Химико-термическая обработка металлов

5

Домашнее задание

на тему:

«Химико-термическая обработка металлов»

Дисциплина: «Технология машиностроения»

Содержание

Введение

Глава 1. Термическая обработка металлов

Глава 2. Термомеханическая обработка металлов

Глава 3. Химико-термическая обработка металлов

Литература

Введение

Термической обработкой называют процессы, связанные с нагревом и охлаждением, вызывающие изменения внутреннего строения сплава, и в связи с этим изменения физических, механических и других свойств. Термической обработке подвергают полуфабрикаты (заготовки, поковки, штамповки и т. п.) для улучшения структуры, снижения твердости, улучшения обрабатываемости, и окончательно изготовленные детали и инструмент для придания им требуемых свойств. В результате термической обработки свойства сплавов могут меняться в широких пределах. Например, можно получить любую твердость стали от 150 до 250 НВ (исходное состояние) до 600--650 НВ (после закалки). Возможность значительного повышения механических свойств с помощью термической обработки по сравнению с исходным состоянием позволяет увеличить допускаемые напряжения, а также уменьшить размеры и вес детали. Основоположником теории термической обработки является выдающийся русский ученый Д.К. Чернов, который в середине XIX в., наблюдая изменение цвета каления стали при ее нагреве и охлаждении и регистрируя температуру «на глаз», обнаружил критические точки (точки Чернова).

Термомеханическая обработка металлов и сплавов - совокупность операций деформации, нагрева и охлаждения, в результате которых формирование окончательной структуры и свойств материала происходит в условиях повышенной плотности и оптимального распределения несовершенств строения, созданных пластической деформацией. Термомеханическая обработка - один из путей повышения конструкционной прочности материалов.

Химико-термическая обработка металлов, совокупность технологических процессов, приводящих к изменению химического состава, структуры и свойств поверхности металла без изменения состава, структуры и свойств его сердцевидных зон. Осуществляется с помощью диффузионного насыщения поверхности различными элементами при повышенных температурах. Выбор элемента (или комплекса элементов) определяется требуемыми свойствами поверхности детали. Насыщение производят углеродом (цементация), азотом (азотирование), азотом и углеродом (нитроцементация, цианирование), металлами (диффузионная металлизация), хромом (хромирование), кремнием (силицирование) и т.д.

Глава 1. Термическая обработка металлов

Отжиг

Отжиг металла производят для снятия внутрикристаллического напряжения, вследствие чего уменьшается твердость металла. При обработке во время ковки верхний слой металла уплотняется (нагортовывается) и становится менее податлив. Это затрудняет дальнейшие кузнечные операции и механическую обработку изделия слесарными инструментами. Чтобы вернуть металлу прежнюю пластичность, его периодически отжигают. Если для изготовления изделия используют ранее закаленный материал (например, новое изделие делают из другого, ранее закаленного предмета), то перед обработкой его тоже надо отжечь. Исправить погрешность предыдущей закалки также можно с помощью отжига. После отжига и выполнения необходимых кузнечных работ заготовку закаляют еще раз. Для полного отжига стали, ее нагревают до 900° (светло-красный цвет каления переходит в оранжевый) и выдерживают при этой температуре для прогрева по всему объему. Затем заготовку медленно охлаждают при комнатной температуре.

Для снятия внутрикристаллического напряжения, образовавшегося в процессе обработки кузнечными инструментами, применяют, так называемый, низкотемпературный отжиг. Сталь при низкотемпературном отжиге нагревают до 500-600°, после чего дают ей постепенно остыть на воздухе. Наиболее эффективный вариант - низкотемпературный отжиг, после которого стальная заготовка остывает вместе с печью (медленное постепенное охлаждение).

Если обработка кузнечными инструментами не была длительной, и поковка накалялась лишь немного, достаточно произвести неполный отжиг. При нем стальную заготовку нагревают до 750-760°, после чего следует медленное охлаждение.

