Сущность и назначение цементации, азотирования и нитроцементации

Сущность и назначение химико-термической обработки

Сущность термомеханической обработки

ТМО заключается в сочетании пластической деформации стали в аустенитном состоянии с ее закалкой. Формирование структуры закаленной стали при ТМО происходит в условиях повышенной плотности дислокаций, обусловленных наклепом, что позволяет получить более высокие механические свойства, чем при закалке и отпуске.

ВТМО: сталь деформируют при температуре выше точки А3, при которой сталь имеет аустенитную структуру. Степень деформации составляет 20-30%. После деформации следует немедленная закалка во избежание развития процесса рекристаллизации.

НТМО: сталь деформируют в температурной зоне существования переохлажденного аустенита в области его относительной устойчивости (400-600°С); температура деформации должна быть выше точки Мн, но ниже температуры рекристаллизации. Закалку осуществляют сразу после деформации.

После закалки в обоих случаях следует низкотемпературный отпуск (100-300°С). Такая комбинированная ТМО позволяет получить очень высокую прочность при высокой пластичности

ХТО заключается в сочетании термического и химического воздействия с целью изменения состава, структуры и свойств поверхностного слоя детали. При этом происходит поверхностное насыщение металлического материала соответствующими химическими элементами (С, N, В, AI, Сг, Si, Ti и др.) путем их диффузии в атомарном состоянии из внешней (насыщающей) среды при высокой температуре. ХТО включает следующие основные взаимосвязанные стадии:

1) диссоциацию - распад молекул насыщающей среды с образованием активных атомов диффундирующих элементов;

2) адсорбцию - контактирование образовавшихся активных атомов с поверхностью насыщения и образование химических связей с атомами металла;

3) диффузию - перемещение адсорбированных атомов вглубь металла.

Развитие процесса диффузии приводит к образованию диффузионного слоя, под которым понимают слой материала детали у поверхности насыщения, отличающийся от исходного по химическому составу, а значит, структуре и свойствам. Материал детали под диффузионным слоем, незатронутый воздействием насыщающей активной среды, называется сердцевиной.

Кратчайшее расстояние от поверхности насыщения до сердцевины составляет общую толщину диффузионного слоя

Цементацией (науглероживанием) называется ХТО, заключающаяся в диффузионном насыщении поверхностного слоя стали углеродом при нагревании в соответствующей среде — карбюризаторе. Как правило, цементацию проводят при температурах выше точки Ас3 (930—950°С), когда устойчив аустенит растворяющий углерод в больших количествах. Цементации подвергают детали из низкоуглеродистых сталей с целью повышения твердости поверхности. Твердость на поверхности цементованного слоя находится в пределах HRC 58-62 и в сердцевине HRC 30-45. Толщина эффективного слоя (до HRC 50) составляет 0,4—1,8 мм. Основные виды цементации — твердая (активированный древесный уголь или кокс) и газовая (природный газ).

Азотированием называется ХТО, заключающаяся в диффузи-онном насыщении поверхностного слоя стали азотом.

Процесс осуществляется в среде аммиака при Т = 480-650°С, при этом выделяется атомарный азот (2NH3 → 2N+3H2), диффундирующий в поверхностный слой детали. Азотированию подвергаются детали из среднеуглеродистых легированных сталей, содержащих Cr, W, Mo,V, Al, при этом образуются нитриды, имеющие высокую твердость.Твердость азотированного слоя стали выше, чем цементованного и сохраняется при нагреве до температур 450—500°С, твердость цементованного слоя сохраняется только до 200—225°С. Виды азотирования: газовое, жидкостное (в расплавах цианосодержащих солей), ионное (потоком ионов азота в разреженном пространстве в условиях тлеющего электрического разряда).

Основное назначение - повышение твердости, износостойкости, предела выносливости и коррозионной стойкости материалов.

Применяют два процесса: нитроцементацию и цианирование. Нитроцементацию осуществляют в газовой среде, состоящей из науглероживающего газа и аммиака. Нитроцементация отличается от газовой цементации более низкой температурой процесса, меньшим деформированием и короблением изделий, обеспечивает получение упрочненных слоев с более высоким сопротивлением изнашиванию и коррозии. Цианирование - в расплавленных солях, содержащих группу "СN". Цианирование по сравнению с цементацией требует меньшего времени для получения слоя одинаковой толщины, характеризуется меньшими деформациями и короблением изделий сложной формы, обеспечивает более высокое сопротивление металлов износу и коррозии. Недостаток - токсичность и высокая стоимость цианистых солей. После насыщения проводят закалку и низкотемпературный отпуск. Твердость упрочненного слоя сост. 58-64 HRC.

Дата добавления: 2015-05-26