружением детали в расплавленный металл.

 

Поверхностная закалка.

Применяется для получения высокой твердости в поверхностном слое детали с сохранением вязкой сердцевины.

Поверхностная закалка менее продолжительная, чем ХТО.

Сущность процесса состоит в том, что поверхностные слои детали быстро нагреваются выше критических точек и создается неравномерное распределение температуры по телу детали.