Химико-термическая обработка металлов и сплавов: цементация, азотирование, цианирование, диффузионная металлизация

Размещено на http://www.allbest.ru/

РЕФЕРАТ

по дисциплине «Материаловедение»

на тему: «Химико-термическая обработка металлов и сплавов: цементация, азотирование, цианирование, диффузионная металлизация»

Содержание

Введение

1. Общие принципы химико-термической обработки металлов и сплавов

2. Классификация химико-термической обработки металлов и сплавов

3. Диффузионная металлизация

4. Цианирование, нитроцементация

5. Цементация (науглероживание)

6. Азотирование

Заключение

Список литературы

Введение

Объект рассмотрения настоящего реферата - химико-термическая обработка металлов и сплавов (основополагающий химический процесс, проводимый при работе с металлами и сплавами).

Актуальность выбранной темы очевидна, т.к. в современном прогрессирующем, стремительно развивающемся мире надежность и долговечность оборудования, металлоконструкций и трубопроводов находятся в непосредственной зависимости от качества изготовления составляющих их элементов, деталей и узлов. В процессе эксплуатации последние подвергаются воздействию статических, динамических и циклических нагрузок, влиянию агрессивных сред, работают при экстремально высоких и низких температурах, находятся в условиях интенсивного износа. Таким образом, эксплуатационная надежность металлоизделий находится в прямой зависимости от прочности, износостойкости, термо- и коррозионной стойкости составляющих их элементов.

Для современного производства характерны высокие требования к свойствам материалов, обусловленные постоянным ростом производства, повышением производительности технологических процессов и связанной с ними необходимости изготовления крупногабаритного и сложного оборудования (реакторов, колонн, емкостей, теплообменников, фильтров). В связи с возрастающей интенсивностью нагружения производственного оборудования, например, печного (змеевиков печей) или динамического (компрессоров, насосов), важной задачей становится увеличение их срока эксплуатации и межремонтного цикла за счет использования более качественных материалов. Повышение рабочего давления и увеличение диаметров технологических трубопроводов, предназначенных для транспортировки агрессивных газообразных и жидких сред и эксплуатирующихся в сложных климатических условиях, влечет за собой применение новых материалов и высокотехнологических способов получения и обработки труб. Этим высоким требованиям лишь в редких случаях могут отвечать материалы в состоянии поставки. Основная часть ответственных конструкционных элементов нуждается в упрочнении или стабилизации эксплуатационных свойств, не изменяющихся с течением времени, поэтому одним из способов повышения механических и физико-химических свойств металлических материалов является термическая обработка.

Целью настоящего реферата является описание, характеристика процессов химико-термической обработки металлов и сплавов.

Термическая обработка материалов началась вскоре после освоения первобытными людьми огня. Сначала обрабатывалась добыча, пережигались на угольки палки, чтобы делать рисунки на стенах пещер. Потом люди открыли металлы, стали ковать из самородной меди орудия и ( за пару тысяч лет до н.э.) научились снимать наклёп отжигом: для восстановления пластичности кузнец должен был нагревать холоднокованую медь в очаге. Началась изменившая ход истории эра термообработки металлов.

Потребность в металлах росла и нужно было увеличивать производительность. Добиться этого удалось, используя для дутья не лёгкие человека, а специальные меха. Плавку осуществляли, разжигая уголь в печи, представлявшей собой некую комбинацию кузнечного и плавильного горнов. Затем появился так называемый сыродутный горн, в котором из руды получали кричное или губчатое железо. Данная технология долгое время оставалась практически неизменной и использовалась до 1850-1890 годов в Европе и Северной Америке.

До середины 19 века знания человека о термической обработке металлов представляли собой совокупность рецептов, выработанных на основе многовекового опыта. Потребность развития техники, и в первую очередь развития сталепушечного производства, обусловили превращение термической обработки металлов из искусства в науку. В середине 19 века, когда армия стремилась заменить бронзовые и чугунные пушки более легкими и мощными стальными, чрезвычайно острой была проблема изготовления орудийных стволов высокой и гарантированной прочности. Несмотря на то что металлурги знали рецепты выплавки и литья стали, орудийные стволы очень часто разрывались без видимых причин. Изучая изломы в местах разрывов, металлурги пришли к выводу, что сталь тем прочнее, чем мельче ее структура. Чернов Дмитрий Константинович, русский металлург, изобретатель, в 1868 г. открыл внутренние структурные превращения охлаждающейся стали, происходящие при определенных температурах, которые он назвал критическими точками а и b. Если сталь нагревать до температуры ниже точки а, то ее невозможно закалить, а для получения мелкозернистой структуры сталь следует нагревать до температур выше точки b.

