Лекция 11-ХТО-2

Продолжение ХТО
Азотирование
Цианирование
Нитроцементация
Диффузионная металлизация
1
АЗОТИРОВАНИЕ СТАЛИ
Азотирование — это диффузионное насыщение поверхностного слоя
стали азотом.
Азотирование повышает твердость, износостойкость, теплостойкость
и
коррозионную
стойкость
в
тонких
поверхностных
слоях
конструкционных сталей.
Для гильз цилиндров двигателей
внутреннего
сгорания,
деталей
арматуры турбин и других деталей,
работающих
на
износ
при
повышенных
температурах
в
агрессивных средах.
Легирование приводит к уменьшению
азотированного слоя, но позволяет
резко
повысить
твердость
поверхности.
Рис. 1. Диаграмма состояния Fе-N
2
Технология процесса азотирования:
1) т/о заготовок: закалка + высокий отпуск при температурах 600…675°С.
Структура – сорбит отпуска.
2) Механическая обработка деталей
3) Защита участков, не подлежащих азотированию. Электролитическое
нанесение олова толщиной 10…15 мкм
4) Азотирование.
изделия в герметичные печи, куда  NH3 c определенной скоростью. При
нагреве аммиак диссоциирует по реакции:
2NH3=2N+3H2
Азотирование проводят при 500-600 оС, процесс длительный (24-90ч).
В системе Fe – N образуются
-фаза - твердый раствор азота в -Fe;
'-фаза – твердый раствор на основе нитрида железа Fe4N;
-фаза – твердый раствор на базе нитрида железа Fe2-3N.
5) Окончательная шлифовка
3
Распределение азота по глубине слоя имеет скачкообразный
характер вследствие отсутствия переходных двухфазных слоев
Используют стали, содержащие Al, Mo, Cr, Ti.
Нитриды этих элементов дисперсные и
обладают высокой твердостью и
термоустойчивостью.
38ХМЮА, 35ХМЮА, 30ХТ2Н3Ю.
ε
γ′

Рис. - Влияние продолжительности
азотирования на глубину слоя (а) и
поверхностную твердость (б) стали
З8ХМЮА
4
Рис. - Твердость
азотированного слоя в
зависимости от Т0С
азотирования:
1 — нитраллой; 2—.
конструкционные
легированные стали; 3
— углеродистые
стали
Высокая твердость А-слоя
обусловлена получением очень
дисперсных нитридов. Чем выше
Т0С, тем более крупные нитриды
будут образовываться и тем
ниже будет твердость.
Нитраллои - стали, содержащие элементы,
образующие термически стойкие, т. е. не склонные к
коагуляции нитриды (алюминия, а также хрома и
молибдена),
отличаются
наиболее
высокой
твердостью азотированного слоя.
5
В зависимости от условий работы деталей различают азотирование:
- для повышения поверхностной твердости и износостойкости 500…560oС, 24…90ч. N в пов.слое – 10-12 %, h – 0,3-0,6 мм. Твердость ~1000
HV. Охлаждение - вместе с печью в потоке аммиака. Подвергают спец.стали
-для
улучшения
коррозионной
стойкости
(антикоррозионное
азотирование или декоративное) - других требований к слою не
предъявляют,  подвергают любые стали (и простые углеродистые и
легированные), за 0,5-1ч. при 600—700°С. А-слой 0,01-0,03 мм, который
обладает высокой стойкостью против коррозии.
Ионное азотирование: когда между катодом (деталью) и анодом
(контейнерной установкой) возбуждается тлеющий разряд. Происходит
ионизация азотосодержащего газа, и ионы бомбардируя поверхность катода,
нагревают его до температуры насыщения. Катодное распыление
осуществляется в течение 5…60 мин при напряжении 1100…1400 В и
давлении 0,1…0,2 мм рт. ст., рабочее напряжение 400…1100 В,
продолжительность процесса до 24 часов.
т/о инструментальных сталей после Аз-я: закалка при 1000–1050 °С и , для
повышения ударной вязкости, 1 отпуск при температуре 350 °С, 2 отпуск — при
560 °С.
6
ЦИАНИРОВАНИЕ И НИТРОЦЕМЕНТАЦИЯ СТАЛИ
Цианирование – ХТО, при которой поверхность насыщается одновременно
углеродом и азотом.
Есть твердое, жидкое и газовое цианирование.
Циан-слой обладает высокой твердостью 58…62 HRC и хорошо
сопротивляется износу. Повышаются усталостная прочность и коррозионная
стойкость.
Твердое цианирование - аналогично тв.цементации, только карбюризатор
содержит цианистые соли (например, 30-40%K4Fe(CN)6 + 10% Na2CO3 +
остальное - древесный уголь). Процесс по производительности значительно
менее эффективен, чем ж. и г. цианирование, и поэтому не может быть
рекомендован для широкого внедрения.
