Ваш город: Екатеринбург

Ваш город
Екатеринбург?

В чем заключается химико-термическая обработка стали

Просмотров: 2837

Время прочтения: 4 минуты

17.05.2023

avatar

Компания СпектрЦвет

Автор публикации

В чем заключается химико-термическая обработка стали

Химико-термическая обработка стали является одним из самых эффективных способов повышения прочности поверхностей деталей и инструментов, уменьшения интенсивности их износа и увеличения срока службы. Метод заключается в насыщении поверхностного слоя стали одним или несколькими химическими элементами. В основе технологии лежит процесс физической диффузии, при котором происходит проникновение в верхние слои деталей из стали и ее сплавов насыщающего элемента. Так как активность процесса зависит от температуры, диффузия происходит при нагреве металла.

Процесс поверхностного переноса на металл атомов других элементов описывают законы Фука и уравнения, позволяющие установить скорость и коэффициент диффузии:

 dc/dt = Dd2c/dx2, который зависит от состава металла, размеров зерен и температуры процесса диффузии.

Принцип находит широкое практическое применение в химико-термической обработке сталей, диффузионной металлизации, в производстве деталей и инструментария по технологии порошковой металлургии, диффузионной сварке, а также работе контрольно-измерительной техники.

Методы и технологии

Для повышения прочностных характеристик поверхностей деталей используются различные виды химико-термической обработки стали. К самым популярным методам относятся:

Цементация

Процесс насыщения поверхностного слоя стали углеродом называют цементацией. Такой обработке подвергаются стальные детали, которые должны иметь жесткие, износостойкие поверхность и более вязкую внутреннюю часть (зубчатые колеса, элементы червячной передачи, валы, оси и пр.).

Обычно такие детали производят из низкоуглеродистой стали марок ст. 10, 20, 20Х, 20ХР, 18 ХГТ с содержанием карбона до 0.3%. При проведении диффузионной цементации верхний слой металла насыщается углеродом до 1.0% глубиной от 1.0 до 2.5 мм. При этом концентрация углерода уменьшается от поверхности до нижних слоев, а структура стали меняется – количество феррита увеличивается при удалении к центру детали. Температура цементации находится в пределах 950°С.

Насыщающим элементом при цементации может служить:

  • газообразный карбюризатор, содержащий 92-95% CH4 (метан) и небольшой процент оксида углерода CO. При газоцементации происходит химическая реакция замещения 2СО ® С + СО2;
  • твердый карбюризатор, которым служит древесный уголь с добавками углекислых солей бария и натрия, обеспечивает прохождение реакции: 2С + О2 =2CO. Образовавшиеся в результате химической реакции атомы карбона проникают в структуру стали на глубину от 0.5 до 2.0 мм. Диффузионные процессы проходят при температуре 910 -1050°С;
  • жидкий насыщающий элемент производится в ванне, в растворе электролитов, проходит при нагреве изделий до температур 920 - 950° и позволяют за 30 минут провести обработку стали на глубину 0.1-0.2 мм.

Процессы химико-термической обработки стали также проводятся с использованием методов нитроцементации, когда поверхность детали в газообразной среде одновременно насыщается атомами углерода (0.7%) и азота (1.2%). Такой метод называют цианированием, процесс производится при низких (550°С) и высоких (950°С) температурах. В первом случае сталь насыщается преимущественно азотом, во втором – углеродом. Обработка производится с целью придать прочность изделиям, испытывающим небольшие удельные нагрузки.

Азотирование

Процесс диффузионного насыщения поверхности стальных изделий атомами азота проводится после того, как они прошли термообработку и закалку. Азотированию подвергаются гильзы, штоки клапанов, шейки коленвалов, копиры, изготовленные из стали марок 45, 38ХМЮА, 38Х2МЮА. Целью процесса является повышение показателей жесткости, стойкости к износу и химической коррозии. После насыщения поверхности деталей азотом на глубину 0.3-0.6 мм показатель твердости металла достигает 1200 HV. Высокий показатель жесткости поверхности достигается значительным содержанием в ней нитридов.

Химико-термическая обработка поверхности стали происходит в тепловых камерах печах в аммиачной среде при температуре 500 - 520°С. В процессе диссоциации аммиака образуется атомарный азот, который адсорбируется стальной поверхностью, проникает в структуру металла и движется к центру детали. При этом атомы азота образуют нитриды железа, кальция, марганца, титана и пр. легирующих добавок, входящих в состав основных сплавов.

Скорость проникновения азота в железо невелика, поэтому выдержка при азотировании увеличивается до 24-80 часов. Если стальной поверхности необходимо придать исключительно коррозионную стойкость, температуру азотирования увеличивают до 650 - 700°С, а выдержка уменьшается составляет 0.5 – 8.0 часов.

Борирование

Химико-термическая обработка стали по методу борирования предполагает насыщение поверхности металла бором, которое позволяет увеличить такие характеристики, как:

  • жесткость, устойчивость детали к износу при работе в абразивных средах;
  • стойкость к коррозии, воздействии кислот и химически активных компонентов;
  • жаро- и термостойкость.

 Твердость борированной стали составляет 1800 – 2000 hv, а толщина слоя достигает 0.3 мм. В технологии используются электролизные и газовые методы борирования. Процессы в жидкой среде (расплавленной буре) проводят в тигле, где катодом является деталь, а анодом – графитовый стержень. При этом образуется атомарный бор, который адсорбируется стальной поверхностью и продвигается внутрь слоя. Газовое борирование производится при температуре до 900°С в смеси, состоящей из водорода и диборана (В2Н6).

Диффузионная металлизация

Основами химико-термической обработки стали по методу диффузионной металлизации являются процессы насыщения поверхностного слоя изделия сразу несколькими элементами – Cr, Al, Si, Zn. Это достигается методами:

  • погружение изделия в ванну с расплавленным металлом;
  • насыщение расплавленными солями, в состав которых входят элементы;
  • насыщение путем испарения диффундирующих элементов в результате теплового воздействия;
  • газовая диффузия.

Изделия, поверхность которых насыщена несколькими элементами, приобретают сразу несколько важных свойств - жаростойкость, коррозионную устойчивость, повышенную износостойкость и твердость.

Поделиться статьей

Популярное в блоге

Технический надзор за строительством башен сотовой связи

Технический надзор…

Безаварийная эксплуатация специальных сооружений, к которым относятся…

От чего зависит стоимость опор освещения

От чего зависит стоимость…

Опоры уличного освещения обеспечивают комфорт и безопасность…

Технология горячего цинкования металла: особенности, сфера применения

Технология горячего…

Горячее цинкование является одним из самых надежных, износостойких…

Строительство металлического сварного забора

Строительство металлического…

Современный строительный рынок предлагает большой выбор материалов…

Огнезащита металлоконструкций

Огнезащита металлоконструкций

Применение конструкционных сталей в современном гражданском и…

Обратная связь