УПРОЧНЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКОЙ

В ремонтной практике широко применяют такие виды химикотермической обработки, как цементация, азотирование, цианирование, диффузионная металлизация.

Цементация стали — процесс насыщения поверхностного слоя углеродом при нагревании без доступа воздуха до температуры 900—950°С в среде углерода или газов, содержащих углерод. Цементацию проводят для получения высокой твердости поверхностного слоя при условии сохранения мягкой и вязкой сердцевины, а также для повышения износостойкости и предела выносливости стальных деталей, что обеспечивается термической обработкой после цементации (закалкой и низким отпуском).

Обычно цементации подвергаются низкоуглеродистые стали с содержанием углерода до 0,25%, в результате чего твердость внутренних слоев детали после закалки не изменяется и остается равной 160—170 НВ, а твердость поверхностного слоя повышается до 600 НВ. Толщина цементованного слоя для деталей составляет 0,5—2 мм, для измерительного инструмента — 0,3—1 мм, а концентрация углерода в поверхностном слое — 0,8—1%. Различают цементацию твердым карбюризатором и газовую.

Более широко применяют цементацию в газовых средах как высокопроизводительный способ. В качестве карбюризатора используют, например, природные газы — метан СН4, пропан или бутан, которые при нагревании диссоциируют с выделением атомарного углерода.

Детали нагревают до температуры 900—950°С в специальных герметически закрытых печах, в которые подается карбюризатор. При цементации газообразным карбюризатором длительность процесса сокращается в 2,5—3 раза по сравнению с цементацией твердым карбюризатором. Заданная концентрация углерода в поверхностном слое обеспечивается автоматическим регулированием состава газа.

При цементации твердым карбюризатором детали, насыщаемые углеродом, после предварительной очистки от ржавчины и жиров укладывают в металлические ящики и засыпают карбюризатором, состоящим в основном из древесного угля с добавлением углеродистого бария, соды, карбоната кальция и крахмала в количестве, составляющем 10—40% массы угля. Крышку ящика для его герметизации обмазывают огнеупорной глиной. Продолжительность цементации в печи в зависимости от размеров ящика и количества загруженных деталей составляет 10—20 ч. После цементации детали в ящиках охлаждают вместе с печью или на воздухе, а затем подвергают закалке и низкому отпуску. Цементации подвергают зубчатые колеса, шейки валов, плунжеры насосов, червяки, звездочки и другие детали.

Азотирование стали — процесс насыщения поверхностного слоя стали азотом при нагревании ее в среде аммиака МН3. Азотирование проводят для повышения твердости поверхностного слоя деталей, износо- и теплостойкости, а также коррозионной стойкости.

Азотированию подвергают детали, прошедшие термическую обработку (закалку с высоким отпуском) и обработку резанием. На неазотируемые участки наносят электролитическое покрытие оловом. Внутренние резьбы и отверстия защищают обмазками. Детали укладывают равномерно в герметически закрытый муфель (реторту), который помещают в электропечь. В муфель из баллонов подается аммиак, который при нагревании разлагается, образуя атомарный азот.

Процесс азотирования продолжается 3—90 ч, а последующее медленное охлаждение печи с деталями — 4—5 ч. Глубина азотированного слоя зависит от температуры и времени выдержки (0,25— 0,65 мм).

Различают прочностное азотирование, которое проводят для повышения твердости, износостойкости и усталостной прочности, и противокоррозионное азотирование (декоративное) — для повышения коррозионной стойкости во влажной атмосфере и пресной воде.

Противокоррозионному азотированию в основном подвергаются углеродистые стали. Процесс протекает при температуре 600— 700°С с выдержкой при этой температуре 0,5—1 ч.

Азотирование по сравнению с цементацией имеет следующие преимущества: твердость и износостойкость азотированного слоя значительно выше цементированного закаленного слоя; после азотирования закалку деталей не выполняют, что предотвращает их коробление; азотированная поверхность более устойчива к коррозии. Однако азотирование — процесс более длительный и сложный, поэтому его применяют только для легированных сталей. Азотированные детали мало пригодны для работы в условиях высоких удельных нагрузок из-за недостаточной толщины азотированного слоя.