Открытие Черновым Д.К. критических точек структурных превращений в стали позволило научно-обоснованно выбирать режим термической обработки для получения необходимых свойств стальных изделий.

В 1906 г. немецкий инженер Вильм А. на изобретенном им дюралюмине открыл старение после закалки - важнейший способ упрочнения сплавов на разной основе (алюминиевых, медных, никелевых, железных и др.).

В 30-е гг. 20 века появилась термомеханическая обработка стареющих медных сплавов, а в 50-е гг - термомеханическая обработка сталей, позволившая значительно повысить прочность изделий.

Также в 20 веке появился еще один вид термической обработки - термомагнитная обработка, позволяющая в результате охлаждения изделий в магнитном поле улучшить их некоторые магнитные свойства.

1. Общие принципы химико-термической обработки металлов и сплавов

Суть данной технологии состоит в преобразовании внешнего слоя материала насыщением. Химико-термическая обработка металлов и сплавов осуществляется путем выдерживания при нагреве обрабатываемых материалов в средах конкретного состава различного фазового состояния. То есть, это совмещение пластической деформации и температурного воздействия.

Это ведет к изменению параметров стали, в чем и состоит цель химико-термической обработки. Таким образом, назначение данной технологии -- улучшение твердости, износостойкости, коррозионной устойчивости. В сравнении с прочими технологиями химико-термическая обработка выгодно отличается тем, что при значительном росте прочности пластичность снижается не так сильно.

Основные ее параметры -- температура и длительность выдержки.

Рассматриваемый процесс включает три этапа:

- диссоциацию;

- адсорбцию;

- диффузию.

Первый этап - диссоциация - осуществляется посредством создания газовой среды и включает такие процессы, как разложение молекул определенного соединения и образование атомов, проявляющих активность в отношении стальной детали.

В процессе адсорбции сталь поглощает свободные активные атомы, находящиеся в газовой смеси или растворе.

Третий этап, получивший название диффузионной металлизации стали, заключается в проникновении атомов, подвергшихся адсорбции, вглубь металла. Воздействия внешних сил на этом этапе нет. Процесс осуществляется за счет теплового движения атомов вещества. Если три этапа химико-термической обработки выполнены без ошибок, то полученный слой покрытия будет прочным.

Интенсивность диффузии увеличивается в случае формирования растворов внедрения и снижается, если вместо них формируются растворы замещения.

На размер диффузионного слоя влияют температура и длительность выдержки. Данные параметры связаны прямой зависимостью. То есть с ростом концентрации насыщающего элемента возрастает толщина слоя, а повышение интенсивности теплового воздействия приводит к ускорению диффузии, следовательно, за тот же промежуток времени она распространится на большую глубину.

Большое значение для протекания процесса диффузии имеет растворимость в материале обрабатываемой детали насыщающего элемента. В данном случае играют роль пограничные слои. Это объясняется тем, что ввиду наличия у границ зерен множества кристаллических дефектов диффузия происходит более интенсивно. Особенно это проявляется в случае малой растворимости насыщающего элемента в материале. При хорошей растворимости это менее заметно. Кроме того, диффузия ускоряется при фазовых превращениях.

2. Классификация химико-термической обработки металлов и сплавов

Химико-термическая обработка стали подразделяется на основе фазового состояния среды насыщения на жидкую, твердую, газовую.

В первом случае диффузия происходит на фрагментах контакта поверхности предмета со средой. Ввиду низкой эффективности данный способ мало распространен. Твердую фазу обычно используют с целью создания жидких или газовых сред.

Химико-термическая операция в жидкости предполагает помещение предмета в расплав соли либо металла.

При газовом методе элемент насыщения формируют реакции диссоциации, диспропорционирования, обмена, восстановления. Наиболее часто в промышленности для создания газовой и активной газовой сред используют нагрев твердых. Удобнее всего проводить работы в чисто газовой среде ввиду быстрого прогрева, легкого регулирования состава, отсутствия необходимости повторного нагрева, возможности автоматизации и механизации. Как видно, классификация по фазе среды не всегда отражает сущность процесса, поэтому была создана классификация на основе фазы источника насыщения. В соответствии с ней химико-термическая обработка стали подразделена на насыщение из твердой, паровой, жидкой, газовой сред.