Медь для отжига нагревают до 600° (красное каление) и быстро охлаждают в воде. Латунь отжигают, нагревая до 500°, и медленно охлаждают на воздухе при комнатной температуре. Отожженная латунь становится мягкой, ковкой, хорошо выколачивается, гнется и вытягивается. При отжиге изделие из дюралюминия разогревают до 350-360° и после выдержки охлаждают, оставляя на воздухе. Твердость отожженного дюралюминия почти вдвое ниже, чем закаленного. Его можно штамповать, изгибать вдвое, не опасаясь появления трещин.

В Таблице 1. приведена информация о температуре отжига цветных металлов.

Таблица 1.

Закалка

Закалкой называется процесс термической обработки металлов, состоящий в их нагреве и быстром (иногда постепенном) охлаждении. Закалка применяется для повышения твердости, прочности и износоустойчивости. У некоторых металлов в процессе закалки повышается пластичность. Условия закалки для различных металлов, а порой и различных изделий из одного и того же металла отличаются. Особое значение это имеет для закалки инструментов, поскольку они подвергаются различной нагрузке.

Технология закалки следующая: изделие нагревают до определенной температуры (для каждого металла температура своя) и некоторое время выдерживают. За этот период изделие равномерно прогревается. Далее следует охлаждение. Охлаждают изделие в воде, при необходимости к ней добавляют поваренную соль, которая повышает эффективность закалки. В старину на Руси мастера-кузнецы вместо поваренной соли использовали мед, а позднее сахар. Но вариант с поваренной солью обходится все же дешевле. Температура воды для закалки должна быть на уровне 27-28°. В холодной воде металл делается ломким. Чем теплее вода, тем менее эффективна закалка (металл остается мягким). Очень важно, чтобы во время охлаждения температура воды или раствора оставалась почти неизменной. Контролировать это непросто. Емкость для охлаждения должна быть такой, чтобы масса помещающейся в ней воды была в 30-50 раз больше массы закаливаемого изделия. Тогда скачки температуры воды от погружения раскаленного металла будут менее значительны. Чтобы охлаждение изделия происходило быстрее, можно перемещать его в емкости в различных направлениях.

Наиболее часто закалке подвергаются стальные изделия. Так, конструкционные стали обычно нагревают до 880-900 ° (цвет каления светло-красный). Особо твердые инструменты российская промышленность выпускает из специальных конструкционных сталей (маркировка "А") с содержанием углерода 0,25-0,7%. Эти стали обладают достаточно высокой прочностью, на которую эффективно воздействует закалка.

Конструкционные углеродистые стали используются в основном в изделиях, для которых особая прочность не требуется. Закалка мало способна повлиять на изменение твердости этой стали. Эффективна закалка и для изделий, выполненных из углеродистой инструментальной стали. Эти стали содержат 0,7-1,5% углерода и отличаются высокой прочностью. Производить закалку инструментальной стали лучше при температуре 750-760° (цвет каления темно-вишнево-красный). Для нержавеющей стали эта температура составит 1050-1100° (цвет темно-желтый), что обусловлено присутствием в ней более тугоплавких никеля и хрома.

Нагревают заготовки вначале медленно (до 500°), а затем быстро. Это необходимо для того, чтобы в металле не возникало внутреннее напряжение, зачастую приводящее к появлению трещин. Для охлаждения стали после закалки помимо раствора поваренной соли можно использовать растительное или машинное масло. Чаще всего в масле охлаждают конструкционные и инструментальные стали. Детали сложной формы сначала охлаждают в воде (до 300-400°), а затем до полного остывания оставляют в масле. Еще один фактор, говорящий в пользу масла - в масле поверхность стального изделия покрывается плотной коричневой или черной пленкой оксидов, надежно предохраняя ее от коррозии. В среднем время пребывания заготовки в охладителе рассчитывается, исходя из соотношения: одна секунда на 5-6 мм сечения изделия. Для более интенсивного охлаждения изделие, погруженное в охладитель, надо постоянно перемещать во всех направлениях.

Закалку меди производят, нагревая ее до 400°, и медленно охлаждают на воздухе. Закаленная медь приобретает твердость и тягучесть. Определить температуру меди можно при помощи кусочка медной фольги, который кладут на поверхность нагреваемого изделия. При температуре 400° над медной фольгой появляется зеленоватое пламя.