Цианирование (нитроцементация) стали — процесс одновременного насыщения поверхности стальной детали азотом и углеродом. Цианированию подвергают детали из сталей, содержащих 0,2—0,4% углерода. Цианирование может производиться в твердых, жидких и газообразных средах. Твердое цианирование применяют крайне редко как менее эффективное по сравнению с жидким и газовым. Наиболее часто используют цианирование в жидкой среде.

Детали, прошедшие механическую обработку, погружают в специальную ванну с расплавом солей, состоящим из 20—25% NaCN, остальное — NaCl и Na2C03. В зависимости от необходимой толщины получаемого слоя детали нагревают до температуры 820— 960°С. Образующиеся при нагревании атомарный азот и углерод диффундируют в сталь, поверхность детали насыщается азотом (до 1—2%) и углеродом (до 0,7%). При температуре расплава 820— 860°С получают слой толщиной до 0,3 мм, при температуре расплава 930—960°С — до 2 мм; продолжительность процесса составляет 10—40 мин. После цианирования проводят закалку и низкий отпуск, в результате твердость полученного слоя составляет 59—63 HRC3. Этот процесс называют высокотемпературным цианированием.

Цианирование при температуре 550—600°С по существу является азотированием в жидких средах, поскольку науглероживания, т.е. насыщения углеродом, не происходит. Этот процесс проводят в неразбавленных другими веществами расплавах цианистых солей, содержащих 40% (массовая доля) KCN и 60% NaCN. Высокотемпературное цианирование применяют для средне- и низкоуглеродистых сталей (обыкновенных углеродистых и легированных), низкотемпературное цианирование — для быстрорежущего инструмента. Глубина цианированного слоя зависит от времени выдержки.

Газовое цианирование (нитроцементация) проводят в смеси науглероживающих и азотирующих газов, например в смеси светильного или природного газа (90—97%) и аммиака (3—10%). Детали нагревают до температуры 850—870°С, длительность нитроцементации 2—10 ч. После нитроцементации детали подвергают закалке и низкому отпуску; твердость полученного слоя 61—63 НЯСЭ.

Диффузионная металлизация — процесс насыщения поверхностей стальных деталей различными металлами. Наиболее часто применяют металлизацию алюминием (алитирование), хромом (хромирование), кремнием (силицирование) и бором (бориро- вание). Одновременное насыщение поверхностей хромом и алюминием или хромом и вольфрамом называют хромо-алитированием, хромо-вольфрамированием. В результате диффузионной металлизации повышаются жаростойкость (окалиностойкость) до 1100°С, износостойкость, твердость (до 2000 НВ) и коррозионная стойкость стальных деталей. Насыщение проводят в твердых, жидких и газообразных средах при температуре 1000—1200°С.

Процесс диффузии при металлизации происходит значительно медленнее, чем при других видах химико-термической обработки, поэтому получение даже очень тонких слоев протекает при высоких температурах и длительных выдержках.

Алитирование стали проводят для повышения жаростойкости (окалиностойкости) деталей, работающих при температурах до 900°С.

Алитирование деталей осуществляют в порошкообразной смеси, содержащей 49% (массовая доля) алюминия, 39% оксида алюминия и 12% хлористого аммония. Смесь засыпают в стальной ящик с уложенными для алитирования деталями. Температура печи 950— 1050°С, продолжительность обработки составляет 4—12 ч. На поверхности алитированной детали образуется тонкая тугоплавкая (температура плавления более 2000°С) пленка оксида алюминия А1203 толщиной 0,1 — 1 мм, предохраняющая металл от окисления. Алитированию подвергают изложницы для разлива стали, котельную арматуру. Алитированные детали устойчивы в газах, содержащих сернистые соединения. Их можно использовать вместо деталей, изготовленных из жаростойких (окалиностойких) сталей.

Диффузионное хромирование стали проводят с целью повышения жаро- и коррозионностойкости. Стали, содержащие более 0,3% углерода, при хромировании приобретают высокую твердость и износостойкость вследствие образования на поверхности карбидов хрома. Наиболее широко применяют газовое хромирование в среде газообразного хлора или смеси водорода и хлористого водорода. Карбюризатором является феррохром или хром, температура в реторте или печи 950— 1050°С, глубина насыщения хромом 0,1—0,2 мм, продолжительность процесса 4—6 ч.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >