Химико-термическая обработка стали

1.

Мдк 01.02 «Контроль качества ТО и ХТО
Авт. Борисик В.Н.

2.

Цель занятия:
1.Повторить основные понятия из темы
«Термическая обработка»
2. Изучить :
• сущность химико- термической
обработки стали.
• виды химико-термической обработки и
диффузионной металлизации.

3. Вопрос 1

Определение: «Термическая
обработка стали»?
• Термической обработкой стали
называют совокупность операций
нагрева, выдержки и охлаждения
твердых металлических сплавов с
целью получения заданных свойств за
счет изменения внутреннего строения
и структуры

4. Вопрос 2

Назовите основные факторы
термической обработки?
• температура
• время
• скорость нагрева и охлаждения

5. Вопрос 3

Назовите виды термической
обработки металлов?
• химическая обработка
• химико – термическая обработка
• термомеханическая обработка

6. Вопрос 4

С какой целью проводится
термическая обработка?
• для изменения механических свойств
стали(прочности, твердости,
пластичности, вязкости)

7. Вопрос 5

Объясните понятие слова:
Диффузия
Диффузия – это перемещение
адсорбированных атомов вглубь
изделия

8. Вопрос 6

Назовите основные виды
термической обработки стали?
• отжиг
• закалка
• отпуск

9. Вопрос 7

Чем отличаются между собой отжиг,
закалка, отпуск?
• температурой нагрева
• временем выдержки
• способом охлаждения(вместе с
печью или на воздухе)

10.

• Химико-термической обработкой (ХТО)
называется процесс поверхностного
насыщения металлических (а в ряде случаев
и неметаллических) материалов различными
элементами, путем их диффузии из внешней
среды при высокой температуре.
• Цель химико - термической обработки :
поверхностное упрочнение металлов и
сплавов и повышение их стойкости против
воздействия внешних агрессивных сред при
нормальной и повышенной температурах.

11.

Процессы химико-термической
обработки включают три одновременно
протекающие основные стадии:
1) образование в окружающей среде
активных, способных диффундировать, атомов
насыщающего элемента,
2) адсорбция определенного количества
активных атомов поверхностью металла,
3) диффузия адсорбированных атомов от
поверхности вглубь металла.

12.

Толщина диффузионного слоя зависит от:
температуры нагрева,
продолжительности выдержки при
насыщении
концентрации диффундирующего элемента
на поверхности.
После процесса диффузии детали могут
быть сразу готовы к использованию или
должны подвергаться дополнительной
термической обработке.

13.

Диффузионное насыщение
поверхности деталей проводят
различными элементами:
углеродом, азотом, хромом,
алюминием, кремнием и др.
В зависимости от того каким
элементом проводят насыщение
процесс называют цементацией
(углерод), азотированием (азот),
хромированием (хром),
силицированием (кремний) и т.д.

14.

Наиболее распространенными
видами химико-термической
обработки являются
1 цементация
2 нитроцементация
и цианирование
3 азотирование
4 борирование
5. диффузионная металлизация

15. Ц е м е н т а ц и я

Цементация
Цементация (науглероживание) —
Процесс диффузионного насыщения
поверхностного слоя стали углеродом.
Цель цементации - повышение твердости,
износостойкости, также повышение пределов
контактной выносливости поверхности
изделия при вязкой сердцевине, что
обеспечивает выносливость изделия в целом
при изгибе и кручении

16. Цементация

Цементации подвергаются детали с
низким содержанием углерода до 0,25%.
Цементацию можно проводить в твердых,
жидких и газовых средах, которые
называются карбюризаторами.

17. Твердая цементация

Твердая цементация производится в
специальных ящиках, в которых детали
укладываются попеременно с карбюризатором
(древесный уголь и торфяной кокс с углекислым
барием и кальцинированной содой). Ящики
закрываются крышками и замазываются огнеупорной
глиной , чтобы не было доступа воздуха. Затем
ящик помещают в термическую печь и нагревают до
температуры 900—950°С . Ящик после цементации
охлаждают на воздухе до температуры 300—400°С ,
извлекают из него детали, производят термическую
обработку деталей, закалку с последующим низким
отпуском.

18. Печь для твёрдой цементации

19.

Недостатки цементации в
твердом карбюризаторе:
• значительные затраты времени (для
цементации на глубину 0,1мм
затрачивается 1 ч);
• низкая производительность процесса;
• громоздкое оборудование;
• сложность автоматизации процесса.