Дюралюминиевые изделия при закалке нагревают до 350-400°, выдерживают до полного прогрева всего объема, а затем охлаждают в воде комнатной температуры. Сразу после охлаждения дюралюминий становится мягким и пластичным, легко изгибается и куется. Однако через 3-4 дня его твердость, а вместе с ней и хрупкость, заметно увеличиваются.

Отпуск

Отпуск закаленных деталей позволяет в некоторых пределах снизить их хрупкость. В зависимости от температуры нагрева различают низкий, средний и высокий отпуск. Низкий отпуск применяется в основном при обработке измерительного или режущего инструмента. Закаленную сталь при низком отпуске нагревают до 150-250°, выдерживают некоторое время, а затем охлаждают на воздухе. После такой обработки хрупкость металла уменьшается, а приобретенная при закалке твердость сохраняется. Средний отпуск придает стали пружинящие свойства, при сохранении достаточно высокой прочности. При среднем отпуске заготовку нагревают до 300-500° и затем медленно охлаждают.

Высокому отпуску подвергают заготовки, у которых нужно снять все внутренние напряжения и добиться высокой пластичности. Температура высокого отпуска - 500-600°.

Температуру разогрева стальной закаленной детали при отпуске мжно определить по изменению цвета оксидной пленки:

Таблица 2.

Глава 2. Термомеханическая обработка металлов

Термомеханическая обработка металлов (ТМО), совокупность операций деформации, нагрева и охлаждения (в различной последовательности), в результате которой формирование окончательной структуры металла, а, следовательно, и его свойств, происходит в условиях повышенной плотности и оптимального распределения несовершенств строения, созданных пластической деформацией. Т. о., особенностью этого способа изменения свойств металлических сплавов является сочетание операций обработки металлов давлением и термической обработки.

Возможность применения ТМО определяется тем, что на процессы структурных превращений существенное влияние оказывают присутствующие в реальных сплавах несовершенства строения (дислокации, дефекты упаковки, вакансии). С другой стороны, в результате некоторых структурных изменений образуются новые несовершенства, а также происходит перераспределение имеющихся несовершенств. Отсюда механизм и кинетика структурных изменений при ТМО зависят от характера и плотности несовершенства строения и, в свою очередь, влияют на их количество и распределение.

Для классификации технологических схем ТМО целесообразно выбрать в качестве классификационного признака последовательность проведения пластического деформирования и термической обработки.

Совмещение пластической деформации с фазовыми превращениями получило впервые практическую реализацию в начале 20 в. при осуществлении патентирования в процессе производства стальной проволоки. Использование по своеобразной технологической схеме комбинированного воздействия пластической деформации и термической обработки привело к получению таких высоких механических свойств, которые были недостижимы при всех др. способах упрочняющей обработки. В 30-е гг. 20 в. применялась другая схема ТМО при упрочнении бериллиевой бронзы: закалка, холодная деформация, старение; такая обработка также обеспечила существенное повышение механических свойств сплава.

Развитие ТМО и создание её основных положений оказались возможными лишь на базе теории дислокаций, в частности тех её разделов, в которых устанавливается связь между несовершенствами строения и процессами структурообразования при превращениях. Исторически первой опробованной схемой термомеханического упрочнения машиностроительной стали (1954, США) была низкотемпературная термомеханическая обработка (НТМО). Смысл переохлаждения аустенита в схеме НТМО заключается в том, чтобы вести деформацию ниже температуры его рекристаллизации. Этим НТМО отличается от разработанной несколько позднее в СССР высокотемпературной термомеханической обработки (ВТМО), которая в дальнейшем получила большее распространение в связи с необходимостью повышения механических свойств массовых сортов стали, применяемых в современном машиностроении.

Температура проведения деформации при ВТМО лежит обычно выше верхней критической точки полиморфного превращения, поэтому неизбежны попытки проведения аналогии между ВТМО и термической обработкой с прокатного (или ковочного) нагрева. Принципиальное различие между этими видами обработки состоит в том, что при ВТМО создаются такие условия высокотемпературной пластической деформации и последующей закалки, при которых подавляется развитие рекристаллизационных процессов и создаётся особое структурное состояние, характеризующееся повышенной плотностью несовершенств и особым их распределением с образованием субструктуры полигонизации. Отсюда и экспериментально наблюдаемая развитая мозаичность строения стали после ВТМО, повышенная тонкая субмикроскопическая неоднородность строения и состава мартенсита, которая обеспечивает после ВТМО уникальное сочетание свойств, когда наряду с повышением прочности одновременно увеличиваются пластичность, вязкость и сопротивление хрупкому разрушению.

