Загрузка...19 Стали для цементации и нитроцементации
19 Стали для цементации и нитроцементации
Цементация и нитроцементация – высокоэффективные и доступные процессы, поэтому они нашли широкое применение в промышленности. Цементация – процесс диффузионного насыщения поверхности изделия углеродом до эвтектоидной или заэвтектоидной концентрации. Цементацию поводят выше точки А3 в аустенитной области. Температурный интервал цементации, как правило, 930–960 ºС. Имеется положительный опыт применения для некоторых легированных сталей высокотемпературной цементации при 980–1050 ºС. При этом значительно ускоряется процесс цементации вследствие увеличения коэффициента диффузии углерода, однако одновременно растет зерно аустенита и увеличивается коробление деталей. Поэтому для высокотемпературной цементации необходимо применять стали с наследственно мелким зерном или легировать сталь элементами, замедляющими рост аустенитного зерна при нагреве (Ti, V). Оптимальное содержание углерода в поверхностном слое 0,8–1,0 %, но для увеличения контактной выносливости оно может быть повышено
до 1,1–1,2 %. Глубина цементованного слоя составляет 0,6–2,5 мм в зависимости от размеров и условий эксплуатации изделий. Она влияет прежде всего на контактную выносливость и усталостную прочность. При малой толщине слоя происходит продавливание, а при большой – снижается усталостная прочность изделия. Цементацию проводят в твердом, жидком и газовом карбюризаторе. Наиболее распространена газовая цементация. Цементации (нитроцементации) подвергаются шестерни, оси, зубчатые колеса, валы, измерительный инструмент и др. После цементации наиболее существенно возрастает твердость и износостойкость поверхностных слоев изделия, контактная выносливость, усталостная прочность. При этом сердцевина изделия должна быть мягкой и пластичной, что придает необходимую конструктивную прочность. Стали, применяемые для цементации, должны обеспечить: получение требуемого уровня свойств, достаточную прокаливаемость (особенно для деталей большого сечения), хорошую обрабатываемость давлением и резанием, минимальное изменение размеров и минимальное коробление при закалке, экономичность легирования.
Цементации подвергают низкоуглеродистые стали с содержанием углерода 0,08 – 0,25 % , что обеспечивает получение вязкой сердцевины. Для некоторых высоконагруженных деталей содержание углерода в стали может быть повышено до 0,35 % . С повышением содержания углерода в стали уменьшается глубина цементного слоя, увеличивается прочность и понижается вязкость сердцевины.
Легирующие элементы влияют на свойства сердцевины, прокаливаемость, скорость процесса цементации, глубину цементованного слоя, концентрацию углерода в поверхностном слое, а также на структуру слоя и величину зерна. Влияние легирующих элементов на глубину слоя определяется, одной стороны, влиянием на значение коэффициента диффузии углерода в аустените, с другой стороны, на величину градиента концентрации углерода по сечению диффузионного слоя, зависящего от максимального содержания углерода в поверхностном слое.
Некарбидообразующие элементы, такие как Ni, Si, Co ускоряют диффузию углерода в аустените. В то же время, эти элементы снижают растворимость углерода в аустените и тем самым уменьшают максимальное содержание углерода в поверхностном слое. Наиболее сильно ускоряет диффузию углерода в аустените и понижает содержание углерода в цементованном слое кремний. Однако при более высоких температурах (1000, 1100 ºС) Si уменьшает коэффициент диффузии углерода в аустените.
Как правило, карбидообразующие элементы понижают коэффициент диффузии углерода в аустените. Например, в стали с 1,2 % Si и 1 % легирующего элемента при температурах, соответствующих интервалу цементации, наблюдается замедление диффузии углерода при легировании в такой последовательности: Mn, Mo, V, W, Cr. Карбидообразующие элементы повышают максимальную концентрацию углерода в поверхностном слое по сравнению с углеродистой нелегированной сталью, что связано с интенсивным карбидообразованием в поверхностном слое (рисунок 3.2.).
Глубина диффузионного слоя в значительно большей степени зависит от максимальной концентрации углерода в поверхностном слое, чем от коэффициента диффузии углерода в аустените. Поэтому легирование некарбидообразующими элементами уменьшает глубину цементованного слоя, а карбидообразующими – увеличивает ее (рисунок 3.3).
Цементуемые стали легируют комплексно карбидо– и некарбидообразующими элементами: Cr, Mn, Ni, Si и др. Cr, Mn, Si увеличивают прокаливаемость и упрочняют α–твердый раствор, т.е. повышают прочностные свойства сердцевины.
Рекомендуемые файлы
Рисунок 3.2. Распределение углерода по глубине цементованного слоя стали
1 – нелегировання сталь; 2 – сталь, легированная карбидообразующим
элементом; 3 – сталь, легированная некарбидообразующим элементом
Рисунок 3.3. Влияние легирующих элементов на глубину цементованного слоя после цементации при 925 ºС (А.П. Гуляев)
Весьма значительно повышает прокаливаемость бор, его вводят в количестве 0,001–0,005 %. Никель не только повышает прокаливаемость, но и увеличивает ударную вязкость цементованного слоя и сердцевины, а также снижает порог хладноломкости. Однако это дорогой и дефицитный элемент, поэтому его вводят в стали только для тяжелонагруженных деталей. С целью измельчения зерна вводят ванадий и титан (0,06–0,12 % V; 0,03–0,09 % Ti). Эти элементы задерживают рост зерна аустенита при нагреве и делают возможной непосредственную закалку с цементационного нагрева без перекристаллизации. Добавки молибдена до 0,3–0,5 % в хромоникелевые и хромомарганцевые стали увеличивают прокаливаемость. Введение кремния в хромоникелевые цементуемые стали позволяет повысить их ударно–усталостную выносливость посредством уменьшения глубины заэвтектоидной зоны и увеличения количества карбидов.
