ХІМІКО-ТЕРМІЧНА обробка сталі

1. ПОЛТАВСЬКИЙ ФАХОВИЙ КОЛЕДЖ НАФТИ І ГАЗУ

Національного університету
«Полтавська політехніка імені
Юрія Кондратюка»

2. ХІМІКО-ТЕРМІЧНА ОБРОБКА СТАЛІ

Основи хіміко-термічної обробки
сталі
Цементація
Азотування
Ціанування

3. Основи хіміко-термічної обробки сталі

Хіміко-термічною обробкою (ХТО) називають процес зміни
хімічного складу, мікроструктури та властивостей
поверхневого шару заготовки під дією теплоти.
Хіміко-термічна обробка полягає у дифузійному насиченні
поверхневих шарів сталевих виробів різними елементами
для зміни структури і властивостей.
Цей вид обробки ґрунтується на дифузії (проникненні) в
атомно-кристалічну ґратку заліза атомів інших хімічних
елементів при нагріванні сталевих виробів у середовищі,
багатому на ці елементи.
Основними видами хіміко-термічної обробки є цементація,
азотування, ціанування і дифузійна металізація. Крім цих
видів застосовують хромування, алітування (насичення
алюмінієм), силіціювання (насичення силіцієм) та ін.

4.

5. Цементація

— це процес насичення поверхневого шару сталевих виробів
вуглецем.
Мета цементації — одержати вироби з твердою поверхнею і
в'язким осердям. Такі вироби добре витримують навантаження і
мало спрацьовуються навіть при великих навантаженнях.
Твердість поверхневого цементованого шару досягає 750 НВ.
Цементування зазнають вироби з маловуглецевої і легованої
сталі з вмістом вуглецю 0,15...0,35 %. Це такі деталі, як поршневі
пальці, зубчасті колеса, кулачки розподільних валів.
Розрізняють цементацію в твердому, рідинному і газоподібному
карбюризаторах (вуглецевмісних сумішах).
Як твердий карбюризатор застосовують суміш деревного
(березового) вугілля (75 %) з вуглекислими солями ВаСО3,
СаСО3(25 %).

6. Цементація

Вироби, що цементуються, разом із карбюризатором вміщують
у металеві ящики (засипають карбюризатором так, щоб деталі
не доторкалися між собою, дна і стінок ящика), закривають
кришками, ретельно обмазують глиною і в такому вигляді
витримують у печі при температурі 910...930 °С протягом 5...25
год.
Для отримання цементованого шару
завглибшки 0,1 мм потрібне
витримування виробів у печі впродовж 1
год. При цьому атомарний вуглець (Сат),
що виділяється, проникає в поверхневі
шари сталевого виробу за зазначений
час на глибину 0,5...2,5 мм.

7. Цементація

Вміст вуглецю в цементованому шарі зменшується в
напрямку від поверхні до осердя виробу.
Зміна вмісту вуглецю залежно від глибини приводить до
одержання трьох зон: заевтектоїдної (перліт + цементит),
евтектоїдної (перліт) і доевтектоїдної (ферит + перліт).
Цементацію в твердому карбюризаторі застосовують в
умовах ремонтного виробництва.

8.

Газову цементацію здійснюють у спеціальних камерах» де
містяться нагріті до температури 930... 1000 °С деталі, крізь які
безперервно з певною швидкістю пропускають цементуючий газ.
Для цього використовують природний газ, основною частиною
якого є метан .
Газова цементація продуктивніша, її
легко механізувати й автоматизувати.
Ефективним методом інтенсифікації
газової цементації є нагрівання
виробів СВЧ і підвищення температури
до 1050.. .1070 °С. Цементація —
процес дифузійний, тому концентрація
вуглецю в поверхневому шарі
цементованих виробів змінюється.
У зв'язку з цим поступово змінюється й структура
поверхневого шару від перлітної до феритно-перлітної зі
зменшенням кількості перліту.

9. ЦЕМЕНТАЦІЯ

Рідинну цементацію здійснюють зануренням деталей
у розплавлені солі і витримуванням їх при температурі 840...900
°С протягом 0,5...2,0 год. Глибина цементації становить 0,20...0,65
мм. Суміші солей для цементації приблизно такі: 6... 10 % SiC,
75...85 % СаСОз, 10...15%NaCl.
Рідинну цементацію застосовують
для дрібних деталей, якщо
потрібна невелика глибина
цементованого шару.
Після цементації концентрація
вуглецю на поверхні заготовки
0,8... 1,0 %, а структура — перліт і
вторинний цементит.

10. Азотування

— це процес насичення поверхневих шарів сталей азотом для
підвищення твердості (1100... 1200 НВ), стійкості до спрацювання
і корозії.
Азотування застосовують при виготовленні точних деталей дизельної
апаратури, вимірювальних інструментів, поршневих пальців авіадвигунів, гільз
циліндрів, клапанів.
Процес азотування проводять у спеціальних герметичних печах при
температурі 500...650 °С. Через піч пропускають аміак NH3, попередньо підсушений
хлоридом кальцію. Внаслідок дисоціації аміаку атомарний азот, який дифундує в
сталь, утворює з її компонентами дуже тверді сполуки — нітриди (Α1Ν, M02N, VN).
Тому азотована поверхня (1200 НВ) твердіша за цементовану (900 НВ) і, крім того,
має підвищену корозійну стійкість. Азотування піддають готові вироби, які вже
пройшли термічну обробку (гартування з високим відпусканням) і були
відшліфовані до точних розмірів. Азотують сталі, які містять хром, молібден,
ванадій, титан тощо (наприклад, 35ХМА).
Одним із недоліків азотування є його значна тривалість (до 90 год). За цей час
утворюється зміцнений шар, глибина якого досягає 0,9 мм.

