Химико-термическая обработка стали (ХТО)

Химико-термической обработкой именуется обработка, заклю­чающаяся в сочетании теплового и хим воздействия с целью конфигурации состава, структуры и параметров поверхностного слоя стали. При ХТО происходит насыщение поверхностного слоя стали подходящим элементом (С, N, Al, Сr, Si и др.) методом его диффузии из наружной среды при высочайшей температуре.

Химико-термическая обработка увеличивает Химико-термическая обработка стали (ХТО) твердость поверхности, износостойкость, кавитационную и коррозионную стойкость, делает наповерхности подходящие остаточные напряжения сжатия, наращивает, надежность и долговечность деталей машин.

ХТО включает три поочередные стадии:

1) диссоциацию и распад хим соединений с образованием активных атомов в насыщающей среде поблизости поверхности детали. Их концентрация находится в зависимости от состава и Химико-термическая обработка стали (ХТО) агрегатного состояния насыщающей среды, взаимодействия отдельных составляющих среды меж собой, температуры, давления и состава стали;

2) адсорбцию (поглощение) поверхностью металла свободных активных атомов и растворение их в металле;

3) диффузию – перемещение адсорбированных атомов в решетке обрабатываемого металла. Процесс диффузии вероятен только при наличии растворимости диффундирующего элемента в обрабатываемом металле при довольно Химико-термическая обработка стали (ХТО) высочайшей температуре, обеспечивающей нужную энергию атомам.

В итоге диффузии в поверхностном слое детали достигается высочайшая концентрация диффундирующего элемента, которая снижается в глубину детали. Толщина δ диффузионного слоя наращивается во времени τ по параболическому закону:

(3)

в каком неизменная к тем больше, чем выше температура процесса, концентрация активных атомов и энергия образования Химико-термическая обработка стали (ХТО) хим соединений, образуемых диффундирующими элементами. После диффузионного насыщения железные детали могут, по мере надобности, подвергаться термообработке. При всем этом нужно учесть различие в составе и структуре металлической детали в поверхностном слое и сердцевине.

Цементация

При цементации создают насыщение поверхностного слоя детали атомами углерода. Для деталей употребляют низкоуглеродистые стали с содержанием Химико-термическая обработка стали (ХТО) углерода 0,1-0,25 %, владеющие высочайшей ударной вязкостью и низкой закаливаемостью. Различают два главных метода цементации (насыщения): в жесткой либо газовой среде (карбюризаторе). При цементации в жестком карбюризаторе изделия с припуском на шлифование укладывают в железные ящики и пересыпают древесным углем с добавками углекислых солей. Сверху ящик закрывают крышкой и щели замазывают огнеупорной Химико-термическая обработка стали (ХТО) глиной. Ящики укладывают в печь и выдерживают при температуре 930-950 °С. При этой температуре за счет кислорода воздуха, находящегося меж кусками карбюризатора, происходит неполное горение угля и появляется окись углерода, которая дальше разлагается с образованием активного атомарного углерода. Образующиеся атомы углерода адсорбируются поверхностью изделий и диффундируют вглубь металла. Углекислые соли в Химико-термическая обработка стали (ХТО) карбюризаторе при нагреве распадаются и активируют процесс, пополняя количество атомарного углерода.

Глубина цементованного слоя составляет обычно около 0,5-1,5 мм, а содержание углерода в нем добивается до 1-1,2 %, на что требуется существенное время – приблизительно 1 час на каждые 0,1-0,12 мм толщины слоя.