Для цементации используют как качественные конструкционные углеродистые стали (ГОСТ 1050–74), так и легированные (ГОСТ 4543–71). Углеродистые стали (08, 10, 15, 20 и др.) применяют лишь для малонагруженных деталей с рабочим сечением до 15–25 мм, работающих в основном на износ. Низколегированные стали марок 15Х, 20Х, 15Г, 15ХФ, 20ХМ и др. применяют для более нагруженных деталей с рабочим сечением до 35 мм. Легированные стали повышенной прочности 20ХГР, 12ХН2, 20ХНМ, 20ХГМ и др. предназначены для изготовления деталей сечением до 50–75 мм, работающих при высоких удельных нагрузках. К этой же группе относятся стали 18ХГТ, 25ХГТ, 20ХГНТР и др., микролегированные титаном. В этих сталях рост зерна аустенита при цементации сдерживается карбидами титана. Для тяжелонагруженных массивных деталей сечением до 100–120 мм, когда высокая поверхностная твердость должна сочетаться с высокой вязкостью сердцевины, применяют высоколегированные хромоникелевые стали типа 20ХНЗА, 12ХНЗА, 20Х2Н4А, 18Х2Н4ВА. Однако вследствие дефицитности никеля стали с повышенным никелем заменяют малоникелевыми (например, стали 18ХГСН2МА и 18ХГСН2МВА используют взамен сталей 18Х2Н4ВА и 20Х2Н4А, а сталь 14ХГСН2МА вместо 12ХН3А и 12Х2Н4А).
Термическая обработка изделий после цементации заключается в закалке и низкотемпературном отпуске. Для деталей из мелкозернистых сталей, легированных титаном или ванадием, можно использовать непосредственную закалку с цементационного нагрева с подстуживанием при 840–860 ºС для уменьшения количества остаточного аустенита и коробления.
Детали из углеродистой или низколегированной стали, в которых наблюдается рост зерна в процессе цементации, подвергают после цементации закалке с повторного нагрева до температуры 760–800 ºС (неполной закалке). При этом измельчается зерно в цементованном слое, но феррит в сердцевине остается крупнозернистым (неперекристаллизованным). Для ответственных деталей проводят после цементации двойную закалку. При первой закалке (нормализации) с нагревом до 860–900 ºС (выше Ас3 сердцевины) устраняется цементитная сетка и измельчается зерно в сердцевине. При второй закалке с нагревом выше Ас1 (760–800 ºС) происходит измельчение зерна в поверхностном слое.
Высоколегированные хромоникелевые стали типа 18Х2Н4ВА после закалки сохраняют большое количество остаточного аустенита. Поэтому для них после цементации с охлаждением на воздухе или в контролируемой атмосфере применяют высокий отпуск при 640–660 ºС, 4–6 ч. При этом из остаточного аустенита выделяются карбиды и происходит их коагуляция. Тогда при нагреве до 780–800 ºС при последующей закалке в аустените растворяется небольшая часть карбидов, мартенситная точка поднимается и после закалки количество остаточного аустенита уменьшится. После закалки всегда проводится низкотемпературный отпуск при 180–200 ºС для уменьшения остаточных напряжений.
В легированных сталях после цементации и закалки кроме мартенсита и карбидов присутствует также остаточных аустенит, количество которого может быть значительным.
В небольшом количестве остаточный аустенит в цементованном слое может быть даже полезным, т.к. при этом повышается пластичность и особенно ударная выносливость, но при больших его содержаниях существенно снижается твердость стали, поэтому для высоколегированных цементуемых сталей в целях уменьшения количества остаточного аустенита проводят обработку холодом после закалки перед отпуском. После термообработки структура поверхностного слоя – отпущенный мелкоигольчатый мартенсит, вторичные карбиды и небольшое количество остаточного аустенита. В сердцевине легированных сталей микроструктура – отпущенный низкоуглеродистый мартенсит или бейнит. Твердость поверхностного слоя HRC 60–62, твердость сердцевины
HRC 30–40.
В связи с дефицитностью никеля разрабатываются безникелевые цементуемые стали типа 15ХГ2МФ, а также стали с частичной заменой никеля на марганец (типа 20ХГНМФ). Учитывая, что ванадий и титан являются дорогими элементами, их заменяют комбинацией азота и алюминия (например, 25ХГНМАЮ). В последнее время вместо никельсодержащих цементуемых сталей создаются низкоуглеродистые цементуемые марганцевые стали с метастабильным аустенитом типа 08Г(4–16)ТЮ. В этих сталях получают аустенитную структуру, армированную карбидами. В процессе деформации метастабильный аустенит превращается в мартенсит деформации, при этом достигается высокая износостойкость в условиях абразивного и ударно-абразивного воздействия. Новым направлением является также создание дисперсионно-твердеющих сталей, которые могут работать при повышенных температурах.