Кроме того, химико-термическая технология подразделена по типу изменения состава стали на насыщение неметаллами, металлами, удаление элементов.

По температурному режиму ее классифицируют на высоко- и низкотемпературную. Во втором случае производят нагрев до аустенитного состояния, а в первом -- выше и оканчивают отпуском.

Наконец, химико-термическая обработка деталей включает следующие методы, выделяемые на основе технологии выполнения: цементацию, азотирование, металлизацию, нитроцементацию.

3. Диффузионная металлизация

Диффузионная металлизация - это поверхностное насыщение стали металлами.

Металлизация дает тонкий слой. Это объясняется малой интенсивностью диффузии металлов в сравнении с азотом и углеродом, так как вместо растворов внедрения они формируют растворы замещения

По состоянию среды, где протекает обработка металла диффузионным способом, металлизация проводится: в твердой среде; в жидкой среде; в газообразной среде.



Рис. 1. Изделия после диффузионной металлизации.

- Жидкая металлизация.

Диффузионное насыщение в жидкой среде применяют, когда необходимо провести цинкование, хромирование, меднение, алитирование. Для этого используют так называемые ванны-печи, куда помещен расплав, который будет диффундировать, либо соль этого металла. Необходимые для обработки детали помещают в эту жидкую среду при температуре от 800 до 1300 градусов по Цельсию.

Жидким методом можно осуществить диффузионную металлизацию одновременно несколькими элементами. При комплексной металлизации получают такие типы покрытия, как хромоникелирование, хромоалитирование, хромотитанирование.

- Газовая металлизация.

Диффузию газовой средой проводят для стали и других металлов такими элементами, как молибден, хром, алюминий, титан, ниобий, вольфрам. Химические газообразные соединения этих элементов при соприкосновении с основным металлом вступают с ним в реакцию, и результатом этого является диффузия. Газовой средой обычно выступают галогениды металлов, атомы которых должны проникнуть внутрь поверхностного слоя металлического изделия. Металлизацию газовую проводят в печах муфельного типа или в специализированной конструкции, где поддерживается температура порядка 700-1000 градусов по Цельсию.

Рис. 2. Ванна-печь.

Рис. 3. Изделия после газовой металлизации.

Чтобы заготовка имела хороший вид (особенно это касается металлизации декоративных элементов), ее следует подвергнуть дополнительной обработке методом механической полировки.

По насыщающим элементам металлизацию подразделяют на алитирование (алюминием), хромирование, борирование, сицилирование (кремнием).

Первая химико-термическая технология придает материалу стойкость к окалине коррозии, однако на поверхности после нее остается алюминий. Алитирование возможно в порошковых смесях либо в расплаве при меньшей температуре. Второй способ быстрее, дешевле и проще.

Хромирование тоже увеличивает стойкость к коррозии и окалине, а также к воздействию кислот и т. д. У высоко- и среднеуглеродистых сталей оно также улучшает износостойкость и твердость. Данная химико-термическая операция в основном производится в порошковых смесях, иногда в вакууме.

Сицилирование увеличивает стойкость к коррозии в соленой воде и кислотах, к износу и окалине некоторых металлов.

Борирование.

Более подробно остановимся на борировании. Основное назначение борирования состоит в улучшении стойкости к абразивному износу. Распространена электролизная технология с применением расплавов боросодержащих солей. Существует и безэлектролизный метод, предполагающий использование хлористых солей с ферробором или карбидом бора.

Обработка стальной детали бором осуществляется при температуре в 900-950 ^ОС. Цель процедуры - повышение стойкости к износу и прочности детали. Толщина слоя может составлять от 0,05 до 0,15 мм. Он обладает отличными показателями стойкости к воздействию различных абразивных веществ, не поддается коррозии. Чаще всего борирование уместно в том случае, если необходимо придать прочность штамповому оборудованию или буровому инструменту.

Насыщение поверхностного слоя атомами такого металла, как бор, происходит при нагревании. Слой покрытия может быть как одинарным, так и двойным. Борирование бывает газовым, электролизным или жидким.