20. Жидкая цементация

Жидкая цементация - предназначена
для мелких деталей(болты, винты,
шпильки и т.д.)
Жидкая цементация проводится путём
погружения детали в печь с раствором
бензина(керосина)+BaCl2= CnHm.
Тц = 840—860°С
Время выдержки = 6ч
Охлаждение – воздух

21. Печь для жидкой цементации

22. Газовая цементация

В качестве газообразного
карбюризатора применяется
газ СН4 или С3Н8.
Тц = 920—930°С
время выдержки 3 - 4 часа
охлаждение - воздух

23. Печь для газовой цементации

24. Газовая цементация

Преимущества способа:
• возможность получения заданной
концентрации углерода в слое (можно
регулировать содержание углерода, изменяя
соотношение составляющих атмосферу
газов);
• сокращение длительности процесса за счет
упрощения последующей термической
обработки;
• возможность полной механизации и
автоматизации процесса

25. Цементация применение

В машиностроении и авиационной
промышленности - цементируются детали,
подвергающиеся большому трению или
ударам, например, шарнирные валки, шейки
осей, гайки, винты и др.,
• Цементация в твердом карбюризаторе
применяется в мелкосерийном производстве.
• Газовая цементация применяется в
серийном и массовом производстве..

26. Нитроцементация

Нитроцементация — это
процесс диффузионного насыщения
поверхностного слоя стали
одновременно углеродом и азотом.
Цель: повышение износостойкости и
коррозионной стойкости, а также
прочности стальных деталей.

27. Нитроцементация

При нитроцементации изделия
нагревают в течении 8-10 часов при
температуре 840—860°С в среде
природного газа и аммиака.
Поверхностный слой глубиной 0,25-1мм.
Глубина слоя зависит от температуры и
продолжительности выдержки
После нитроцементации следует закалка,
затем проводят отпуск при 160 – 180 ˚С.

28. Применение процесса нитроцементации

• для упрочнения зубчатых колес
• высокое содержание остаточного аустенита
обеспечивает хорошую прирабатываемость
например, не шлифуемых автомобильных шестерен,
что обеспечивает их бесшумность.
• для инструментальных (в частности, быстрорежущих)
сталей;
• для деталей сложной
конфигурации, склонных
к короблению.
Нитроцементация характеризуется безопасностью в
работе, низкой стоимостью.

29. Схемы микроструктур после химико-термической обработки сталей

Схемы микроструктур после химикотермической обработки сталей
Сталь 20Х, ГОСТ 4543-71
Цементация с последующей
закалкой и низким отпуском
Поверхностный слой – высокоуглеро
дистый мартенсит.
Сердцевина – малоуглеродистый бейнит
Сталь 08КП, ГОСТ 1050-88
Нитроцементация с последующей
закалкой и низким отпуском
Поверхностный слой –
высокоуглеродистый мартенсит
с карбидами.
Сердцевина – феррит

30. Цианирование

Цианирование - процесс
диффузионного насыщения
поверхностного слоя стали
одновременно углеродом и азотом в
расплавленной цианистой соли.
Цель: повышение поверхностной
твердости, износостойкости, предела
выносливости при изгибе и контактной
выносливости.

31. Цианирование

В зависимости от используемой
среды различают цианирование в:
• твердых средах;
• жидких средах;
• газовых средах.
В зависимости от температуры нагрева
цианирование подразделяется на
низкотемпературное и
высокотемпературное .

32. Цианирование

Цианирование в жидких средах
производят с расплавленными
солями в ваннах .
Газовое цианирование производится
в специально герметически закрытых печах.
Высокотемпературное цианирование
проводят при Т= 800…950 С ,
выдержка от 1,5 до 6 часов.
Глубина слоя от 0,5 до 2мм.
После высокотемпературного цианирования
детали подвергают закалке и низкому отпуску.

33. Цианирование

Применяют в автомобильной и
тракторной промышленности для
мелких деталей из среднеуглеродистых сталей,
работающих при небольших удельных нагрузках, а
также для режущего инструмента из
быстрорежущей стали.
Для упрочнения валов, осей, зубчатых колёс и
других деталей, работающих при значительных
знакопеременных нагрузках.
Основным недостатком цианирования является
ядовитость цианистых солей.

34. Азотирование

Азотирование — процесс
химико- термической обработки,
заключающейся в диффузионном
насыщении поверхностного слоя стали
азотом.
Цель: повышение твердости,
износостойкости и повышения
коррозионной стойкости
(антикоррозийное азотирование)

35. Азотирование

Азотированию подвергаются детали,
изготовленные из среднеуглеродистых
легированных сталей марок 35ХМЮА и
38ХМЮА (цилиндров двигателя, насосы,
зубчатых колес, валов, гильз и детали штампов).
Твердость и толщина азотированного слоя
зависит от температуры. Чем выше
температура, тем глубже слой, но меньше
твердость.