Часто проводят не цементацию, а нитроцементацию – одновременное насыщение поверхности изделия углеродом и азотом в газовой среде. Насыщение ведется в тех же газовых средах, что и при цементации (в эндогазе с добавкой природного газа или метана), но с добавлением небольшого количества (1–5 %) аммиака. Преимущества нитроцементации по сравнению с газовой цементацией связаны с возможностью проведения процесса насыщения при более низкой температуре (830–860 ºС), при этом скорость насыщения остается почти такой же, как и при газовой цементации при 930 ºС. Это объясняется возрастанием скорости диффузии углерода в присутствии азота. Снижение температуры насыщения позволяет сохранить в стали мелкое зерно аустенита и проводить непосредственную закалку (с температуры насыщения или с подстуживанием до 800–820 ºС), что уменьшает деформацию деталей при закалке. Использование более низких температур нагрева при нитроцементации повышает также срок службы печного оборудования. Кроме того, при нитроцементации за счет образования в диффузионном слое дисперсных карбонитридов повышается износостойкость, теплостойкость, коррозионная стойкость стали; равнозначная с цементованными деталями прочность достигается при меньших толщинах слоев. За счет легирования твердого раствора азотом снижается критическая скорость закалки, что создает условия для применения ступенчатой закалки. Ступенчатую закалку проводят в горячем масле с температурой 120–180 ºС. Ступенчатая закалка уменьшает деформацию и стабилизирует размеры деталей за счет снижения температурных напряжений. После закалки проводят низкотемпературный отпуск. Толщина слоя при нитроцементации составляет 0,2–0,8 мм. При толщине слоя свыше 1 мм в диффузионном слое появляются дефекты структуры, которые резко снижают прочность деталей. Для нитроцементации применяются те же стали, что и для цементации, но с более высоким содержанием углерода (25ХГТ, 30ХГТ, 25ХГМ и т.п.) для увеличения прочности сердцевины. Последнее исключает продавливание тонкого диффузионного слоя. Структура поверхностного слоя должна состоять из мелкоигольчатого мартенсита с отдельными дисперсными частицами карбонитридов, азотистого цементита, карбидов и нитридов легирующих элементов и значительного количества остаточного аустенита.
Азот снижает температуру мартенситного превращения (каждые 0,1 % азота снижают ее на 18,5 ºС), поэтому в нитроцементованном слое легированных сталей может содержаться до 40–45 % остаточного аустенита, но при этом обеспечивается высокая усталостная прочность и контактная выносливость. Однако остаточный аустенит снижает поверхностную твердость деталей и их износостойкость.
Вопросы для самоконтроля
1. Что такое цементация и нитроцементация?
2. Какие требования предъявляются к сталям для цементации и нитроцементации?
3. Какова роль легирующих элементов в этих сталях?
4. Какое влияние оказывают легирующие элементы на скорость процесса цементации, глубину цементованного слоя и концентрацию углерода в поверхностной зоне?
5. Какие марки сталей применяются для цементации и нитроцементации?
6. Какова термическая обработка сталей после цементации и нитроцементации?
7. В чем преимущества нитроцементации перед цементацией?
8. Каковы современные направления в создании цементуемых сталей?
Лекция «11 Опухоли нервной системы» также может быть Вам полезна.
1. Гольдштейн М.И. Специальные стали /М.И. Гольдштейн, С.В. Грачев, Ю.Г. Векслер. – М.: МИСИС. – 1999. – 408 с.
2. Ляхович Л.С. Специальные стали: Учеб. пособие для вузов / Л.С. Ляхович. – Минск: Высш. шк., 1985. – 208 с.
3. Химико-термическая обработка металлов и сплавов: Справочник / Г.В. Борисенок, Л.А. Васильев, Л.Г. Ворошнин и др. – Москва: Металлургия, 1981. – 424 с.
4. Влияние термообработки на фазовый состав, структуру и свойства цементуемых низкоуглеродистых марганцевых сталей / Л.С. Малинов // Металлургическая и горнорудная промышленность. – 2000. – № 3. – С.40–48.
Химико-термическая обработка сталей
Процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя деталей на небольшую глубину различными химическими элементами (углеродом, азотом, хромом и д.р.) при нагревании в различных средах.
Предназначена : Для повышения твердости, износостойкости в поверхностных слоях металла.
процессы При химико-термической обработке
- Диссоциация (Разложение молекул диффундирующего элемента с образованием атомов)
- Адсорбция (Поглощение атомов поверхностью стали)
- Диффузия (Проникновение атомов вглубь)
Виды химико-термической обработки :
1 – Цементация; 2 – Азотирование; 3 – Нитроцементация; 4 – Алитирование; 5 – Хромирование; 6 – Силицирование; 7 – Борирование; 8 – Хромомарганцирование; 9 – Хромотитонирование; 10 – Вольфромирование; 11 – Меднение;
Цементация — это поверхностное насыщение углеродом при t 900…950 c .
Цель цементации увеличить твёрдость и
Подвергают стали с низким содержанием
Среда поставляющая С к поверхности детали
подвергаемой цементации называется
Различают 3 вида карбюризаторов : 1-Жидкая цементация 2-Твёрдая цементация 3-Газовая цементация
Жидкая цементация
Предназначена для мелких деталей(например болты, винты и т.д.)
Жидкая цементация проводиться путём погружения детали в печь
с раствором расплавленных солях (карбонаты щелочных металлов)
Глубина слоя=0,2-0,5 мм
Твёрдая цементация
Предназначена для деталей простой формы (кубическое прямоугольное сечение деталей). Деталь помещается в цементационный ящик, на дно ящика засыпается порошок каменного угля(не менее 20мм),затем кладётся деталь и засыпается опять порошком(не менее 20мм),затем ящик закрывается крышкой и обмазывается огнеупорной глиной (утечка газа)
Глубина слоя=1-1,5 мм
Время выдержки 3-4 часа
-Сложность процесса автоматизации
Газовая цементация
Производится нагрев деталей в герметичных печах в газовой среде (природные или искусственные газы) + жидкие углеводороды (керосин, бензин). Деталь помещается в газовую среду в стационарных или методических(непрерывно действующих) конвейерных печах.
Глубина слоя=0,7-1,5 мм
Время выдержки 6-12 часа
Пользуясь информационным бланком, заполните пространственную запись
Насыщение поверхностного слоя азотом при нагреве.
Глубина слоя=0,3-0,6 мм
Время выдержки 0,5-10 часов
Среда газовая- аммиак.
После азотирования получается высокая
твердость, износостойкость, детали обладают
высокой коррозионной стойкостью.
Простые углеродистые стали мало пригодны
для азотирования, их поверхность получается
хрупкой. Для азотирования применяют стали,
легированные Al, Mo, Cr,которые необходимы
для получения стойких нитридов.
НИТРОЦЕМЕНТАЦИЯ
Насыщение поверхностного слоя изделия азотом
и углеродом в газовой среде.