Газовую цементацию ведут в консистенции газов-углеводородов: метана, этана, бутана и Химико-термическая обработка стали (ХТО) др., также окиси углерода. Такие газы и их консистенции получают в особых газогенераторах, также конкретно из газовой магистрали. Процесс насыщения из газовой среды идет приблизительно в два раза резвее, чем из твердого карбюризатора. Предстоящего ускорения процесса цементации можно добиться, нагревая детали в газовой среде при помощи частотного индуктора и повышая Химико-термическая обработка стали (ХТО) при всем этом температуру по сопоставлению с обыкновенной. К примеру, длительность цементации деталей из стали 15XHTPA для образования слоя шириной в 1 мм оказалась:

– при цементации в жестком карбюризаторе (920 °С) – 8 часов;

– при газовой цементации с частотным нагревом (1050°С)-

меньше 1 часа.

Достоинством газовой цементации по сопоставлению с цементацией в жестком карбюризаторе является Химико-термическая обработка стали (ХТО) также и улучшение свойства деталей вследствие уменьшения перегрева.

Цементованный слой имеет переменную концентрацию углерода по глубине, убывающую от поверхности к сердцевине детали. В связи с этим после неспешного остывания цементованной детали структура ее поверхностного слоя соответствует-заэвтектоидной стали и плавненько перебегает в структуру малоуглеродистой сердцевины (рис Химико-термическая обработка стали (ХТО).3. 6.). Схема зарисовки приведена на рис. 3.7.

После диффузионного насыщения нужна термообработка деталей, которая избавляет последствия перегрева деталей при цементации, увеличивает твердость поверхности и избавляет цементитную сетку. Потому что цементованные детали содержат различное количество углерода в внешнем слое (до 1,2 % С) и в сердцевине (наименее 0,25 % С), то для получения хороших параметров деталей термообработка должна Химико-термическая обработка стали (ХТО) состоять из 3-х шагов:

1) 1-ая закалка (либо нормализация) с 880-900 °С – для устранения последствий перегрева, получающегося при долговременной выдержке деталей в печи;

2) 2-ая закалка с 760-780 °С – для придания цементованному слою наибольшей твердости;

3) маленький отпуск при 160-180 °С – для выравнивания остаточных на-

пряжений.

Ф+П П П+Fe3C II

Рис. 3.6. Микроструктура цементованного Химико-термическая обработка стали (ХТО) слоя стали 20 после неспешного остывания с температуры цементации (х725).

Рис. 3.7. Схема зарисовки стали 20 после цементации.

Двойная закалка дает наилучше механические характеристики, но вызывает больше внутренние напряжения и деформации деталей, в особенности в тех случаях, когда детали имеют сложную конфигурацию либо еслиони сделаны из легированной стали. Потому нередко предпочитают Химико-термическая обработка стали (ХТО) создавать только одну закалку с 820-860 °С с следующим низким отпуском. Это в особенности целенаправлено после газовой цементации, когда перегрев стали не велик, также при обработке тонкодисперсных сталей, устойчивых против перегрева.

Для деталей, от которых требуется только поверхностная твердость, а другие механические характеристики не имеют огромного значения, используют закалку Химико-термическая обработка стали (ХТО) конкретно с цементационного нагрева, другими словами от 900-950 °С с подстуживанием перед закалкой до 750-800 °С. Выросшее при цементации зерно аустенита дает крупноигольчатый мартенсит в поверхностном слое и крупнозернистую структуру в сердцевине. Такую обработку рекомендуется назначать только после газовой цементации и для наследственно тонкодисперсных сталей.

Твердость цементованной поверхности после термической обработки обычно Химико-термическая обработка стали (ХТО) не ниже НRС 58-64.

На рис.3. 8. приведена микроструктура стали 20 после диффузионного насыщения при 930 °С, нормализации при 830 °С и следующей закалки и низкого отпуска, а схема зарисовки приведена на рис. 3.9.

Вместе с нелегированными низкоуглеродистыми сталями используют малоуглеродистые (до 0,25 % С) низколегированные стали, содержащие никель, хром, вольфрам, титан и др. Применение легированной стали увеличивает крепкость Химико-термическая обработка стали (ХТО) сердцевины деталей, но не дает каких-то преимуществ по свойствам цементованной поверхности.