11. Азотування

— це процес насичення поверхневих шарів сталей азотом для
підвищення твердості (1100... 1200 НВ), стійкості до спрацювання
і корозії.
Азотування застосовують при виготовленні точних деталей дизельної
апаратури, вимірювальних інструментів, поршневих пальців авіадвигунів,
шестерень, гільз циліндрів, клапанів.
Процес азотування проводять у спеціальних герметичних печах при
температурі 500...650 °С. Через піч пропускають аміак NH3, попередньо підсушений
хлоридом кальцію. Внаслідок дисоціації аміаку атомарний азот, який дифундує в
сталь, утворює з її компонентами дуже тверді сполуки — нітриди (Α1Ν, M02N, VN).
Тому азотована поверхня (1200 НВ) твердіша за цементовану (900 НВ) і, крім того,
має підвищену корозійну стійкість. Азотування піддають готові вироби, які вже
пройшли термічну обробку (гартування з високим відпусканням) і були
відшліфовані до точних розмірів. Азотують сталі, які містять хром, молібден,
ванадій, титан тощо (наприклад, 35ХМА).
Одним із недоліків азотування є його значна тривалість (до 90 год). За цей час
утворюється зміцнений шар, глибина якого досягає 0,9 мм.

12. Ціанування

— процес одночасного насичення поверхневого шару сталі вуглецем і
азотом для підвищення твердості, стійкості до спрацювання і корозії.
Співвідношення між кількістю вуглецю й азоту в поверхневих шарах
можна регулювати зміною температури цього процесу. При зниженні
температури (500...600 °С) відбувається насичення переважно азотом, а
при підвищенні (800...950 °С) — вуглецем.
Застосовують два види ціанування: рідке і газове.
Рідке ціанування проводять у ваннах з розплавлених ціанистих солей
за температури 820...850 °С. Витримування впродовж 0,5... 1,0 год
забезпечує глибину ціанування 0,15...0,30 мм. Після ціанування
поверхневий шар сталі містить близько 0,5...0,7% С і 0,6...0,8%Ν.
Переваги рідкого ціанування: мала витрата часу, дуже висока
твердість і стійкість до спрацювання; недоліками є висока вартість і
отруйність ціанистих солей.

13. Ціанування

Газове ціанування полягає в тому, що деталі нагрівають у суміші
газів, до складу яких входять вуглець і азот (наприклад, CO + ΝΗ3).
Температура нагрівання 800...950 °С, час витримування 0,5...3,0 год. Газове
ціанування часто називають нітроцементацією.
Перевагами газового ціанування є безпечність роботи, можливість
точного регулювання глибини ціанування і автоматизації процесу.
При виготовленні деталей (поршневих пальців, втулок і пальців ресор) у
ремонтних підприємствах і майстернях проводять тверде ціанування.
Деталі змащують спеціальною пастою шаром завтовшки 3... 4 мм. Після
висушування вироби укладають у металеві ящики з піском і ставлять у піч
з температурою 900...930 °С. Після належного витримування деталі
загартовують, охолоджують у воді або мінеральній оливі.

14. Дифузійна металізація

— процес насичення поверхневого шару сталі алюмінієм (алітування),
хромом (хромування), силіцієм (силіціювання) та іншими металами.
Алітування — це поверхневе насичення сталевих і чавунних виробів
алюмінієм з утворенням твердого розчину алюмінію в залізі і підвищення
жаростійкості. Його застосовують переважно для деталей, які працюють за
високих температура (колошників, деталей муфельних печей та ін.).
Для алітування деталі укладають в ящик і пересипають сумішшю порошків:
49 % алюмінію, 49 % оксиду алюмінію і 2 % хлориду амонію. Закриті і обмазані
глиною ящики витримують у полуменевих печах за температури 900... 1100 °С
протягом 5... 10 год.
Хромування — насичення поверхневих шарів виробів хромом з метою
підвищення твердості, стійкості до спрацювання і корозії. Хромування може
відбуватися в твердому, рідкому і газоподібному середовищі.
При твердому хромуванні деталі пересипають порошком такого складу: 65 %
ферохрому, ЗО % глинозему, 5 % хлориду амонію. Температура хромування
1000... 1160°С; час витримування 7... 12 год, глибина шару хромування
0,10...0,25 мм.

15. Дифузійна металізація

Хромування — насичення поверхневих шарів виробів хромом з метою
підвищення твердості, стійкості до спрацювання і корозії.
Хромування може відбуватися в твердому, рідкому і газоподібному
середовищі.
При твердому хромуванні деталі пересипають порошком такого складу:
65 % ферохрому, ЗО % глинозему, 5 % хлориду амонію.
Температура хромування 1000... 1160°С; час витримування 7... 12 год,
глибина шару хромування 0,10...0,25 мм.
Силіціювання — насичення поверхневого шару сталевих виробів
силіцієм для підвищення стійкості до корозії і розчинення в кислотах.
Застосовують для деталей, які використовуються в хімічній промисловості.

16. САМОСТІЙНА РОБОТА

1. Виконати короткий опорний конспект по
темі «ХІМІКО-ТЕРМІЧНА ОБРОБКА СТАЛЕЙ»
2. Пройти вікторину «Хіміко-термічна обробка
сталей»
ДЯКУЮ ЗА УВАГУ!

17. ДЖЕРЕЛА ІНФОРМАЦІЇ

1. Матеріалознавство в машинобудуванні
Режим доступу: Мhttps://fizmat.7mile.net/materialoznavstvo/3_4_2himiko-ter
michna-obrobka.html
2.
Режи м доступу:
https://studfile.net/preview/5643867/