Время выдержки 8-10 ч
Глубина слоя=0,25-1 мм
Среда -газовая смесь, состоящей из
науглероживающего газа и аммиака
В результате повышаются твердость и износостойкость
деталей. После нитроцементации производят закалку.
Нитроцементации подвергают детали сложной
конфигурации (всевозможные шестерни, пальцы
задних рессор, валики ) склонные к короблению и т.д
ЦИАНИРОВАНИЕ
Насыщение поверхностного слоя изделия азотом
и углеродом в расплавленных солях.
Время выдержки 0,5-2 ч
Глубина слоя=0,5-2,0 мм
Среда -газовая смесь, состоящей из
науглероживающего газа и аммиака в ваннах с расплавленными
В результате повышаются твердость и износостойкость, прочность
Деталей и коррозионная стойкость..
Цианированию подвергают мелкие детали в автостроении(червяк руля,
пальцы, гайки, валики )для инструментов из быстрорежущих,
высокохромистых сталей. Является окончательной обработкой
-Применение спец. Средства защиты.
диффузионная металлизация
Процесс поверхностного насыщения стали Al, Cr, Si, B и
Его осуществляют путём нагрева и выдержки стальных
изделий в контакте с одним из перечисленных
элементов, которые могут быть:
— твёрдом( хромистый аммоний)
— жидком (расплавленный металл), и
— газообразном состоянии (газовая хлористая среда).
Металлизация предаёт поверхностным
слоям стали: жаропрочность, жаростойкость,
износоустойчивость, сопротивление коррозии
Алитирование
Поверхностное насыщение стали алюминием для повышения жаростойкости до 850-900. При нагреве алитированной стали на её поверхность образуется плотная плёнка в дальнейшем предохраняет металл от окисления.
Хромирование
Поверхностное насыщение стали хромом в твёрдой, жидкой и газообразной средах. Хромированная сталь окалиностойкая (особенно при нагревании до 800-900) и хорошо сопротивляется коррозии в водных растворах некоторых кислот или в морской воде)
Силицирование
Поверхностное насыщение стали кремнием. Проводят для повышения износостойкости и кислотоупорности изделий. Силицированию подвергают трубы, арматуру, валики насосов, болты
Борирование
Поверхностное насыщение стали бором. Борирование используют для повышения износостойкости и высокой твёрдости, которая сохраняет до 950.Борированию подвергают детали, применяемые в оборудовании нефтяной промышленности: втулки нефтяных насосов. Недостаток борирования- слой обладает хрупкостью.
Разновидности ХТО
Диффузионное насыщение неметаллами
Диффузионное насыщение металлами
Науглероживание (цементация)
Диффузионное удаление элементов
Алкжинирование (алитирование)
Азотирование
Цианирование
Хромирование диффузионное
Обезводороживание
Обескислороживание
Хромоалитирование
Нитроцементация
Обезуглероживание
Цинкование диффузионное
Борирование
Силицирование
Комплексное удаление примесей
Меднение диффузионное
Титанирование
Сульфидирование
Бериллизация
Сульфоциаинрование
Ванадироваиие
Насыщение кислородом
Поверхностный слой изделия насыщают …….
Детали, подвергаемые, химико-термической обработке
детали из низкоуглеродистой стали (10, 15, 20) и легированной – 15Х, 20Х, 18ХГТ
Повышение твердости и износостойкости поверхности деталей
Детали из среднеуглеродистых легированных сталей марок 35ХМЮА и 38ХМЮА
Оборудование химико-термической обработки
1. В твердой среде
Для придания поверхностному слою высокой твердости, износостойкости и устойчивости против коррозии
В атмосфере аммиака
2. В газовой среде
1. Специальный стальной ящик, заполненный карбюризатором
Шахтные, ретортные и камерные печи
2.Природный газ, пропан-бутановая смесь.
1. Температура нагрева – 900-950 °С в течение 7-10 ч.
(особенности,
Охлаждение – на воздухе до температуры 300-400 °С
преимущества, недостатки)
-более высокая твердость и износостойкость поверхностного слоя
-высокие коррекционные свойства
-после азотирования не требуется закалка
-более высокая длительность процесса
-применение дорогостоящих легированных сталей
Поверхностный слой изделия насыщают …….
Азотом и углеродом
Детали, подвергаемые, химико-термической обработке
Шестерни, цилиндры мощных двигателей, шейки коленчатых валов, многие детали станков
Нитроцементация сталей
Нитроцемента́ция ста́лей — процесс насыщения поверхности стали одновременно углеродом и азотом при 700—950 °C в газовой среде, состоящей из науглероживающего газа и аммиака. Наиболее часто нитроцементация проводится при 850—870 °С. После нитроцементации следует закалка в масло с повторного нагрева или непосредственно из нитроцементационной печи с температурой насыщения или небольшого подстуживания. Для уменьшения деформации рекомендуется применять ступенчатую закалку с выдержкой в горячем масле 180—200 °С.
Содержание
Описание [ | ]
Преимущества [ | ]
По сравнению с цементацией, нитроцементация имеет ряд существенных преимуществ. При легировании аустенита азотом снижается температура α ↔ γ-превращения, что позволяет вести процесс насыщения при более низких температурах. Одновременно в присутствии азота резко возрастает диффузионная подвижность углерода в аустените (табл. 1). С повышением температуры эффект ускорения уменьшается (табл. 1).
| Температура, °С | Нитроцементация | Цементация | ||
|---|---|---|---|---|
| DN·10 −11 , м 2 /c | DC·10 −11 , м 2 /c | DC·10 −11 , м 2 /c | DC нитроцементации/DC цементации | |
| 850 | 0,3 | 0,38 | 0,17 | 2,24 |
| 900 | 0,6 | 0,75 | 0,38 | 1,97 |
| 950 | 1,08 | 1,17 | 0,87 | 1,38 |
Несмотря на значительно более низкую температуру насыщения, скорость роста диффузионного слоя при цементации (930—950 °С) и нитроцементации (840—860 °С) на толщину 0,5—0,8 мм практически одинакова. Производственный цикл при нитроцементации, по сравнению с цементацией, сокращается на 50—60 %.
