Термическая обработка черных металлов

При первой закалке нагрев до температуры А_С3+(30-50)°С цементуемой стали. При таком нагреве во всем объеме детали установится аустенитное состояние. Нагрев до температур, лишь немного превышающих А_С3, вызывает перекристаллизацию сердцевины детали с образованием мелкого аустенитного зерна, что обеспечит мелкозернистость продуктов распада. При температуре весь диффузионный слой переходит в аустенитное состояние, поэтому, чтобы предотвратить выделение цементита, проводят закалку.

При второй закалке нагревают до температуры с превышением А_С1 на 30-50^оС. В процессе нагрева мартенсит, полученный в первой закалке, отпускается, что сопровождается образованием глобулярных карбидов. Вторая закалка обеспечивает также мелкое зерно в науглероженном слое.

Окончательной операцией термической обработки является низкий отпуск при 160-200^оС, уменьшающий остаточные напряжения и не снижающий твердость стали.

После двойной закалки и низкого отпуска поверхностный слой приобретает структуру отпущенного мартенсита с включениями глобулярных карбидов.

Детали менее ответственного назначения после цементации подвергают более простой термической обработке, состоящей из одной закалки и низкого отпуска.

Азотирование стали. Это процесс диффузионного насыщения азотом поверхностной зоны, применяют повышения износостойкости и предела выносливости стали.

До азотирования детали подвергают закалке и высокому отпуску и чистовой обработке. Обычно азотирование проводят при температуре 500 600^оС в муфелях или контейнерах, через которые пропускается диссоциирующий аммиак.

При нагреве аммиака в изолированном объеме возможна топько реакция с образованием молекулярного азота

2NH₃ N₂ + 3H₂,

который не может диффундировать в сталь без ионизации.

По мере насыщения железа азотом при температуре ниже 590^оС сначала образуется -твердый раствор внедрения азота в железе, затем слой - фазы с ГЦК решеткой и упорядоченным расположением атомов азота в центрах элементарных ячеек. Процесс азотирования завершается образованием на поверхности слоя - фазы с ГП решеткой и упорядоченным расположением атомов.

Процесс азотирования весьма длительная операция. Так, при обычном азотировании диффузионный слой около 0,5 мм получают при 500- 520^оС за 55 ч выдержки.

Одновременное насыщение поверхности стали углеродом и азотом. В ряде случаев совместное диффузионное насыщение стали азотом и углеродом позволяет получать определенные преимущества. Например, азот способствует диффузии углерода, поэтому можно понизить температуру диффузионного насыщения до 850^оС и получить примерно такое же науглероживание, как при цементации. В этом случае уменьшится рост зерна аустенита и последующую закалку можно проводить сразу же после некоторого подстуживания. Такой процесс называют нитроцементацией так как исходной средой является смесь цементирующего газа с 3-5% аммиака, а в диффузионной зоне образуется карбонитриды. Нитроцементованные слои хорошо сопротивляется износу и коррозии.

Цианирование. Одновременное насыщение стали углеродом и азотом можно также проводить при температуре 820-860^оС в расплавленных солях, содержащих цианистый натрий. В ванне, содержащей 20- 25% NАCN, 25-50% NaCl и 25-50% Nа₂СО₃, за 1 ч выдержки при указанной температуре можно получить диффузионный слой толщиной примерно 0,3 мм, который после закалки от 820-860°С из ванны и отпуска при 180-200°С приобретает поверхностную твердость HRС 58 62 и содержит примерно 0,7% С и 1% N. Цианированный слой по сравнению с цементованным обладает более высокой износостойкостью.

В цианистой ванне протекают следующие реакции:

2NаСl + О₂ 2NаСNО;

2NаСNО + О₂ Nа₂СО₃ + СО + 2N;

2СО СО₂ + С.

термический деформация металл сталь

Существенный недостаток цианирования - ядовитость цианистых солей, что требует принятия специальных мер по охране труда и окружающей среды.

Размещено на Allbest.ru