Термическая обработка стали. Реферат 1. Термическая, термохимическая и термомеханическая обработка стали
 Скачать 1 Mb.
|
Термохимическая обработка сталиДля изменения химического состава, структуры и свойств поверхностного слоя деталей осуществляется их тепловая обработка в химически активной среде, называемая химикотермической обработкой. При ней происходят следующие процессы: распад молекул и образование атомов диффундирующего элемента (диссоциация), поглощение атомов поверхностью (адсорбция) и проникновение атомов вглубь металла (диффузия). ЦементацияПод цементацией понимается диффузионное насыщение углеродом поверхностного слоя стали для получения твердой и износостойкой поверхности. Цементацию проводят в области существования аустенита из-за малой растворимости углерода в феррите. Как правило, цементацию осуществляют при температурах 880 - 950 °С, когда активность углерода в газовой фазе велика, концентрация растворенного углерода в аустените достигает предела насыщения, и на поверхности изделий образуется слой цементита. У поверхности имеется заэвтектоидная зона, состоящая из перлита и вторичного цементита. Эта зона постепенно переходит в эвтектоидную, состоящую из пластинчатого перлита и, наконец, в доэвтектоидную зону, состоящую из перлита и феррита. В этой зоне доля феррита возрастает по мере приближения к сердцевине.  Рисунок 8. Микроструктура цементированного слоя Цементации подлежат детали из стали, содержащей до 0,3 % углерода. Обычно средняя концентрация углерода в поверхностном слое и составляет 0,8—1,0 % С, иногда для повышения сопротивления контактной усталости ее повышают до 1,1 —1,2 %. Более высокое содержание углерода нецелесообразно, так как при этом повышается хрупкость цементованного слоя. На цементацию детали обычно поступают после механической обработки. Если цементации следует подвергать часть поверхности детали, то не цементируемые участки защищают тонким слоем меди или изолируют специальными обмазками, состоящими из смеси огнеупорной глины, песка и асбеста, замешанных на жидком стекле или других связках. Для легирующих сталей процесс цементации, т.е. скорости диффузии углерода, зависит еще и от легирующего элемента. К примеру, вольфрам и хром уменьшают скорость диффузии, при этом повышая концентрацию углерода в поверхностном слое стали и уменьшая его толщину. Никель, наоборот, снижает концентрацию углерода и увеличивает толщину диффузионного (цементованного) слоя. Марганец почти не влияет на коэффициент диффузии углерода в аустените, но увеличивает его в легированном цементите, повышая глубину упрочненного слоя. Цементация может проводится как в твердом карбюризаторе, так и в газах. При цементации в твердом карбюризаторе источником углерода является активированный уголь, каменноугольный полукокс или торфяной кокс. В качестве карбюризатора в частности служит смесь древесного угля (60–90 %) и активизаторов, углекислых солей бария (BaCO3) и натрия (NaCO3). Для предотвращения спекания частиц карбюризатора к шихте добавляют также СаСОз. Подготовленные детали укладывают в сварные стальные или литые чугунные ящики. В ящик укладывают древесный угль слоем толщиной 2-3 см, затем первый ряд заготовок с отступом между ними и стенками емкости. Так повторяется столько раз, сколько предусмотрено технологией. Слой карбюризатора между рядами заготовок – 1-1,5 см. Верхним является слой карбюризатора толщиной 3,5-4,0 см. Емкость закрывают крышкой, все зазоры замазывают огнеупорной глиной или глиной с песком. При нагреве углерод древесного угля соединяется с кислородом воздуха, образуя окись углерода (CO), которая разлагается с образованием атомарного углерода, диффундирующего в деталь:  Выдержка при температуре цементации (920 - 950 °С) зависит от требующейся толщины цементованного слоя, глубина его достигает 0,5–2 мм. На каждые 0,1 мм толщины слоя, требуется выдержка около 1 ч. Для наследственно мелкозернистых сталей с целью ускорения цементации температуру повышают до 950- 1000 °С. Цементация пастами значительно ускоряет процесс науглероживания и повышает использование объема печи. В состав паст входят следующие компоненты: сажа, углекислый натрий или барий, желтая кровяная соль, щавелевокислый натрий, мазут, декстрин, разжижители. Пасту наносят кистью или погружением в нее деталей. Толщина слоя нанесенной пасты 3—4 мм. Детали укладывают в цементационный ящик. Процесс ведут при температуре 920—930 °С. Газовую цементацию проводят путем нагрева изделия в среде газов, содержащих углерод. В качестве карбюризатора чаще всего используют природный газ (СН4). Газовая цементация имеет преимущества перед цементацией в твердом карбюризаторе, так как позволяет получить не только заданную концентрацию углерода, но и обеспечивает большую равномерность толщины слоя, что позволяет уменьшить длительность обработки. При газовой цементации процесс можно автоматизировать. При газовой цементации атомарный углерод образуется при разложении углеводородов и окиси углерода.   Если углеродный потенциал атмосферы при данной температуре 0,8 %, то эта атмосфера будет науглероживать сталь с меньшим содержанием углерода, но концентрация углерода на поверхности не превысит 0,8 %, а для высокоуглеродистых сталей (С> 0,8%) она будет обезуглероживающей. Для ускорения процесса газовой цементации используют комбинированные атмосферы. Сначала цементация ведется смесью эндотермического газа с 5—12 % природного газа, что приводит к пресыщению цементованного слоя углеродом, а в конце процесса только в эндогазе, что обеспечивает получение 0,8—1,0 % С на поверхности деталей. Жидкостная цементация осуществляется в соляной ванне следующего состава: 75—80 % Na2C03, 10—15 % NaCl и 6—10 % SiC (карборунд). Процесс ведется при температуре 850—860 °С. Скорость науглероживания 0,12—0,15 мм/ч. Добавление в ванну хлористого аммония NH4C1 интенсифицирует процесс. Преимущества процесса: быстрота и равномерность нагрева и возможность непосредственной закалки обрабатываемых деталей из соляной ванны. После цементации выполняется термическая обработка – закалка и низкий отпуск и механическая обработка – удаление лишнего металла. |