36. Азотирование

Азотирование проводят по одноступенчатому
режиму при нагреве детали до
Т= 500...700°С в атмосфере аммиака
выдержка 90 часов
или по двухступенчатому режиму:
Т = 500...520°С с выдержкой 15-20 часов,
Т = 550...570°С, выдержка 20-25 часов.
Толщина азотированного слоя 0,3-0,6 мм.

37. Борирование

Борирование - это процесс
химико-термической обработки
заключающийся в диффузионном насыщении
поверхностного слоя стали бором.
Цель:
• повышение износостойкости (в условиях сухого
трения, скольжения со смазкой и без смазки,
абразивного изнашивания и т.п).
• повышение коррозийной стойкости
железоуглеродистых сплавов во многих
агрессивных средах и жаростойкости при
температурах ниже 850 С0

38. Борирование

Методы борирования:
• газовое
• жидкостное
Газовое борирование проводят в
специальных установках за счет
разложения газообразных соединений бора.
Газовое борирование проводят при
Т=800-850°С.
Время выдержки от 2 до 6 ч.
Глубина слоя от 0,5 -1мм.

39. Борирование

Борированию подвергают детали
применяемые в оборудовании нефтяной
промышленности : втулки, подшипники и
рабочие колеса, погружные центробежные
насосы, диски турбобура, вытяжные,
гибочные и формовочные штампы, детали
пресс-форм машин, литья под давлением
и детали из углеродистых и легированных
сталей с различным содержанием углерода

40. Схемы микроструктур после химико-термической обработки сталей

Схемы микроструктур после химикотермической обработки сталей
Сталь 4Х5В2ФС ГОСТ 5950-73
Закалка с отпуском и последующее
азотирование
Поверхность – темный азотированный
слой. Сердцевина – тростит отпуска
Сталь 38ХС,
ГОСТ 4543-71
Борирование и поверхностная закалка
Поверхностный слой – тонкая
зона светлых вытянутых зерен боридов,
широкая зона мартенсита. Сердцевина
– перлит и небольшое количество
мелких зерен феррита

41. Диффузионная металлизация

В настоящее время все
большее распространение получают
процессы многокомпонентного
диффузионного насыщения.
Диффузионная металлизация — это процесс
насыщения поверхности стали алюминием,
хромом, цинком и другими металлами,
придающими ей те или иные свойства.
Цель: повышение жаростойкости,
коррозионной стойкости, износостойкости и
твердости.

42.  Диффузионную металлизацию можно проводить в твёрдых, жидких, газообразных средах.

Диффузионную металлизацию можно
проводить в твёрдых, жидких, газообразных средах.
При диффузионной металлизации в твердых
средах применяют порошкообразные смеси,
состоящие из ферросплавов с добавлением
хлористого аммония в количестве 0,5-5%.
Жидкая диффузионная металлизация
осуществляется погружением детали в
расплавленный металл (цинк, алюминий и др).
При газовом способе насыщения применяют
летучие хлористые соединения металлов,
образующиеся при взаимодействии хлора с
металлами при высоких температурах .

43. Диффузионная металлизация (алитирование)

Наиболее изученным в настоящее
время является процесс алитирования.
Алитирование - это процесс диффузионного насыщения
поверхностного слоя стали алюминием.
Алитирование проводят в средах:твердых и жидких.
Цель: для повышения жаростойкости, окалиностойкости и
коррозионной стойкости в атмосфере и морской воде.
Алитирование в твердой среде при
Т = 850 -900 С0
Время выдержки от 3-12часов
Глубина слоя 0,3 – 0,5 мм
Алитирование в твердой среде при
Т = 750 -800 С0
Время выдержки от 45 – 90 минут
Глубина слоя 0,20 – 0,35 мм

44. Диффузионная металлизация (хромирование)

Хромирование - это процесс диффузионного насыщения
поверхностного слоя стали хромом
Цель: получение высокой твердости, износостойкости,
жаростойкости и коррозионной стойкости поверхности
стальных изделий.
Хромирование проходит в твердой, жидкой и газовой
средах.
Жидкостное хромирование проводят путем нагрева
детали в ванне:
Т = 900 -1100 С0
Время выдержки от 5-20часов
Глубина слоя 0,1 – 0,3 мм

45. Диффузионная металлизация (силицирование)

Силицирование - процесс химикотермической обработки, заключающийся в
диффузионном насыщении поверхностного слоя
стали кремнием.
Цель: получение коррозионной стойкости и
жаростойкости поверхности стальных деталей
Силицирование проводят в газовых средах при
Т = 950—1100 °C,
выдержка 2-5 часов
глубина слоя 0,6- 1,4 мм.
.
.