Эффективность конкретного способа термомеханического упрочнения оценивается по комплексу механических свойств. В инженерном смысле под повышением прочности понимают повышение сопротивления деформации и сопротивления разрушению в различных напряжённых состояниях, в том числе и таком, которое может вызвать образование хрупкой трещины и преждевременное разрушение. Поэтому наряду с традиционными испытаниями на растяжение, удар, усталость современные высокопрочные, в том числе термомеханически упрочнённые, стали должны оцениваться по критериям механики разрушения, с определением энергоёмкости процесса развития трещины и других аналогичных параметров.

Понимание физической сущности упрочнения в результате ТМО оказалось возможным лишь после того, как стали проясняться основные закономерности структурных изменений при горячей деформации. Старое представление о том, что горячая деформация всегда сопровождается рекристаллизацией, оказалось неверным.

При ТМО проводится немедленное и резкое охлаждение после завершения горячей деформации, и конечная структура упрочнённой стали наследует тонкое строение горячедеформированного аустенита. В зависимости от условий деформирования, определяемых величиной напряжения, температурой и скоростью деформации, структура аустенита по окончании горячей деформации сильно различается.

Она может отвечать:

а) состоянию горячего наклёпа с неупорядоченным распределением дислокаций, когда при последующей закалке прочность повышается и одновременно снижается сопротивление хрупкому разрушению;

б) формированию субструктуры в результате динамического возврата и особенно чёткого и устойчивого субзеренного строения в результате динамической полигонизации -- закалка в этом случае приведёт к оптимальному сочетанию высоких значений прочности и сопротивления хрупкому разрушению;

в) состоянию динамической рекристаллизации, когда в одних объёмах еще сохранена повышенная плотность дислокаций, а в других она резко понижена -- закалка в этом случае может привести к получению комплекса повышенных механических свойств, однако значения их в связи с неоднородностью и нестабильностью тонкого строения будут неустойчивы.

Следовательно, режимы горячей деформации металлических сплавов при осуществлении ТМО необходимо выбирать с таким расчётом, чтобы получить развитую и устойчивую субструктуру в результате динамической полигонизации. При последующей закалке благодаря сдвиговому характеру мартенситного превращения субструктура деформированного аустенита, сформированная на стадии динамической полигонизации, наследуется образующимся мартенситом. Если, например, осуществляется др. схема ТМО, а именно ВТМО, то благодаря сдвиговому характеру превращения при образовании бейнита последний также наследует субструктуру горячедеформированного аустенита. Во всех случаях присутствие в конечных фазах (мартенсите и др.) этой устойчивой субструктуры определяет высокую дисперсность и мозаичность этих фаз, а также тонкое распределение примесей в них -- это и приводит к повышению всех механических свойств, характеризуемому одновременным возрастанием сопротивления пластической деформации и сопротивления разрушению. Это наблюдается не только при «прямой» ТМО, но и при последующей после ТМО термической обработке.

Открытое в СССР и широко используемое в отечественной и зарубежной практике явление «наследования» термомеханическое упрочнения базируется на том, что созданная при горячей деформации совершенная и устойчивая субструктура оказывается устойчивой при последующей перекристаллизации. В условиях повторной термической обработки после ТМО перекристаллизация протекает по сдвиговому механизму, что определяет сохранение субструктуры и, следовательно, комплекса высоких механических свойств, созданного при «прямой» ТМО. Развитие идей «наследования» термомеханического упрочнения позволило создать новую схему -- предварительную термомеханическую обработку (ПТМО), нашедшую применение в СССР и США, а также объяснить высокий уровень свойств в результате патентирования, являющегося, по существу, разновидностью ТМО.