Газовое борирование. Процедура имеет много общего с цементацией или азотированием. Осуществляется она в камере печи. В качестве среды используется диборан, треххлористый бор, триметил. Данные вещества разбавляют аргоном, аммиаком, азотом или водородом.

Табл. 1.Вияние предварительной электронно-лучевой обработки на параметры боридного слоя на стаи Ст3

Температура, при которой происходит насыщение - 900 ^ОС, время воздействия - 2-6 ч. Толщина полученного боридного слоя составляет 0,1 или 0,2 миллиметра.

Технология борирование стали имеет, так называемые, подвиды.

1) Электролизное борирование. Данная технология в большинстве ситуаций применяется при электролизе расплавленной буры. Температура в ванне достигает 950 ^ОС, длительность выдержки - до 6 часов. Детали, поверхностный слой которых подвергли борированию, служат катодами, монтируемыми на подвески.

2) Жидкостное борирование. Сталь насыщается бором посредством расплавленных солей NaCl, BCl₂, возможно использование добавок - карбида брома или ферроброма.

Технология борирования обладает явно выраженным преимуществом перед цементацией и другими видами химико-термической обработки стали, у нее самые высокие показатели прочности поверхности.

Сама по себе диффузионная металлизация производится при 900 -- 1200°С. Это дорогостоящий и длительный процесс.

Основное положительное качество -- жаростойкость продуктов. Ввиду этого металлизацию применяют для производства предметов для эксплуатационных температур 1000 -- 1200°С из углеродистых сталей.

Отрицательные же аспекты, которые не позволяют широко использовать такую обработку на предприятиях, следующие:

- скорость диффузии очень мала и требует многих часов обработки;

- поддержание высоких температур ведет к серьезным затратам энергии;

- из-за повышенного нагрева деталь подвергается деформации;

- полученный слой уступает по показаниям защиты слоям, получаемым менее затратными методами, например, нитроцементацией.

4. Цианирование, нитроцементация

Это технология насыщения стали азотом и углеродом. Таким способом обрабатывают стали с количеством углерода 0,3 -- 0,4%.

Соотношение между углеродом и азотом определяется температурным режимом. С его ростом возрастает доля углерода. В случае пересыщения обоими элементами слой обретает хрупкость.

Особенности цианирования и нитроцементации.

Хотя нитроцементация и цианирование преследуют одну цель (насыщение поверхностного слоя стали азотом и углеродом), они имеют одно существенное отличие. Заключается оно в том, что нитроцементации изделия подвергаются в газовой среде, а при цианировании такой средой является расплав цианида натрия или других солей.

Табл. 2. Составы ванн и режимы цианирования изделий.

Свою эффективность рассматриваемые технологические операции демонстрируют при обработке следующих материалов:

- сталей, относящихся к нержавеющей категории;

- легированных стальных сплавов, а также сталей, не содержащих легирующих добавок и характеризующихся средним содержанием углерода в своем составе;

- конструкционных сталей с низким содержанием углерода.

Цианирование стали, относящейся к одной из вышеперечисленных категорий, как и процесс ее нитроцементации, происходит при определенном температурном режиме (820-950°), который должен строго соблюдаться. В результате квалифицированного применения таких методов обработки удается решить следующие задачи:

- повысить износостойкость поверхности изделия;

- увеличить его поверхностную твердость;

- повысить предел выносливости металла.

Рис. 4. Нитроцементация в различных средах.

На размер слоя влияет длительность выдержки и температура.

Цианирование проводится в жидкой и газовой средах. Первый способ называют также нитроцементацией. Кроме того, по температурному режиму оба типа подразделяют на высоко- и низкотемпературные.

При жидком способе используют соли с цианистым натрием. Основной недостаток -- их токсичность. Высокотемпературный вариант отличается от цементации быстротой, большими износостойкостью и твердостью, меньшей деформацией материала. Нитроцементация дешевле и безопаснее.

Предварительно производят окончательную механическую обработку, а не подлежащие цианированию фрагменты покрывают слоем меди в 18 -- 25 мкм толщиной.

5. Науглероживание (цементация)

Цементация стали - это высокотемпературный процесс, сопровождающийся насыщением поверхности атомарным углеродом. В результате повышаются качественные характеристики верхнего слоя изделия, в частности крепость, что увеличивает стойкость к различным нагрузкам. Метод начал применяться еще с середины девятнадцатого века: сталь производили путем сквозной цементации железа.