46. Силицирование

Применение:
Силицированию подвергают детали,
используемые в оборудовании химической,
бумажной и нефтяной
промышленности(валики насосов,
трубопроводы, арматура, гайки, болты) и
деталей, работающих в агрессивных средах.
После силицирования детали устойчивы к
работе в азотной серной и соляной кислотах.

47. Диффузионная металлизация

• Применение металлизации, используются для
нанесения защитного слоя на подложки из различных
металлов, сплавов и неметаллических материалов
(пластмассы, стекла, керамика, бумага, ткани и др.).
• Металлизация находит применение в электротехнике,
радиоэлектронике, оптике, ракетной технике,
автомобильной промышленности, судостроении,
самолётостроении и др. областях техники.
• Алитированию подвергают трубы, инструмент для
литья цветных сплавов, чехлы термопар, детали
газогенераторных машин и т.д.
• Хромирование применяют для пароводяной арматуры,
клапанов,
вентилей.

48. Прогрессивные технологии и оборудование для ресурсосберегающих и безотходных процессов химико-термической обработки

Ионное азотирование и кабонитирование
Процесс осуществляется в азотсодержащей
газовой среде под воздействием тлеющего
электрического
разряда
между
катодом
(деталями) и анодом (стенками вакуумной
камеры).
В
результате
формирования
активной плазмы — ионизированного газа
активно образуются различные модификации
диффузионных покрытий, обладающие высоким
качеством.

49. Ионно плазменное азотирование

Сферы применения технологий ионного
азотирования и карбонитрирования весьма
обширны, это без исключения все отрасли
промышленности.

50. Автоматическая линия служит для термической и химико-термической обработки

Автоматическая линия служит
для термической и химико-термической
обработки

51. Основные преимущества и отличия новых технологий в сравнении с существующими процессами ХТО

Основные преимущества и отличия новых
технологий в сравнении с существующими
процессами ХТО
• Экологическая чистота, безвредность и
безотходность процессов;
• Ресурсосбережение за счет резкого сокращения
электроэнергии в 2-5 раз и рабочих газов в 100200 раз ;
• Повышение производительности, снижение
трудоёмкости и себестоимости обработки в 2-4
раза;
• Повышение качества покрытий за счет
равномерного, регулируемого и бездефектного
формирования упрочненных слоёв; и т.д.

52. Вопросы для закрепления материала

1.В чем отличие химико-термической обработки от
термической?
2.Какие химико-физические свойства обеспечиваются при
химико- термической обработке?
3.Виды химико- термической обработки?
4.Что называется твердостью, износостойкостью, прочностью,
вязкостью, пластичностью, упругостью?
5.Чем обусловлена твердость цементационного слоя?
6.Напишите марки углеродистой стали для цементации?
7.Что называется карбюризатором?

53. Вопрос 1

Перемещение адсорбированных
атомов вглубь изделия это:
1.Адсорбция
2.Диссоциация
3.Диффузия

54. Вопрос 2

Какие факторы влияют толщину
диффузионного слоя?
температуры нагрева,
продолжительности выдержки
при насыщении
концентрации диффундирующего
элемента на поверхности.

55. Вопрос 3

Интенсивность процесса
диффузионного насыщения при
химико- термической обработке зависит
от:
1. теплоты активации
2. температуры ХТО
3. скорости нагрева
4. времени выдержки

56. Вопрос 4

Насыщение поверхностного слоя
деталей металлами (легирующими
элементами) - хромом, алюминием,
кремнием, бором и др.
1. Цементация
2. Диффузионная металлизация
3. Силицирование
4. Азотирование

57. Вопрос 5

Температура какого процесса
ниже на 100 ˚С при росте
диффузионного слоя на глубину
0,5 мм и практически одинаковой
скорости роста
• нитроцеменитрованного
• цементированного

58. Вопрос 6

Процесс диффузионного
насыщения поверхностного слоя
алюминием это:
1.Силицирование
2. Диффузионная металлизация
3.Алитирование
4.Цементация

59. Вопрос 7

Процесс диффузионного
насыщения поверхности
кремнием это:
1.Силицирование
2. Цианирование
3.Алитирование
4.Цементация

60. Вопрос 8

Химико-термическая обработка,
при которой поверхность
насыщается одновременно
углеродом и азотом.
1.Силицирование
2. Цианирование
3. Алитирование
4. Цементация

61. Вопрос 9

Азотирование детали повышает:
1. износостойкость
2. ударную вязкость
3. относительное удлинение
4. относительное сужение

62. Вопрос 10

Азотирование является
процессом предварительной
термообработки или проводится
на готовых изделиях?
Проводится на готовых изделиях

63. Диффузионная металлизация