Понижение температуры насыщения, без увеличения длительности процесса, позволяет снизить деформацию обрабатываемых деталей, повысить стойкость печного оборудования и уменьшить время на подстуживание перед закалкой.
Применение [ | ]
Процесс нитроцементации получил широкое распространение в машиностроении для деталей, по условиям работы которых достаточна толщина упрочнённого слоя 0,2—1,0 мм. На ВАЗе 94,5 % деталей, упрочняемых химико-термической обработкой, подвергается нитроцементации. Например, нитроцементация широко применяется для упрочнения зубчатых колёс. В этом случае эффективная толщина слоя (до HV 600) для шестерён с модулем 1,5—3,5 мм принимается 0,3 ± 0,1, а при модуле 4,0—5,5 мм — 0,4 ± 0,1.
Оборудование [ | ]
Для газовой цементации и нитроцементации применяют практически одинаковое оборудование — шахтные, камерные или проходные печи.
Структура и свойства нитроцементированного слоя [ | ]
При оптимальных условиях насыщения структура нитроцементированного слоя должна состоять из мартенсита, небольшого количества карбонитридов и некоторого количества остаточного аустенита, структура сердцевины из троостосорбита, бейнита или малоуглеродистого мартенсита. В нитроцементированном слое нередко допускается повышенное количество остаточного аустенита, который обеспечивает хорошую прирабатываемость нешлифуемых автомобильных шестерён, что обеспечивает их бесшумную работу.
В стали 25ХГТ количество остаточного аустенита составляет 25—30 %, а в сталях 25ХГМ и 25ХГМТ достигает 45—50 %. В тех случаях, когда изделие после нитроцементации проходит шлифование, большое количество остаточного аустенита нежелательно, так как он не только снижает механические свойства, но и способствует образованию трещин при шлифовании. В американской практике считается допустимым содержание в нитроцементируемом слое остаточного аустенита в количестве, при котором твёрдость после закалки не ниже 60 HRC. Чаще твёрдость слоя составляет 58—64 HRC.
Характеристика основных видов химико-термической обработки
С целью повышения стойкости деталей машин применяются различные виды химико-термической обработки (ХТО). ХТО называется термическая обработка, заключающаяся в сочетании термического и химического воздействия с целью изменения состава, структуры и свойств поверхностного слоя стали. При ХТО происходит поверхностное насыщение стали соответствующим элементом (С, N, Al, Cr, Si и др.) путём его диффузии в атомарном состоянии из внешней среды (твёрдой, газовой, паровой, жидкой) при высокой температуре.
ХТО включает три последовательные стадии:
- образование активных атомов в насыщающей среде вблизи поверхности или непосредственно на поверхности металла;
- адсорбцию образовавшихся активных атомов поверхностью насыщения;
- диффузию-перемещение адсорбированных атомов в решётке обрабатываемого металла.
Для повышения долговечности наиболее ответственных деталей машин широко используются процессы цементации (науглероживания), нитроцементации и азотирования. Несколько в меньшей степени применяется поверхностное насыщение бором, кремнием и алюминием.
Основные методы насыщения, применяемые при ХТО
- Порошковый метод. Этот процесс нашёл применение в мелкосерийном и серийном производстве.
- Прямоточный циркуляционный метод диффузионного насыщения из газовых сред.
- Диффузионное насыщение из расплавов металлов или солей, содержащих диффундирующий элемент (с электролизом или без электролиза). Жидкий метод позволяет сократить длительность технологического процесса, однако не всегда обеспечивает высокое качество поверхности и стабильность толщины диффузионного слоя.
- Насыщение из паст и суспензий (шликерный способ). Не нашел особого применения, но им можно воспользоваться для местного упрочнения поверхности и при обработке крупногабаритных деталей.
- Диффузионное насыщение с использованием вакуума. Насыщение осуществляется из сублимированной фазы испарением диффундирующего элемента при высоких температурах в вакууме.
Развитие процесса диффузии приводит к образованию диффузионного слоя, под которым понимают слой материала детали у поверхности насыщения, отличающийся от исходного по химическому составу. Концентрация диффундирующего элемента уменьшается от поверхности в глубь металла. Материал детали под диффузионным слоем, не затронутый воздействием насыщающей активной среды, называют сердцевиной. Диффузионный слой и его качество характеризуют следующие параметры: фазовый состав и структура, толщина общая или эффективная, распределение по толщине слоя концентрации диффундирующего элемента, поверхностная твёрдость и распределение её по толщине слоя, поверхностная хрупкость, однородность, сплошность и равномерность распределения по конфигурации изделия диффузионного слоя, закаливаемость слоя.
Азотированием является ХТО, состоящая из диффузионного насыщения поверхностного слоя стали азотом и углеродом при нагревании в соответствующей среде. Азотирование чаще проводится при 500…600 °С (низкотемпературное азотирование) или при температурах 600…1100° (высокотемпературное азотирование) в зависимости от вида изделий и необходимой толщины азотированного слоя. Азотированию можно подвергать любые стали, а также чугуны. Средой, из которой диффундирует азот в сталь, является, как правило, аммиак, который диссоциирует по схеме:
Азотирование повышает твёрдость поверхностного слоя детали, его износостойкость, предел выносливости и сопротивление коррозии. Твёрдость азотированного слоя стали выше, чем цементированного и сохраняется при нагреве до высоких температур. Азотированный слой хорошо шлифуется и полируется.
Для азотирования используют печи периодического и непрерывного действия разных конструкций. К ним относятся шахтные, муфельные и безмуфельные печи, а также камерные печи. К печам, работающим по непрерывному циклу, относятся толкательные и конвейерные печи.