Рис.5. Процесс цементации.

Температуру цементации выбирают исходя из требуемой степени науглероживания заготовки. Она находится в диапазоне от 800 до 950 °C. Технологию применяют для обработки низкоуглеродистой или легированной стали. Это связано с тем, что внутренняя часть детали должна оставаться вязкой после закалки. Глубина насыщенного слоя может достигать 2,5 мм в зависимости от интенсивности воздействия.

По технологии обработки цементация схожа с азотированием, с одним отличием - вторая технология насыщает верхний слой азотом, придавая обработанным изделиям антикоррозийные свойства.

Технология отличается низкой скоростью взаимодействия стали с углеродом. Для получения слоя толщиной 0,1 мм требуется в среднем один час. Примечательно, что процесс имеет прямую зависимость: глубина цементации не влияет на время обработки.

Предварительно необходима механическая обработка. Не цементируемые участки покрывают слоем меди либо обмазками.

Температурный режим определяется содержанием углерода в стали. Чем оно ниже, тем больше температура. Для адсорбирования углерода и диффузии в любом случае она должна составлять 900 -- 950°С и выше.

Таким образом, путем насыщения поверхности стальных деталей углеродом достигают концентрации данного элемента в верхнем слое 0,8 -- 1%. Большие значения ведут к повышению хрупкости.

Цементацию осуществляют в среде, называемой карбюризатором. На основе ее фазы технологию подразделяют на газовую, вакуумную, пастами, в твердой среде, ионную.

При газовом способе применяют каменноугольный полукокс, древесный уголь, торфяной кокс. С целью ускорения используют активизаторы и повышают температуру. По завершении материал нормализуют. Ввиду длительности и малой производительности данная химико-термическая технология используется в мелкосерийном выпуске.

Технология отличается длительным процессом обработки. Для получения насыщенного слоя стали глубиной 1,2 мм необходимо 15 часов при 900 °C. Для ускорения реакции необходимо повысить температуру.

Для обработки используют специальные, герметично закрытые печи.

Современные предприятия проводят обработку с применением горючих природных газов, которые поддерживают углеродный баланс внутри печи.

Газовую среду наиболее часто применяют при цементации ввиду скорости, простоты, возможности автоматизации, механизации и достижения конкретной концентрации углерода. В таком случае используют метан, бензол или керосин.



Рис. 6. Газовая технология цементации.

Рис. 7. Вакуумная установка.

Более совершенный способ -- вакуумная цементация. Это двухступенчатый процесс при пониженном давлении. От прочих методов отличается скоростью, равномерностью и светлой поверхностью слоя, отсутствием внутреннего окисления, лучшими условиями производства, мобильностью оборудования.

Вакуумная цементация - Передовая технология, которая отличается высокой скоростью проникновения углерода в сталь. Процесс обработки полностью автоматизирован: время подачи углерода, регулировка рабочего давления и скорость реакции контролируются программным обеспечением, которое установлено на всех компьютерах печи.

Ионный метод подразумевает катодное распыление.

Метод обработки стали в электролитическом растворе имеет сходство с гальванизацией. Процесс проходит в растворе электролита, в котором под действием электричества образуются свободные атомы углерода. Температуру и напряжения устанавливают в зависимости от необходимой глубины проникновения.

Рис. 8. Цементация в домашних условиях.

Цементация -- промежуточная химико-термическая операция. Далее осуществляют закалку и отпуск, определяющие свойства материала, такие как износостойкость, выносливость при контакте и изгибе, твердость. Главный недостаток -- длительность.

Можно ли цементировать сталь в домашних условиях? В случае необходимости можно цементировать металл в домашних условиях. Как правило, для этих целей выбирают технологию обработки в твердой среде. Время насыщения может занимать несколько часов, поэтому основная сложность кустарных работ - поддержание заданной температуры на протяжении всего цикла. Качество домашней обработки значительно ниже, чем в условиях промышленных установок. Кроме того, рентабельность работ может обеспечить только большое количество обрабатываемых деталей, что не всегда возможно.

6. Азотирование

Азотированием называют насыщение материала азотом. Этот процесс производят в аммиаке при 480 -- 650°С.