Применительно к дисперсионно-твердеющим сплавам ТМО в промышленности осуществляют по следующим технологическим схемам:

а) нагрев до температуры закалки, деформация, немедленная закалка, старение (ВТМО);

б) закалка, деформация, старение (НТМО).

Первая схема сравнительно легко осуществима, но имеет недостаток -- опасность сильного развития рекристаллизации в связи с высокой температурой деформации, проводимой при температуре закалки. Она широко используется в производстве прессованных изделий из многих алюминиевых сплавов, в которых небольшие добавки Mn, Сr и др. затрудняют рекристаллизацию. При осуществлении второй схемы могут возникать трудности, связанные с высоким сопротивлением деформации твёрдого раствора при комнатной температуре. Эта схема имеет ряд преимуществ: происходит старение с образованием весьма дисперсных фаз уже при холодной (или тёплой) деформации, создаётся более равномерное распределение выделений упрочняющих фаз, образующихся на дислокациях по всему объёму зёрен. Вторая схема ТМО успешно используется для повышения прочности стареющих медных и алюминиевых сплавов.

Глава 3. Химико-термическая обработка металлов

Целью химико-термической обработки является получение поверхностного слоя стальных изделий, обладающего повышенными твердостью, износоустойчивостью, жаростойкостью или коррозионной стойкостью. Для этого нагретые заготовки подвергают воздействию среды, из которой путем диффузии в поверхностный слой заготовок переходят нужные для получения заданных свойств элементы: углерод, азот, алюминии, хром, кремний и др. Эти элементы диффундируют в поверхностный слой лучше, когда они выделяются в атомарном состоянии при разложении какого-либо соединения. Подобное разложение легче всего происходит в газах, поэтому их и стремятся применять для химико-термической обработки стали. Выделяющийся при разложении газа активизированный атом элемента проникает в решетку кристаллов стали и образует твердый раствор или химическое соединение. Наиболее распространенными видами химико-термической обработки стали являются цементация, азотирование, цианирование.

Цементация.

Цементацией называется поглощение углерода поверхностным слоем заготовки, который после закалки становится твердым; в сердцевине заготовка остается вязкой. Цементации подвергают такие изделия, которые работают одновременно на истирание и удар.

Существуют два вида цементации: цементация твердым карбюризатором и газовая цементация. При цементации твердым карбюризатором применяют древесный уголь в смеси с углекислыми солями -- карбонатами (ВаСО3, Nа2СО3, К2СО3, СаСО3 и др.). Цементации подвергают заготовки из углеродистой или легированной стали с массовым содержанием углерода до 0,08 %. Для деталей, подверженных большим напряжениям, применяют стали, содержащие до 0,3 % С. Такое содержание углерода обеспечивает высокую вязкость сердцевины после цементации. Для цементации заготовки помещают в стальные цементационные ящики, засыпают карбюризатором, покрывают крышками, тщательно обмазывают щели глиной, помещают ящики в печь и выдерживают там 5--10 ч при температуре 930--950 °С. Технология цементации деталей в твердом карбюризаторе заключается в следующем. Детали очищают от грязи, масла, окалины и упаковывают в цементационный ящик. На дно ящика насыпают карбюризатор слоем 25--30 мм.

Рис. 1. Упаковка деталей в цементационный ящик:

1 -- ящик; 2 -- карбюризатор; 8 -- «свидетели»; 4 -- детали.

На ящик укладывают первый ряд деталей. Расстояние между деталями должно быть 15--20 мм, а между деталями и стенкой ящика 15--25 мм. На первый ряд деталей насыпают карбюризатор и укладывают следующий ряд деталей, снова засыпают карбюризатор, и так до заполнения ящика до верха. Сверху ящик закрывают крышкой и обмазывают глиной (рис. 1). При нагревании в присутствии угля углекислый барий при температуре 900 °С распадается по реакции: ВаСО3 + С ® ВаО + 2СО.