Цементацией называется химико-термическая обработка, заключающаяся в диффузионном насыщении поверхностного слоя стали углеродом при нагреве до 900…950 °С в углеродосодержащей среде (карбюризаторе). Окончательные свойства цементированные изделия приобретают после закалки и низкого отпуска. Назначение цементации – придать поверхностному слою высокую твёрдость и износостойкость, повысить предел выносливости на изгиб при сохранении вязкой сердцевины. Цементация широко применяется для упрочнения зубчатых колёс, валов коробки передач автомобилей и т. д. Для цементации детали поступают после механической обработки с припуском на грубое и окончательное шлифование. Во многих случаях цементации подвергается только часть детали, тогда участки, не подлежащие упрочнению, защищают тонким слоем меди, которую наносят электролитическим способом или изолируют специальными обмазками. Применяются следующие основные виды цементации:
- в твёрдом карбюризаторе;
- в газовом карбюризаторе (газовая цементация);
- в расплавленных солях (жидкая цементация).
Газовая цементация широко применяется для изделий массового производства. Для её осуществления используют обычно разбавленный природный газ, контролируемые атмосферы, получаемые в специальных генераторах, а также пары жидких углеводородов. Основной реакцией, обеспечивающей выделение свободного углерода, является диссоциация метана и оксида углерода по схеме:
В зависимости от состава газовой смеси в печи она может иметь различную науглероживающую способность (способность обеспечивать заданное содержание углерода в поверхностном слое). Достоинством газовой цементации является возможность регулирования этого фактора в заданных пределах. Скорость газовой цементации при температуре 930…950 °С составляет 0,12…0,15 мм/ч при толщине цементированного слоя до 1,7 мм.
В серийном производстве газовую цементацию обычно проводят в шахтных печах. Необходимая атмосфера создаётся при подаче в камеру печи жидкостей, богатых углеродом. В крупносерийном и массовом производствах цементацию проводят в безмуфельных печах непрерывного действия. В этих установках весь цикл ХТО полностью автоматизирован.
Нитроцементация – процесс диффузионного насыщения стали углеродом и азотом из газовой фазы (обычно газовой среды, применяемой при цементации, с незначительным добавлением аммиака). Температура нитроцементации примерно на 100 °С ниже, чем обычной цементации (840…860 °С), продолжительность процесса значительно меньше (4…10 ч), так как диффузия углерода существенно ускоряется в присутствии азота. Толщина нитроцементированного слоя составляет, как правило, 0,2…0,8 мм. После нитроцементации осуществляют закалку и низкий отпуск (160…180 °С). Конечная структура нитроцементированного слоя состоит из мелкокристаллического мартенсита, остаточного аустенита и небольшого количества дисперсных включений карбонитридов. Твёрдость слоя достигает 58…64 HRC при содержании азота до 0,4 % и углерода до 1,65 %. Нитроцементацию используют для тех же целей, что и обычную цементацию, при обработке стальных деталей сложной конфигурации, которые подвержены при обычной цементации короблению.
Диффузионная металлизация включает группу методов, при осуществлении которых поверхностный слой детали насыщается одним или несколькими металлами. Такое насыщение проводится из расплава основного диффундирующего металла или его солей, из газовой фазы, а также путём металлизации в вакууме. Наибольшее распространение получили методы алитирования и хромирования, а также комплексные методы насыщения титаном, ванадием, медью, вольфрамом, цирконием и другими металлами в сочетании с алюминием, хромом или неметаллами.
Алитирование (диффузионное насыщение алюминием) применяют для повышения жаростойкости и коррозионной стойкости деталей топливно-энергетического оборудования из углеродистых сталей. Процесс осуществляется в основном в порошковых смесях (порошок металлического алюминия с его оксидом и хлористым аммонием), расплаве алюминия или при отжиге стального изделия с алюминиевым покрытием. Температура процесса – от 720 °C (в расплаве) до 1050 °C (в порошковой смеси), длительность – от 15 мин до 12 ч в зависимости от требуемой толщины алитированного слоя. Структура слоя – твёрдый раствор алюминия в α-железе.
Диффузионное хромирование обеспечивает повышение коррозионной стойкости, окалиностойкости изделий, а при содержании углерода в стали 0,3…0,4 % – их твердости и износостойкости. Хромирование используют для изделий из сталей любых марок. Процесс осуществляется в основном из порошковой фазы (смесь феррохрома, оксида алюминия и хлористого алюминия) при температуре 950…1100 °С и продолжительности выдержки 6…12 ч. Структура диффузионного слоя – тонкий слой карбидов хрома (0,025…0,03 мм) и переходной слой, обогащённый углеродом. Твёрдость поверхностного слоя изделий достигает 1200…1300 HV при толщине до 0,3 мм. Хромирование назначают при обработке деталей пароводяной арматуры, работающих в условиях интенсивного изнашивания в агрессивных средах, а также инструмента.
Некоторые металлы и неметаллы вводят в поверхностный слой стальных изделий комплексно. К таким методам их диффузионного насыщения относят хромотитанирование (применяется для упрочнения твёрдосплавного инструмента), хромосилицирование (для деталей подвижных сопряжений машин), хромоалитирование (для пресс-форм), борохромирование и боросульфидирование (для штампов), карбованадийтитанирование (для упрочнения инструмента на глубину до 3 мм), цирконотитанирование и цирконосилицирование (для инструмента и деталей химического оборудования). Указанные методы обработки позволяют достигать более эффективного повышения свойств поверхностного слоя деталей в сравнении с насыщением только одним элементом. Однако технология комплексного диффузионного насыщения вследствие сложности применяется пока в машиностроении ограниченно.
Высокоэнергетические методы химического модифицирования поверхностных слоев стальных изделий
Наиболее перспективными методами модифицирования поверхностных слоев машиностроительных деталей являются ионно-диффузионное модифицирование в тлеющем разряде, ионная имплантация (ионное легирование), а также комбинации ионно-плазменных методов с лазерной или электронно-лучевой обработкой.