Данный процесс, при применении которого поверхностный слой стального изделия насыщается азотом, стал использоваться в промышленных масштабах относительно недавно. Такой метод обработки, предложенный к использованию академиком Н.П. Чижевским, позволяет улучшить многие характеристики изделий, изготовленных из стальных сплавов (твердость, стойкость к коррозии и износу).

Азотирование стали, если сравнивать его с таким популярным методом обработки данного металла, как цементация, отличается рядом весомых преимуществ. Именно поэтому данная технология стала применяться в качестве основного способа улучшения качественных характеристик стали.

При азотировании стальное изделие не подвергается значительному термическому воздействию, при этом твердость его поверхностного слоя значительно увеличивается. Важно, что размеры азотируемых деталей не изменяются. Это позволяет применять такой метод обработки для стальных изделий, которые уже прошли закалку с высоким отпуском и отшлифованы до требуемых геометрических параметров. После выполнения азотирования, или азотации, как часто называют этот процесс, сталь можно сразу подвергать полировке или другим методам финишной обработки (покрытию оловом или жидким стеклом).

Обработке по технологии азотирования могут подвергаться как углеродистые, так и легированные стали, характеризующихся содержанием углерода в пределах 0,3-0,5%. Максимального эффекта при использовании такой технологической операции удается добиться в том случае, если ей подвергаются стали, в химический состав которых входят легирующие элементы, формирующие твердые и термостойкие нитриды. К таким элементам, в частности, относятся молибден, алюминий, хром и другие металлы, обладающие подобными характеристиками. Стали, содержащие молибден, не подвержены такому негативному явлению, как отпускная хрупкость, которая возникает при медленном остывании стального изделия. После азотирования стали различных марок приобретают следующую твердость:

Таблица 3

Азотирование стали заключается в том, что металл подвергают нагреву в среде, характеризующейся высоким содержанием аммиака. В результате такой обработки с поверхностным слоем металла, насыщающимся азотом, происходят следующие изменения:

- за счет того, что твердость поверхностного слоя стали повышается, улучшается износостойкость детали;

- возрастает усталостная прочность изделия;

Рис. 9. Схема установки азотирования в тлеющем разряде.

Рис. 10. Микроструктура качественно азотированного слоя стали марки 38Х2МЮА.

- поверхность изделия становится устойчивой к коррозии. Такая устойчивость сохраняется при контакте стали с водой, влажным воздухом и паровоздушной средой.

Детали из металла помещают в герметично закрытый муфель, который затем устанавливается в печь для азотирования. В печи муфель с деталью нагревают до температуры, которая обычно находится в интервале 500-600°, а затем выдерживают некоторое время при таком температурном режиме. Это дает за 24 -- 90 ч. 0,5 мм слой. Толщина определяется длительностью, составом материала, температурой.

Рис. 11. Вакуумная печь для термической обработки с системой газового азотирования.

Чтобы сформировать внутри муфеля рабочую среду, необходимую для протекания азотирования, в него под давлением подается аммиак. Нагреваясь, аммиак начинает разлагаться на составные элементы, данный процесс описывает следующая химическая формула:

2NH₃ > 6H + 2N.

Атомарный азот, выделяющийся в процессе протекания такой реакции, начинает диффузировать в металл, из которого изготовлена обрабатываемая деталь, что приводит к образованию на ее поверхности нитридов, характеризующихся высокой твердостью. Чтобы закрепить результат и не дать поверхности детали окислиться, муфель вместе с изделием и аммиаком, который в ней продолжает оставаться, медленно охлаждают вместе с печью для азотирования.

Нитридный слой, формирующийся на поверхности металла в процессе азотирования, может иметь толщину в интервале 0,3-0,6 мм. Этого вполне достаточно для того, чтобы наделить изделие требуемыми прочностными характеристиками. Обработанную по такой технологии сталь можно не подвергать никаким дополнительным методам обработки.

Рис. 12. Классификация процессов азотирования.

При жидком способе применяют цианосодержащие, реже бесцианитные и нейтральные соли. Ионная химико-термическая операция отличается повышенной скоростью.

Азотирование подразделяют по целевым свойствам: им достигается или улучшение устойчивости к коррозии, либо повышение стойкости к износу и твердости.



Рис. 13. Клапана высокотехнологичных двигателей внутреннего сгорания обязательно проходят процесс азотирования.

