ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СТАЛИ. Химико-термической обработкой называют процесс, при котором происходит изменение химического состава

Химико-термической обработкой называют процесс, при котором происходит изменение химического состава, структуры и свойств по­верхностного слоя стальной детали. На железнодорожном транспорте наибольшее применение имеют цементация, азотирование, нитроцемента­ция и ряд процессов, объединяемых общим названием "диффузионная ме­таллизация".

Химико-термическая обработка состоит из трех элементарных про­цессов: диссоциации, адсорбции и диффузии.

Диссоциация - это разложение молекул газовой среды и выделение из нее свободных атомов диффундирующего элемента. Адсорбция - пог­лощение поверхностью стали выделившихся активных атомов из газовой среды. Диффузия - проникновение в результате теплового движения ад­сорбированных атомов с поверхности изделия в глубь него.

Углерод, азот и бор, образующие твердые растворы внедрения, диффундируют легче, чем элементы, образующие твердые растворы заме­щения. Скорость диффузии тем выше, чем выше температура нагрева де­тали.

Цементация. Цементацией называют насыщение поверхностного слоя углеродом. Она применяется для получения высокой поверхностной твердости и износостойкости при сохранении мягкой и вязкой сердце­вины детали. При этом повышается и усталостная прочность. Вязкость внутренних слоев достигается применением низкоуглеродистых сталей, содержащих 0,1-0,25% С, а высокая поверхностная твердость (58-64 HRC) - насыщением поверхностных слоев углеродом доэвтектоидной и заэвтектоидной концентрации с последующей закалкой и низким отпус­ком.

Цементированный слой имеет переменную концентрацию углерода от поверхности к сердцевине детали, поэтому после медленного охлажде­ния в структуре цементированного слоя наблюдают или три зоны: заэв­тектоидную, эвтектоидную и доэвтектоидную, или две: эвтектоидную и доэвтектоидную.

Цементация бывает газовой, твердой и жидкостной.

Газовая цементация - это процесс насыщения поверхностных слое стальных деталей углеродом в атмосфере углеродосодержащих газов. Ее производят в условиях полной герметизации в нагревательных печах и при полной механизации и автоматизации процессов. Она позволяет по­лучить точно заданную концентрацию углерода в слое. Поэтому газовой цементации отдается предпочтение перед другими видами цементации.

Газовую цементацию производят чаще всего в атмосфере эндогаза плюс 5% метана при 930-950⁰С. при такой температуре для получения слоя толщиной 0,8-1,5 мм сталь выдерживают 6-12 ч. Основной реакци­ей, обеспечивающей науглероживание поверхностного слоя детали, яв­ляется диссоциация метана и окиси углерода СО, которая содержится в эндогазе:

СН₄ = 2Н₂ + С атомарный;

2СО = С атомарный + СО₂.

Атомарный углерод проникает в решетку g-железа, повышая содер­жание углерода в аустените.

Твердую цементацию производят нагревом деталей в окружении древесного активированного угля с применением ускорителей процесса. Детали нагревают до 910-930⁰С в герметически закрытых ящиках. При этом имеющийся в ящике кислород воздуха взаимодействует с углеродом карбюризатора, образует окись углерода СО, которая затем диссоции­рует.

Как и при газовой цементации, атомарный углерод диффундирует в аустенит.

Жидкостная цементация производится в жидких карбюризаторах. Она применяется редко.

В результате длительной выдержки при науглероживании значи­тельно вырастает зерно стали, а в поверхностных слоях стали заэв­тектоидной концентрации углерода появляется глубокая сетка цементи­та, охрупчивающая сталь. Для измельчения зерна и повышения твердос­ти поверхностного слоя применяются различные режимы термообработки.

Цементации подвергают шестерни зубчатых передач электровозов, тепловозов, моторвагонных секций, автомобилей, а также валики рес­сорного подвешивания, детали двигателей и другие детали, работающие в узлах трения и испытывающие ударные нагрузки.

Азотирование. Это процесс насыщения поверхностного слоя стали азотом для получения высокой поверхностной твердости, износостой­кости, усталостной прочности и повышения сопротивления коррозии. Для азотирования применяют среднеуглеродистые стали, содержащие Al, V, Cr, W, Mo и другие легирующие элементы. Атомарный азот образует­ся в результате диссоциации нагретого до 500-700⁰С аммиака по реак­ции

2NH₃ = 3H₂ + 2N атомарный

Атомарный азот растворяется в феррите и, взаимодействуя с ле­гирующими элементами, образует нитриды AlN, VN, Cr2N, W2N, Mo2N и др.

Выделяясь при охлаждении после азотирования в высокодисперсном виде, нитриды препятствуют движению дислокаций, чем и повышают твердость азотированного слоя, достигающую 70-72HRC. Твердость азо­тированного слоя не снижается при нагреве до 600оС, тогда как це­ментированный слой в мартенситной структуре при нагреве уже до 200-250оС начинает резко снижать твердость в результате распада мартенсита и образования ферритно-цементитной смеси.

Нитроцементация. Насыщение поверхностного слоя стальных дета­лей одновременно углеродом и азотом называют цианированием. Циани­рование в газовой среде и среде аммиака называется нитроцементаци­ей. Для получения упрочненного слоя 0,8-1,0 мм детали нагревают до 850-870⁰С в течение 5-10 ч. После закалки и низкого отпуска твер­дость поверхностного слоя достигает 60-62 HRC. Перед газовой цемен­тацией нитроцементация имеет ряд преимуществ: детали подвергаются меньшему короблению, так как процесс ведется при более низких тем­пературах, повышается сопротивление износу и коррозии.

Диффузионная металлизация. Это название объединяет процессы поверхностного насыщения стали алюминием, хромом, бором и другими элементами.

Алитирование - процесс насыщения поверхностного слоя алюминием для образования на поверхности плотной пленки окиси алюминия Al₂O₃, предохраняющей металл от окисления в атмосфере при обычной темпера­туре и при нагреве до температуры 850-900⁰С.

Хромирование - процесс насыщения поверхностного слоя хромом для повышения коррозионной стойкости при обычных температурах и при нагреве до 800оС. При хромировании высокоуглеродистых сталей повы­шается также твердость и износостойкость в результате образования в поверхностном слое карбидов хрома .

Дата добавления: 2014-10-08; просмотров: 211; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!