Ионное азотирование реализуется в тлеющем разряде постоянного напряжения в среде азота или аммиака. Ионы азота, ударяясь об обрабатываемую стальную деталь, являющуюся катодом, осаждаются на ней, а затем диффундируют вглубь, так как поверхность катода разогревается при бомбардировке ионами с энергией в несколько сот электронвольт до 500…600 °С. При соударении ионов с поверхностью детали происходит ее очистка от адсорбированных и оксидных пленок, препятствующих проведению обычного азотирования некоторых сталей, например коррозионно-стойких. Длительность ионного азотирования сокращается по сравнению с обычным азотированием, температура процесса снижается, а механические свойства поверхностного слоя повышаются.
Кроме азотирования ионно-диффузионными методами, могут быть осуществлены цементация, силицирование, борирование и комплексное насыщение (карбонитрирование и т. д.) поверхностных слоев стальных изделий модифицирующими элементами.
Ионная имплантация основана на том, что при повышении энергии бомбардирующих ионов последние проникают внутрь кристаллической решетки металла, легируя поверхностный слой и упрочняя его за счёт искажения решётки. Энергия ионов при имплантации составляет 10…200 кэВ, а плотность ионных пучков – 1015…1018 частиц на 1 см2. С помощью ионной имплантации можно осуществить азотирование, борирование, оксидирование поверхностного слоя изделий и легирование его различными металлами. При ионной имплантации износои коррозионная стойкость поверхностных слоёв стальных деталей повышаются без изменения размеров последних.
При реализации данного метода можно получить в поверхностном слое такие фазы, которые невозможны в равновесном состоянии, например из-за ограниченной взаимной растворимости компонентов. Основными недостатками метода являются относительно высокая стоимость оборудования, невозможность обработки изделий сложной формы, а также малая толщина имплантированного слоя.
К перспективным методам поверхностного модифицирования конструкционных материалов относят лазерное поверхностное и электронно-лучевое легирование.
Лазерное поверхностное легирование характеризуется, как и лазерная закалка, интенсивным кратковременным тепловым воздействием на поверхностный слой изделия, которое зависит от плотности энергии лазерного излучения, подводимой к поверхности, и длительности облучения. При лазерном легировании тепловое воздействие сочетается с подведением к поверхности изделия легирующих элементов. Для этого на обрабатываемую лазером поверхность предварительно наносят тонкое покрытие из легирующего элемента (например, методом плазменного напыления или электролитическим) или осуществляют ионную имплантацию легирующего элемента в поверхностный слой перед лазерной обработкой. Возможна и одновременная подача легирующего элемента в зону обработки в момент лазерного облучения. Лазерная обработка вызывает проплавление поверхностного слоя и смешивание легирующего элемента с материалом основного слоя. Последующая скоростная кристаллизация в металле завершается образованием метастабильных фаз, состав которых может резко отличаться от равновесного.
Лазерное легирование углеродистых сталей позволяет получать поверхностные слои изделий с требуемыми структурой и комплексом свойств. Хорошие результаты достигнуты при обработке сканирующим лазерным лучом стальных изделий, покрытых порошками хрома и никеля; при этом существенно повышаются износостойкость и коррозионная стойкость изделий.
Электронно-лучевое поверхностное легирование сталей осуществляется в вакууме при облучении изделия потоком электронов. Оно даёт результаты, сходные с результатами лазерного легирования. Возможно как предварительное, так и одновременное подведение легирующих элементов в зону обработки.
Применение электронно-лучевого и лазерного легирования, а также ионно-плазменных методов упрочнения сталей ограничено из-за высокой стоимости и сложности технологического оборудования. Однако потенциальные возможности высокоэнергетических методов модифицирования поверхностных слоёв металлических изделий очень высоки, что обусловливает их достаточно широкое внедрение в машиностроении.
НИТРОЦЕМЕНТАЦИЯ
Нитроцементация Нитрон Нитрометан Нитро Нитрит Нитрация Нитрат Нитрамин Нитон Нит Нина Нии Ниацин Нея Нетто Нети Нетермин Нетемно Нерон Нерин Нер Неотения Неон Неомицин Нения Ненец Немота Немо Немирно Немец Немертина Немая Неман Наян Нацмен Нация Наци Натрон Натрое Натр Нато Нарцеин Нантец Нант Нанометр Намин Намет Наитие Наирит Наин Мятие Мценян Моцарт Мотя Мотня Мотин Мотет Мотание Мот Моряна Моринец Морин Морея Морение Морена Мор Монтер Монтан Монт Монетница Монета Монер Монацит Моир Мнение Митя Митта Митра Мирянин Мирцен Мирт Мирон Миро Мирно Мирненец Мир Миоцен Миот Мио Миноритет Минорит Минорат Минор Минея Минетта Минер Минарет Мина Меццо Меценат Мец Метро Метрия Метрит Метр Метионин Метина Метеорит Метеор Метацентр Метатония Метатион Метатеория Метание Метан Мета Меря Мерцание Мерно Мерин Мерея Мера Меота Ментор Мент Менора Менонит Мена Мая Мацони Матт Матине Матеро Материя Материн Мат Мартини Мартин Марти Мартен Март Маронит Мария Марино Маринин Марин Мариец Маори Мао Манто Мантия Мант