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