Рис. 3. 8. Микроструктура стали 20 после цементации и тепловой

обработки (х725)(поверхность – мартенсит, сердцевина – феррит + перлит).

Рис.3. 9. Схема зарисовки микроструктуры стали 20 после цементации

и термической обработки.

Азотирование

При азотирование делается насыщение поверхностного слоя детали атомами азота. Азотированию подвергают готовые детали без следующей Химико-термическая обработка стали (ХТО) механической обработки. Процесс ведется в особых печах в среде аммиака, которой при повышении температуры диссоциирует с образованием атомарного азота:

2NH3 → 2N + 3H2(4)

Азот диффундирует в сталь, насыщая жесткий раствор и образуя твердые соединения (нитриды) с железом, также с легирующими элементами.

Процесс обычно ведется в критериях, обеспечивающих лучшие Химико-термическая обработка стали (ХТО) механические характеристики деталей: температура 550-600 °С, степень диссоциации аммиака З0%. Вследствие низкой температуры скорость образования диффузионного слоя невелика: около 0,01 мм за 1 час. Потому азотирование занимает обычно несколько 10-ов часов и предназначено, глазным образом, для очень ответственных машиностроительных деталей (пример – гильза цилиндра бензинового двигателя).

Азотируемые детали изготавливают обычно из легированных сталей. Легирующие Химико-термическая обработка стали (ХТО) элементы, хотя и затрудняют диффузию азота и образование азотированного слоя, но содействует повышению твердости. Обширное применение отыскали особые стали (нитраллои), содержащие элементы, дающие нитриды высочайшей твердости и тепловой стойкости (CrN, MoN, AlN) Более всераспространенной азотируемой сталью является сталь марки 38ХМЮА, содержащая 0,38% С, 1,5 % Сr , 0,5 % Mo и 1% Al.

Азотированный слой Химико-термическая обработка стали (ХТО) содержит нитриды железа, легирующих эле­ментов и эвтектоидную смесь (броунид – смесь азотистого феррита α с нитридом железа Fe4N), которые присваивают детали очень высшую твердость (НV 9000-10000 МПа), износостойкость и усталостную крепкость. Не считая того, азотированный слой обладает коррозионной стойкостью и сохраняет свои характеристики при нагреве до 450-550 °С.

После азотирования детали не Химико-термическая обработка стали (ХТО) подвергают термообработке. Высочайшая твердость, износоустойчивость являются результатом самого процесса азотирования. Но перед азотированием нужна термическая обработка для улучшения параметров сердцевины и сведения к минимуму деформаций и искажений размеров, которые возникают в процессе химико-термической обработки. К примеру, детали из стали 38ХМЮА подвергают закалке на мартенсит с 960 °С и Химико-термическая обработка стали (ХТО) высочайшему, отпускy на сорбит при 650°С.

На рис.3.10 приведена микроструктура стали 38ХМЮА после азотирования, а на рис. 3.11 – схема зарисовки этой микроструктуры.

Азотирование может быть использовано и для увеличения коррозионной стойкости неответственных изделий широкого внедрения, изготов­ляемых из нелегированных и малолегированных сталей.

В данном случае процесс ведется при завышенной температуре при 600-700 °С Химико-термическая обработка стали (ХТО) в течение времени до 1 часа. При всем этом требования к твердости и другим механическим свойствам поверхности не предъявляются.

Рис.3.10. Микроструктура стали 38ХМЮА после азотирования (х725)

(поверхность – нитриды, броунид, сердцевина – сорбит).

Рис.3.11. Схема зарисовки микроструктуры стали

38ХМЮА после азотирования.


hetto-luvijskaya-anatolijskaya-gruppa.html
hgsna-12g2-hv5-h12m-10h18n9t-9hs-25n3-3h2v8f.html
hhh-peredacha-o-geliarah-vdvoyom-naedine.html