Маноцитин Манор Маннит Мания Маниот Манин Мание Манерно Манер Ман Итр Итерация Ирония Ирон Ирма Ирита Ирина Иранец Иран Ионит Ионина Иониец Ион Иомен Иоаннит Иоанн Иня Интонация Интинец Интина Интимно Интим Интернет Интернат Интерн Интермеццо Интер Интенция Инта Иноцерам Иномир Инна Иния Инерция Инертно Имя Имитатор Имеретин Имение Иероним Иена Ерема Ера Енот Енина Ение Енамин Емец Аят Ацетон Ацетометр Атто Атония Атом Атм Артемон Артемия Артем Арт Арония Арон Арно Армянин Армия Армения Армеец Ария Аритмия Арион Арин Ариец Арен Аортит Аон Аня Антония Антонимия Антоним Антон Антицентр Антиномия Антимония Нитяние Антимонит Антимир Анти Ниц Антея Ант Анри Анортит Аноним Анон Ницца Ном Номер Номинация Нона Анион Анин Нория Амон Амниот Нота Амнион Амия Амин Амер Аменция Аменорея Аир Норма Амт Анемия Норит Нора Анемон Нонет Аним Анионит Аннот Аномия. смотреть
НИТРОЦЕМЕНТАЦИЯ
[nitriding, nitrogen case hardening] химико-термическая обработка стали или чугуна, заключающаяся в диффузионном насыщении поверхности металла азотом и углеродом из газовой среды при температуре, 500 700° С (низкотемпературная нитроцементация): 840 — 930 °С(высокотемпературная нитроцементация). Диффузионный слой (0,25 — 1,5 мм) сходен с цианированным слоем.Нитроцементация повышает износостойкость и XTO с одновременным насыщением стали углеродом и азотом в среде науглероживающего газа и аммиака при t = 850 — 870 °С; обеспечивает повышение твердости и износостойкости стальных изделий. После нитроцементации следует закалка либо непосредственно из печи с подстуживанием до 800 — 825 °С, либо после повторного нагрева; применяют и ступенчатю закалку. После закалки проводят отпуск при 160 — 180 °С. При оптимальных условиях насыщения структура нитроцементированного слоя состоит из мелкокристаллического мартенсита, небольшого количества мелких равномерно распределенных карбонитридов и 25 — 30 % остаточного аустенита. Нитроцементация широко используется на автомобильных и тракторных заводах. Нитроцементации обычно подвергают детали сложной конфигурации, склонные к короблению.<br><br>. смотреть
НИТРОЦЕМЕНТАЦИЯ
1) Орфографическая запись слова: нитроцементация2) Ударение в слове: нитроцемент`ация3) Деление слова на слоги (перенос слова): нитроцементация4) Фонет. смотреть
НИТРОЦЕМЕНТАЦИЯ
Carbonitriding — Нитроцементация. Процесс создания упрочненного слоя, при котором подходящая сталь нагревается выше нижней температуры превращения в газообразной атмосфере химического состава, способного вызвать одновременную диффузию углерода и азота в поверхность металла и создание градиента концентрации. Процесс термообработки завершается охлаждением при скорости, сообщающей заготовке необходимые свойства. (Источник: «Металлы и сплавы. Справочник.» Под редакцией Ю.П. Солнцева; НПО "Профессионал", НПО "Мир и семья"; Санкт-Петербург, 2003 г.). смотреть
НИТРОЦЕМЕНТАЦИЯ
разновидность химико-термической обработки стали или чугуна, заключающаяся в диффуз. насыщении из газовой среды поверхности металла азотом и углеродом . смотреть
НИТРОЦЕМЕНТАЦИЯ
Nitrocarburizing — Нитроцементация. Любой из процессов, при которых и азот и углерод поглощаются поверхностными слоями черных металлов при температурах ниже нижней критической температуры путем диффузии, за счет градиента концентрации. Нитроцементация производится, прежде всего, чтобы обеспечить твердость и износостойкость поверхностного слоя и повысить усталостную прочность. (Источник: «Металлы и сплавы. Справочник.» Под редакцией Ю.П. Солнцева; НПО "Профессионал", НПО "Мир и семья"; Санкт-Петербург, 2003 г.). смотреть
НИТРОЦЕМЕНТАЦИЯ
Ударение в слове: нитроцемент`ацияУдарение падает на букву: аБезударные гласные в слове: нитроцемент`ация
НИТРОЦЕМЕНТАЦИЯ
• нитроцементация f см. азотонауглероживание
НИТРОЦЕМЕНТАЦИЯ
ж. метал. carbonitrurazione f, nitrocementazione f
НИТРОЦЕМЕНТАЦИЯ
НИТРОЦЕМЕНТАЦИЯ, диффузионное насыщение из газовой среды поверхности стальных или чугунных деталей одновременно азотом и углеродом. Повышает износостойкость, усталостную и контактную прочность металла (иногда и коррозийную стойкость).<br><br><br>. смотреть
НИТРОЦЕМЕНТАЦИЯ
НИТРОЦЕМЕНТАЦИЯ — диффузионное насыщение из газовой среды поверхности стальных или чугунных деталей одновременно азотом и углеродом. Повышает износостойкость, усталостную и контактную прочность металла (иногда и коррозийную стойкость).<br>. смотреть
НИТРОЦЕМЕНТАЦИЯ
НИТРОЦЕМЕНТАЦИЯ , диффузионное насыщение из газовой среды поверхности стальных или чугунных деталей одновременно азотом и углеродом. Повышает износостойкость, усталостную и контактную прочность металла (иногда и коррозийную стойкость). смотреть
НИТРОЦЕМЕНТАЦИЯ
— диффузионное насыщение из газовой среды поверхностистальных или чугунных деталей одновременно азотом и углеродом. Повышаетизносостойкость, усталостную и контактную прочность металла (иногда икоррозийную стойкость). смотреть
НИТРОЦЕМЕНТАЦИЯ
carbonitriding, nitrocarburizing* * *нитроцемента́ция ж.carbonitriding* * *carbonitriding
НИТРОЦЕМЕНТАЦИЯ
Carbonitrieren метал., (стали) Zyanbadhärten, Zyanhärtung
НИТРОЦЕМЕНТАЦИЯ
Начальная форма — Нитроцементация, единственное число, женский род, именительный падеж, неодушевленное