В зависимости от сферы применения изделия, которое подвергается процедуре азотирования, а также от условий его эксплуатации для осуществления такой технологической операции рекомендуется использовать определенные марки стали. Так, в соответствии с технологической задачей, которую необходимо решить, специалисты советуют применять для азотирования изделия из следующих марок сталей.

38Х2МЮА - это сталь, которая после азотирования отличается высокой твердостью наружной поверхности. Алюминий, содержащийся в химическом составе такой стали, снижает деформационную стойкость изделия, но в то же время способствует повышению твердости и износостойкости его наружной поверхности. Исключение алюминия из химического состава стали позволяет создавать из нее изделия более сложной конфигурации.

40Х, 40ХФА - данные легированные стали используются для изготовления деталей, применяемых в области станкостроения.

30Х3М, 38ХГМ, 38ХНМФА, 38ХН3МА - эти стали служат для производства изделий, подвергающихся в процессе своей эксплуатации частым циклическим нагрузкам на изгиб.

30Х3МФ1 - из данного стального сплава изготавливаются изделия, к точности геометрических параметров которых предъявляются высокие требования. Для придания более высокой твердости деталям из данной стали (это преимущественно детали топливного оборудования) в ее химический состав могут добавлять кремний.

Табл. 4. Характеристики слоев стали.

Заключение

В данной работе были рассмотрены понятия химико-термической обработки металлов и сплавов.

Химико-термическая обработка металлов и сплавов -- это высокотемпературное насыщение верхнего слоя металла химическими веществами, повышающими его твердость и износостойкость. В зависимости от состава соединений, используемых для такого насыщения, химико-термическую обработку стали делят на следующие виды:

- Цементация. Насыщение верхнего слоя стали углеродом при температуре в диапазоне от 900 до 950 єC.

- Нитроцементация. В этом случае термическое насыщение производится одновременно азотом и углеродом из газообразной среды при нагреве от 850 до 900 єC.

- Цианирование. Поверхностный слой насыщается теми же элементами, что и при нитроцементации, но из расплава солей цианидов.

- Азотирование. Выполняется при температуре не выше 600 єC. Происходит насыщение твердыми соединениями металлов и неметаллов (бора, хрома, титана, алюминия и кремния).

При первых четырех видах насыщение происходит из газовых сред, а при последнем -- из порошков, расплавов, паст и суспензий

Одним из наиболее эффективных и универсальных процессов химико-термической обработки является борирование.

Борирование применяют для повышения износостойкости поверхностного слоя стального изделия, в частности, при повышенных температурах, повышения его твердости и износостойкости.

Изделия, подвергшиеся борированию, обладают повышенной до 800 °С окалиностойкостью и теплостойкостью до 900-950 °С. Твердость борированного слоя в сталях перлитного класса составляет 15 000-20 000 МПа.

Химико-термообработка обработка металла и сплавов является важной и необходимой операцией при изготовлении деталей и инструментов. При термообработке детали наделяются нужными механическими свойствами что обеспечивает нормальную работу.

Главной задачей химико-термической обработки является повышение рабочих качеств каких-либо машин и агрегатов, которые, в свою очередь, позволят повысить производительность труда при меньших затратах (рабочей силы, сырья, энергии, необходимой для реализации производства), повысить качество выпускаемой продукции и при всем этом минимизировать негативное воздействие на окружающую среду.

металлизация цементация азотирование насыщение

Список используемой литературы

1. Волосатов В.А. Справочник по электрохимическим и электрофизическим методам обработки - М: Политехника, 1988. -265 с.

2. Каменичный И.С Краткий справочник технолога-термиста - М: Оборонгиз, 1963. -298 с.

3. Лахтин Ю.М., Рахштадт А.Г. Термическая обработка в машиностроении - М: ОЛМА-ПРЕСС, 1980. -426 с.

4. Сальников С.П. Краткий справочник машиностроителя - М: Машиностроение, 2001. -312 с.

5. Соломенцева Ю.М. Основы автоматизации машиностроительного производства - М: Машиностроение, 1999. -361 с.

6. Шаврин О.И. Технология и оборудование термомеханической обработки деталей машин - С-П: Символ-Плюс, 1996. -502 с.

7. Травин О.В., Травина Н.Т. Материаловедение. - М.: Металлургия, 1989. - 360 с.

8. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение: Учебник для машиностроительных вузов - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1980. - 493 с.

Размещено на Allbest.ru

...