Химико-термическая обработка стали

Химико-термической обработкой называется процесс изменения химического состава, структуры и свойств поверхностных слоев стальных деталей. Такой обработке часто подвергают детали с целью повышения твердости, износоустойчивости и коррозионной стойкости поверхностного слоя при сохранении вязкой и достаточно прочной сердцевины.

Наиболее распространенными видами химико-термической обработки являются цементация, азотирование, цианирование, а также диффузионная металлизация.

Кроме указанных видов обработки, также применяют хромирование (насыщение поверхности слоя хромом), силицирование (насыщение кремнием), борирование (насыщение бором).

Цементацией называется процесс насыщения поверхностного слоя низкоуглеродистой стали углеродом. Цель цементации – получение высокой твердости поверхностного слоя деталей при сохранении вязкой и мягкой сердцевины, а также повышение износостойкости и предела усталости. Насыщенный углеродом поверхностный слой называется цементированным.

Цементации подвергают детали из углеродистой (иногда и легированной) стали, содержащей углерода от 0,01 до 0,25%.

Богатые углеродом смеси, применяемые для цементации, называются карбюризаторами. Они могут быть твердыми, жидкими и газообразными. От вида применяемого карбюризатора цементация разделяется на твердую, жидкую и газообразную.

Твердая цементация (в твердом карбюризаторе) является наиболее старым процессом химико-термической обработки. Карбюризатор представляет собой порошкообразную смесь, состоящую (по массе) из древесного угля (70%), углекислого бария (20-25%) и углекислого кальция (3-5%). Добавление к древесному углю углекислых солей ускоряет процесс цементации.

Процесс цементации заключается в следующем: поступившую после механической обработки деталь (с припуском на последующую обработку) перед цементацией тщательно очищают от окалины, грязи, ржавчины, масла и просушивают. Поверхности, не подлежащие цементации, покрывают огнеупорной глиной в смеси с 5-10% асбестового порошка или же слоем меди в гальванических ваннах.

Если нельзя предохранить поверхность указанными выше способами, цементируют всю деталь, а затем дополнительно закаливают те места, которые должны обладать высокой твердостью или износоустойчивостью.

Жидкостная цементация осуществляется путем погружения деталей в соляные ванны при температуре 830-850⁰С. Карбюризатором при этом являются расплавленные соли, содержащие 75-80% углекислого натрия (сода), 10-15% поваренной соли и 6-10% карбида кремния. Цементация происходит за счет атомарного углерода, выделяющегося в ванне при 820-850⁰С от взаимодействия солей с карбидом кремния. Длительность процесса составляет 0,5-2 ч. За 40-50 мин процесса глубина цементированного слоя не превышает 0,2 мм.

Цементации подвергают мелкие детали, глубина цементированного слоя не должна превышать 0,5-0,6 мм.

Преимуществом цементации в соляных ванных является равномерность нагрева и возможность непосредственной закалки после выемки из цементационной ванны. Процесс проходит быстрее, чем при цементации в твердой среде.

Газовая цементация заключается в насыщении поверхности стальных деталей углеродом в атмосфере углеродсодержащих газов. Газовую цементацию (в окиси углерода) впервые применил П.П.Аносов в 1837 г.

Газовую цементацию стальных деталей осуществляют в герметически закрытых камерах (муфелях) печей периодического или непрерывного действия путем нагрева при температуре 930-950⁰С в среде углеродосодержащих газов, например естественных, состоящих в основном из метана СН₄ и окиси углерода СО. Используют также жидкие карбюризаторы: бензол, пиробензол, осветительный керосин, синтин (продукт синтеза окиси углерода) и сжиженный природный газ.

Продолжительность процесса устанавливается в зависимости от требуемой глубины цементируемого слоя. Нагрев в газовом карбюризаторе и процесс насыщения поверхностного слоя являются более прогрессивными и экономичными по сравнению с твердой цементацией.

 

 

Рисунок 16.2 Приемы погружения деталей при закалке

Тема 8. Сварка, резка и наплавка.

Сваркой называется процесс получения неразъемного соединения металлических частей путем местного нагревания их до тестообразного или расплавленного состояния. Сварка может осуществляться с применением давления для сжатия свариваемых деталей или без применения его.

Сварку применяют при изготовлении железнодорожных вагонов, котлов, ответственных частей морских и речных судов, подъемно-транспортных сооружений, мостов, сельскохозяйственных машин и др. Очень широко сварка и резка металла используются в ремонтных и восстановительных работах, где они позволяют быстро и с наименьшими затратами восстановить изношенное или вышедшее из строя оборудование и сооружения (доменные печи, мосты, морские суда, газопроводные линии и т.д.).

Сварка применяется для соединений и наплавки разнообразных металлов: чугуна, стали, меди, бронзы, алюминия и др., для соединения металлов с неметаллами. Но не все металлы свариваются хорошо. Хорошо свариваются углеродистая сталь с содержанием углерода от 0,12 до 0,22%, низколегированные стали 20ХГС, 2ХМА и др. Ограниченно свариваются стали с содержанием углерода от 0,42 до 0,55%, низколегированные 30ХМА, 30ХГС и др. Плохо свариваются углеродистые стали с содержанием углерода более 0,55%, низколегированные 35ХГС, 40ХГС и др.

Сварным соединением называют соединение двух металлических частей, осуществленное сваркой.

На рис.12.1 изображены основные типы сварных соединений (швов). При сварке электрозаклепками верхний лист просверливается и отверстие заваривается так, чтобы сварка захватила поверхность нижнего листа.

а - стыковые, б - угловые, в - с накладками, г - тавровые, д - электрозаклепками Рисунок 12.1 Виды сварных соединений и швов