В результате образуется оксид углерода, который на поверхности стальных заготовок диссоциирует с выделением активного атомарного углерода; этот углерод адсорбируется и диффундирует в поверхностный слой заготовки, в результате повышается его массовое содержание в аустените, далее по достижении предела растворимости образуется цементит: 3Fe + С ® Fe3С. Поверхности, не подлежащие цементации, изолируют от карбюризатора нанесением на них обмазок или омедняют электролитическим способом. Глубина цементации обычно составляет 0,5--3 мм; цементированные заготовки содержат в поверхностном слое 0,95-- 1,1 % С.

При газовой цементации в качестве карбюризатора применяют различные газы и газовые смеси (природный, светильный, генераторный газы и др.). В их состав кроме оксида углерода входят углеводороды, из которых особое значение имеет метан СН4. Газовую цементацию выполняют в герметически закрытых безмуфельных или муфельных печах непрерывного действия при температуре 900-- 950 °С и непрерывном потоке цементирующего газа или в шахтных печах периодического действия. В шахтных печах для цементации используют жидкие углеводороды (керосин, синтин), которые каплями подаются в печь и, испаряясь, образуют газы- карбюризаторы. Преимуществом газовой цементации перед цементацией твердым карбюризатором являются двух-трехкратное ускорение процесса, чистота рабочего места, возможность лучшего управления процессом. Газовая цементация применяется очень широко. Цементированные заготовки подвергают однократной или двойной закалке и низкому отпуску. Однократную закалку с нагревом до 820--850 °С применяют в большинстве случаев, особенно для наследственно-мелкозернистых сталей, когда продолжительная выдержка в горячей печи при цементации не сопровождается большим ростом зёрен аустенита. Такая закалка обеспечивает частичную перекристаллизацию и измельчение зерна сердцевины заготовки, а также измельчение зерна и полную закалку цементированного слоя. Закалка после газовой цементации часто производится из цементационной печи после подструживания заготовок до 840-- 860 °С.

Двойную закалку применяют, когда нужно получить высокую ударную вязкость и твёрдость поверхностного слоя (например, для зубчатых колес). При этом производят:

1) закалку пли нормализацию с нагревом до температуры 880- 9000 С для исправления структуры сердцевины и ликвидации (растворения) цементитной сетки поверхностного слоя;

2) закалку с нагревом до температуры 760-- 780 °С для измельчения структуры цементированного слоя и придания ему высокой твердости (до 60--64 HRC для углеродистой стали).

Закаленные заготовки подвергают низкому отпуску (150-- 170 °С). Углеродистая сталь имеет очень большую критическую скорость закалки, и сердцевина заготовок из такой стали независимо от скорости охлаждения имеет структуру перлит + феррит. Поэтому, чтобы получить детали с сердцевиной высокой прочности (сорбит + феррит), применяют легированную сталь, имеющую меньшую критическую скорость закалки (например, сталь марок 20Х, 18ХГТ, 25ХГМ и др.).

Азотирование

Цель азотирования -- придание поверхностному слою деталей высокой твердости, износостойкости и коррозионной стойкости. Азотирование осуществляется при выделении активного азота из диссоциирующего аммиака: 2NH3 ® 2N + ЗН2.

Азотируют легированную сталь, содержащую алюминий, титан, вольфрам, ванадий, молибден или хром (например, сталь марок 35ХМЮА, 35ХЮА и др.). Перед азотированием заготовки подвергают закалке и высокому отпуску. Азотирование производят в печах при температуре 500-- 600 °С. Активный азот, выделяющийся при диссоциации аммиака, диффундирует в поверхностный слой и вместе с перечисленными легирующими элементами и железом образует очень твердые химические соединения -- нитриды (A1N, MoN, Fe3N и др.). Азотирование на глубину 0,2--0,5 мм продолжается 25--60 ч и в этом его основной недостаток. Однако азотирование имеет ряд преимуществ перед цементацией: температура нагрева сравнительно низкая, а твердость более высокая (1100--1200 по Виккерсу, вместо 800--900 после цементации и закалки); у азотированных изделий большие коррозионная стойкость, сопротивление усталости и меньшая хрупкость. Поэтому азотирование широко применяют для деталей из стали и чугуна (шестерен, коленчатых валов, цилиндров двигателей внутреннего сгорания и т. д.). Азотирование приводит к некоторому увеличению размеров заготовок, поэтому после азотирования их подвергают шлифованию.

