Химико-термическая обработка стали

Химико-термическая обработка (ХТО) стали заключается в нагреве ее до заданной температуры в специально выбранной химически активной среде, богатой необходимым элементом (углеродом, азотом и др.), который при высокой температуре проникает в поверхностный слой стали и изменяет его химический состав и свойства и создает в поверхностных слоях остаточныенапряжения сжатия, которые уменьшают опасность влияния растягивающих напряжений в условиях работы с переменными напряжениями. Чем тщательнееобработана поверхность детали, тем выше предел выносливости. В зависимости от элемента ХТО разделяют на цементацию, азотирование, цианирование и обработку холодом.

Наиболее распространенным процессом является цементация - процесс насыщения углеродом до 0,8-1 % С на глубину 0,3-0,5 мм (до 2 мм) поверхностного слоя углеродистой стали с содержанием углерода до 0,3 % для того, чтобы повысить износостойкость и поверхностную твердость стали после ее закалки, сохранив сердцевину мягкой. Механизм цементации - вследствие малой растворимости углерода в альфа-железе при цементации быстро достигается предельная концентрация углерода в феррите, после чего на поверхности образуется очень тонкий слой цементита.

Для этого детали укладывают в специальный ящик из жаростойкого материала с порошком древесного угля и специальными добавками, называемыми карбюризаторами. Наилучший карбюризатор содержит 20-25 % углекислого бария; 3,5-5 % углекислого кальция; 10 % летучих веществ; остальное - березовый или дубовый уголь поперечным сечением 4-10 мм (снизу толщина засыпки 20-30 мм, сбоку - 10-15 мм, сверху - 30-40 мм). Ящик нагревают в электрической или пламенной печи с временем нагрева равным 7-9 мин. на каждый сантиметр минимального размера ящика, доводят температуру деталей до 930-950 град. и выдерживают их необходимое время в печи -15-18 часов- (в зависимости от требующейся толщины цементируемого слоя - 0,1 мм/час). Ящики после цементации охлаждают на воздухе до температуры 400-500 град. С, после чего вскрывают.

Азотирование осуществляют в специальной герметически закрытой печи в атмосфере распадающегося аммиака при температуре 500-650 град.С. При этом в верхний слой металла деталей, изготовленных из специальных сталей (38ХМЮА и др. среднеуглеродистые легированные стали), проникает азот. Процесс длится 10-15 часов., глубина азотированного слоя достигает 0,25-0,65 мм и получают износостойкость, твердость поверхностного слоя большую, чем при цементации, причем эта твердость не снижается при нагреве до 600-650 град.С.

Цианирование - процесс одновременного насыщения поверхностного слоя углеродом (0,6-0,7 %) и азотом (0,8-1,2 %) для повышения его твердости в жидких и газообразных средах. Применяется для сталей, содержащих 0,2-0,4 % С. при температуре 820-960 град.С в расплавленных солях, содержащих цианистый натрий NaСN до толщины 0,15-0,35 мм в течение 30-90 мин (валики, гайки, пальцы рессор, шестерни). HRC 58-62. Высокая стоимость, ядовитость процесса.

Обработка холодом стальных изделий имеет широкое применение для обработки измерительных инструментов и заключается в том, что детали после закалки и отпуска охлаждают до температуры минус 120 град. При этом происходят структурные изменения стали: повышается твердость изделия в результате ппреаращения остаточного аустенита в мартенсит. Отрицательную температуру до минус 80 град. можно получить из смеси сухого льда (твердого СО₂) с ацетоном, спиртом и др. В закаленной стали, содержащей 0,4-0,5 % С, присутствует остаточный аустенит, который понижает твердость, износостойкость и нередко вызывает изменение размеров деталей, работающих при низких температурах в результате самопроизвольного превращения аустенита в мартенсит.

Дата добавления: 2014-01-15