Рыбинская государственная авиационная



страница3/4
Дата26.03.2020
Размер185 Kb.
#143641
ТипКонтрольная работа
1   2   3   4
Связанные:
Материаловедение реферат

3.2. Химико-термическая обработка: нитроцементация, азотирование, ионное азотирование.

Химико-термической обработкой (ХТО) называется термическая обработка, заключающаяся в сочетании термического и химического воздействия с целью изменения состава, структуры и свойств поверхностного слоя стали.

При химико-термической обработке происходит поверхностное насыщение стали соответствующим элементом (С, N, Al, Cr, Si и др.) путем его диффузии в атомарном состоянии из внешней среды (твердой, газовой, паровой, жидкой) при высокой температуре.

В результате диффузии образуется диффузный слой, под которым понимают слой материала детали у поверхности насыщения, отличающейся от исходного по химическому составу, структуре и свойствам.

Концентрация диффундирующего элемента уменьшается от поверхности в глубь металла. Как следствие этого изменяется структура и свойства.

Рис. 1. Схема диффузного слоя

Химико-термическую обработку широко применяют для упрочнения деталей машин. Это объясняется тем, что большинство деталей работают в условиях изнашивания кавитации, циклических нагрузок, коррозии при криогенных и высоких температурах, при которых максимальные напряжения возникают в поверхностных слоях металла, где сосредоточены основные концентраторы напряжений.

Рис. 2. Схема влияния температуры (а) и продолжительности процесса при данной температуре (б) на толщину диффузионного слоя


Химико-термическая обработка, повышая твердость, износостойкость, кавитационную и коррозионную стойкость и создавая на поверхности благоприятные остаточные напряжения сжатия, увеличивает надежность и долговечность деталей машин.

Нитроцементация. Нитроцементацией называют процесс диффузного насыщения поверхностного слоя стали одновременно углеродом и азотом при температуре 840-860 оС в газовой среде, состоящей из науглероживающего газа и аммиака. Продолжительность процесса 4-10 ч. Основное назначение нитроцементации – повышение твердости, износостойкости и предела выносливости стальных деталей.

Установлено, что при одновременной диффузии углерода и азота ускоряется диффузия углерода. Скорость роста нитроцементного и цементованного слоев на глубину 500 мкм практически одинакова, хотя температура нитроцементации почти на 100 оС ниже температуры цементации.

Для нитроцементации легированных сталей рекомендуется использовать контролируемую эндотемическую атмосферу, к которой добавляют 1,5-5,5 об. % необработанного природного газа и 1-3,5 об. % NH3.

После нитроцентации следует закалка непосредственно из печи, реже после повторного нагрева применяют и ступенчатую закалку. После закалки проводят отпуск при 160-180 оС.

При оптимальных условиях насыщения структура нитроцеменованного слоя должна состоять из мелкокристаллического мартенсита, небольшого количества мелких равномерно распределенных карбонитридов и 30-50% остаточного аустенита.

Твердость слоя после закалки и низкого отпуска 58-60 HRC, 570-690 HV. Высокое содержание остаточного аустенита обеспечивает хорошую прирабатываемость, например, нешлифуемых автомобильных шестерен, что обеспечивает их бесшумную работу. Максимальные показатели прочности достигаются только при оптимальном для данной стали содержании на поверхности нитроцементованного слоя углерода и азота.

Толщина нитроцементованного слоя составляет обычно 200-800 мкм. Она не должна превышать 1000 мкм. При большой толщине в нем образуется темная составляющая и другие дефекты, снижающие механические свойства стали.

Нитроцентации обычно подвергаются детали сложной конфигурации, склонные к короблению. Нитроцентацию широко применяют на автомобильных и тракторных заводах. Так, ВАЗе 94,5% деталей, проходящих химико-термическую обработку, подвергают нитроцентации.



Азотирование. Азотированием называется процесс насыщения поверхности стали азотом. Процесс осуществляется в среде аммиака при температуре 480-650 oС, который при нагревании диссоциирует, поставляя активный атомарный азот:

2NН4 →2N+4Н2 который диффундирует в поверхностные слои детали.

При азотировании легированных сталей, содержащих алюминий, молибден, хром, титан азот образует с легирующими элементами устойчивые нитриды (нитриды этих элементов дисперсны и обладают высокой твердостью и термической устойчивостью.

Азотирование очень сильно повышает твердость поверхностного слоя (твердость поверхностного слоя деталей после азотирования достигает HV 11000-12000), его износостойкость, предел выносливости и сопротивление коррозии в таких средах, как атмосфера, вода , пар и др, но также повышается коррозионная стойкость.

Перед азотированием детали подвергают термической обработке, состоящей из закалки и высокотемпературного отпуска. Затем производят механическую обработку, придающую окончательные размеры изделию.

Участки, не подлежащие азотированию, защищают тонким слоем олова, нанесенным электролитическим методом, или жидким стеклом. В процессе азотирования олово расплавляется и благодаря поверхностному натяжению удерживается на поверхности стали в виде тонкой непроницаемой для азота пленки. Обычно процесс азотирования ведут при температурах 500-520 оС. В этом случае получают толщиной до 0,5мм за 24-90ч. Если процесс азотирования ведут при температуре ниже эвтектоидной температуры, то азот первоначально диффундирует в α-фазу (азотистый феррит), а после достижения предела растворимости образуются нитриды Fe4N (γ⸍-фаза) и Fe2-8N(ε-фазы).



Рис. 3. Диаграмма состояния железо – азот


В процессе азотирования изменяются размеры деталей за счет увеличения объема поверхностного слоя. Чем выше температура процесса и больше толщина азотированного слоя, тем больше изменение размеров детали.

Процесс жидкого азотирования осуществляется при температуре 570 оС в расплаве циансодержащих солей. В ходе процесса расплав непрерывно продувается сухим и чистым воздухом, что обеспечивает превращения цианида в цианат, являющийся поставщиком атомов углерода и азота.

Менее распространены процессы азотирования в бесцианистых солях, содержащих азот и в расплавах нейтральных солей, через которые продувают аммиак. Глубина и поверхностная твердость азотированного слоя зависят от ряда факторов, из которых основные: температура азотирования, продолжительность азотирования и состав азотируемой стали.

В зависимости от условий работы деталей различают азотирование:

• для повышения поверхностной твердости и износостойкости;

• для улучшения коррозионной стойкости (антикоррозионное азотирование).

В первом случае процесс проводят при температуре 500…560 оС в течение 24…90 часов, так как скорость азотирования составляет 0,01 мм/ч. Содержание азота в поверхностном слое составляет 10…12 %, толщина слоя (h) – 0,3…0,6 мм. На поверхности получают твердость около 1000 HV. Охлаждение проводят вместе с печью в потоке аммиака.



Поделитесь с Вашими друзьями:
1   2   3   4




База данных защищена авторским правом ©psihdocs.ru 2022
обратиться к администрации

    Главная страница