Цианирование

Цианирование -- насыщение поверхностного слоя одновременно углеродом и азотом; оно бывает жидкостным и газовым. Жидкостное цианирование производится в ваннах с расплавами цианистых солей (NaCН, KCН, Са(CN)2., и др.) при температуре, достаточной для разложения их с выделением активных атомов Си N. Низкотемпературное (550--600 °С) цианирование применяют главным образом для инструментов из быстрорежущей стали с целью повышения их стойкости и производится в расплавах чистых цианистых солей. Высокотемпературное (800--850 °С) цианирование осуществляется в ваннах, содержащих 20--40 % расплавы цианистых солей с нейтральными солями (NaCl, Na.2CO3 и др.) для повышения температуры плавления ванны. Продолжительность жидкостного цианирования от 5 мин до 1 ч. Глубина цианирования 0,2--0,5 мм. После цианирования заготовки подвергают закалке и низкому отпуску. Цианирование, как и цементацию, применяют для различных изделий, при этом коробление заготовок значительно меньше, чем при цементации, а износо- и коррозионная стойкость более высокие. Недостатком жидкостного цианирования является ядовитость цианистых солей, а также их высокая стоимость.

Газовое цианирование отличается от газовой цементации тем, что к цементирующему газу добавляют аммиак, дающий активизированные атомы азота. Газовое цианирование, так же как и жидкостное, разделяется на низкотемпературное и высокотемпературное. При низкотемпературном (500--700 °С) газовом цианировании в сталь преимущественно диффундирует азот (с образованием нитридов), а углерод диффундирует в малых количествах. Это цианирование так же как и жидкостное низкотемпературное, применяют для обработки инструментов из быстрорежущей стали. При высокотемпературном газовом цианировании (800--850 °С) в сталь диффундирует значительное количество углерода с образованием аустенита. После высокотемпературного цианирования заготовки закаливают. При газовом цианировании, называемом также нитроцементацией, отпадает необходимость в применении ядовитых солей и, кроме того, имеется возможность обработки более крупных деталей.

Диффузионная металлизация

Наиболее распространенными видами диффузионной металлизации являются алитирование, хромирование, силицирование.

Алитирование представляет собой поверхностное насыщение стальных и чугунных заготовок алюминием с образованием твердого раствора алюминия в железе. Его применяют преимущественно для деталей, работающих при высоких температурах (колосников, дымогарных труб и др.), так как при этом значительно (до 10000С) повышается жаростойкость стали. Для алитирования алюминий 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 в течение 3 ч. В процессе отжига поверхностный слой заготовки насыщается алюминием на глубину в среднем 0,5 мм.

Диффузионное хромирование производится в порошковых смесях, составленных из феррохрома и шамота, смоченных соляной кислотой или в газовой среде при разложении паров хлорида хрома СrCl2. Хромированию подвергаются в основном стали с массовым содержанием углерода не более 0,2 %. Хромированный слой низкоуглеродистой стали незначительно повышает твердость, но обладает большой вязкостью, что позволяет подвергать хромированные детали сплющиванию, прокатке и т. п. Хромированные детали имеют высокую коррозионную стойкость в некоторых агрессивных средах (азотной кислоте, морской воде). Это позволяет заменять ими детали из дефицитной высокохромовой стали.

Силицирование -- насыщение поверхностного слоя стальных заготовок кремнием, обеспечивающее повышение стойкости против коррозии и эрозии в морской воде, азотной, серной и соляной кислотах, применяется для деталей, используемых в химической промышленности. Силицированный слой представляет собой твердый раствор кремния в a-железе. Существует силицирование в порошкообразных смесях ферросилиция, а также газовое силицирование в среде хлорида кремния SiCl4.

Литература

1. Гуляев А.П. «Металловедение», М.: 1968.

2. Дальский А.М. «Технология конструкционных материалов», М.: 1985.

3. Лахтин Ю.М. «Материаловедение», М.: 1990.

4. Никифоров В.М. «Технология металлов и конструкционные материалы», Москва.: 1986.

5. Бернштейн М. Л., Термомеханическая обработка металлов и сплавов, т. 1--2, М., 1968.