Жидкое цианирование - осуществляется в ваннах с расплавленными
цианистыми солями, например NaCН, KCН, Са(CN)2, и др. с добавками солей
NаCl, BaCl и др. при Т0С, достаточной для разложения их с выделением
активных атомов С и N.
7
Рис. - Содержание углерода и
азота в поверхностном слое в
зависимости от температуры
цианирования
Рис. - Глубина цианированного слоя в
зависимости от температуры и
продолжительности цианирования
Циан-е - + углеродом и азотом — как бы комбинированный процесс
цементации и азотирования, то  что при высокой температуре процесс
больше приближается к цементации, а при низкой — к азотированию.
8
Высокотемпературное цианирование (жидкостная цементация)–при
800…950oС, преимущественное насыщение стали углеродом до 0,6…1,2 %,
(жидкостная цементация). N в Циан-ном слое 0,2…0,6 %, толщина слоя
0,15…2 мм. Структура Циан-ного слоя - тонкий слой карбонитридов Fe2(C, N),
а затем азотистый твердый феррит.
По сравнению с цементацией высокотемпературное цианирование
происходит с большей скоростью, приводит к меньшей деформации деталей,
обеспечивает большую твердость и сопротивление износу. Для средне- в
низкоуглеродистых сталей, простых углеродистых и легированных.
Низкотемпературное цианирование –при 540…600oС, преимущественное
насыщение стали азотом.
…для инструментов из быстрорежущих, высокохромистых сталей с целью
повышения их стойкости и производится в расплавах чистых цианистых
солей. Является окончательной обработкой.
После цианирования заготовки подвергают закалке и низкому отпуску.
Недостатки - ядовитость цианистых солей, а также их высокая стоимость.
9
Нитроцементация – газовое цианирование, осуществляется в
газовых смесях из цементующего газа и диссоциированного аммиака.
Состав газа и температура процесса определяют соотношение углерода и
азота в цианированном слое.
Глубина слоя зависит от температуры и продолжительности выдержки.
Есть Высокотемпературная нитроцементация
и Низкотемпературная нитроцементация
На ВАЗе 95 % деталей подвергаются нитроцементации.
Нитроцементация характеризуется безопасностью в работе, низкой
стоимостью.
10
ДИФФУЗИОННАЯ МЕТАЛЛИЗАЦИЯ
Диффузионная металлизация – ХТО, при которой поверхность стальных
изделий насыщается различными элементами: Al, Cr, Si, B и др.
При твердой диффузионной метализации металлизатором является
ферросплав с добавлением хлористого аммония (NH4Cl). В результате
реакции образуется соединение хлора с металлом (AlCl3, CrCl2, SiCl4),
которые при контакте с поверхностью диссоциируют с образованием
свободных атомов.
Жидкая диффузионная метализация проводится погружением детали в
расплавленный металл (например, алюминий).
Газовая диффузионная метализация проводится в газовых средах,
являющихся хлоридами различных металлов.
Диффузия Ме протекает очень медленно, так как образуются растворы
замещения, процесс дорогостоящий, осуществляется при Т0С 1000-1200oС.
Основное свойство – жаростойкость.
11
Алитирование
- поверхностное насыщение стальных и чугунных
заготовок Al с образованием твердого раствора Al в Fe.
Применяют для деталей, работающих при высоких температурах
(колосников, дымогарных труб и др.), так как при этом значительно (до
10000С) повышается жаростойкость стали.
Al сначала наносят на заготовку распылением жидкой струи сжатым
воздухом, затем нанесенный слой алюминия защищают жаростойкой
обмазкой и производят диффузионный отжиг заготовок при температуре 920
°С 3 ч. В процессе отжига поверхностный слой заготовки насыщается
алюминием на глубину в среднем 0,5 мм.
Диффузионное хромирование
- в порошковых смесях из
феррохрома и шамота, смоченных соляной кислотой или в газовой среде при
разложении паров хлорида хрома СrCl2.
Применяют стали с массовым содержанием углерода не более 0,2 %.
Cr-слой низкоуглеродистой стали незначительно повышает твердость, но
обладает большой вязкостью (сплющивание, прокатка и т. п.) Cr-детали имеют
высокую коррозионную стойкость в некоторых агрессивных средах (азотной
кислоте, морской воде). Это позволяет заменять ими детали из дефицитной
высокохромовой стали.
12
Силицирование
—
насыщение
поверхностного
слоя
стальных
заготовок кремнием.
Обеспечивает повышение стойкости против коррозии и эрозии в морской
воде, азотной, серной и соляной кислотах, применяется для деталей,
используемых в химической промышленности.
1100-1200 0С. Глубина слоя до 0,8 мм.
Силицированный слой - твердый раствор Si в a-Fе.
Существует силицирование в порошкообразных смесях ферросилиция, а
также газовое силицирование в среде хлорида кремния SiCl4.
13