строение (557054), страница 22
Текст из файла (страница 22)
Образующиеся крнсталлй мартенснта получаются гораздо мельче, чем пря обычной закалке; прн этом получается наиболее высокий комплекс механнческнх свойств. И хотя прочность прн ВТМО ниже, чем прн НТМО (ок до 2400 МПа), пластичность оказывается выше (б до 8 е4, ф до 40 о4), Одновременно ВТМОсннжает порог хладноломкостн стали, чувствнтельность к отпускной хрупкостн 1 н И рода, повышает ударную вязкость и вязкость, разрушения.
По окончании ВТМО следует низкий отпуск стали. Необходнмо отметить, что для ВТМО не требуется использование оборудования для деформации повышенной мощности, прн этом кроме легированных сталей упрочненню можно подвергать углеродистые стали, Высокая прочность стали после ВТМО сохраняется, если впоследствии эту сталь снова закалить.
Инымн словами, существует явление наследования упрочнення после ВТМО прн повторной термообработке (закалке, нлн после высокого отпуска и закалки). После ВТМО н высокого отпуска сталь может обрабатываться резаннем. Поэтому ВТМО н высокий отпуск целесообразно проводить на металлургических предпрнятнях, а процесс резания, закалку н низкий отпуск — на машиностроительном предпрнятнн, так как прн подобной последовательности обработки стали получаются такие же высокне свойства стали, как н непосредственно после ВТМО. Химико-термическая обработка Химико-термическая обработка (ХТО) — процесс термообработкн, связанный с диффузионным насыщением поверхносгн металлического изделия элементами с целью изменения состава, структуры н свойств поверхностного слоя металла.
В зависимости от насыщающего элемента различают следующие виды ХТО: цементацню (насыщенне углеродом), азотнрованне (насьпценне азотом), ннтроцементацию (одновременное насыщение азотом я углеродом), хромнрованне (насыщение хромом), алнтнрованне (насыщенне алюминием), снлнцнрованне (насыщенне кремнием), борированне (насыщенне бором) н др. Выбирая тот нлн иной насыщающнй элемент для конкретного обрабатываемого металла нлн сплава, получают либо повышенные прочностные свойства нлн другие специальные физико-химические характеристики поверхности, например большую коррознонную стойкость нлн жаростойкость, тем самым увеличивая надежность н долговечность деталей.
Прн ХТО обрабатываемые металлические изделия размещают в некоторой емкости, называемой контейнером, ретортой нлн камерой. В емкость вводят насыщающую среду, имеющую в своем составе насыщающнй элемент. Насыщающая среда должна располагаться со всех сторон деталей илн инструментов, равномерно охватывая всю обрабатьваемую поверхность. Применяют газовые, жидкие н парообразные насыщающне среды. В случае нспользовання газовых нлн парообразных сред контейнер должен быть герметнчным для предотвращения утечки насыщающей среды в атмосферу нлн проникновения в контейнер атмосферы воздуха. Процесс ХТО включает трн последовательно идущие стадии: образование во внешней насьпцающей среде насьпцающего элемента в активной атомарной форме; адсорбцню активного элемента поверхностью изделия; диффузию элемента в металл на некоторую глубину.
оо Для осуществления процесса ХТО металлические изделия и насыщающую среду нагревают до температуры обработки. Эта температура должна быть достаточной для выделения из насыщающей среды атомов насыщающего элемента, не препятствовать адсорбции атомов поверхностью металла и обеспечи- У вать высокую скорость диффузии элемента от поверхности в глубь насыщающего металла или сплава. Процесс нагрева изделий и насыщающей среды при ХТО можно осуществл ять различными методами, Наиболее распространен метод нагрева в электрических или газовых печах. На рис.
60 показана схема шахтной электропечи для газовой цеменцан стали: мые детали укладываются нз ! — вентилятоР; у — цементуемме детали; 5 — приспособлении и размещапрвспособлевае для укледкн деталей; а— контейнер; 5 — влектропечь ются внутри контейнера, обогреваемого со всех сторон электропечью. Через контейнер пропускают цементующую газовую среду с принудительной циркуляцией с помощью вентилятора, обеспечивающей повышенную равномерность насыщения деталей углеродом.
Находят также применение методы нагрева газовым тлеющим разрядом (ионный нагрев), токами высокой частоты, пропусканием электрического тока через изделие (контактный нагрев электротоком). Процессы ХТО с такого рода нагревом получили название электро-химико-термической обработки. При такой обработке ускоряется нагрев изделий„ а также активизируется диффузия элементов в металле, что заметно сокращает время процесса. При ионной ХТО (в тлеющем разряде) обрабатываемые изделия подвешиваются в герметичной камере на токовводе (рис.
61) или устанавливаются на плите, подсоединенной к токовводу. Металлическая камера служит анодом тлеющего разряда, а токоввод и изделия — катодом. Вначале из камеры вакуумным насосом откачивают воздух и при остаточном давлении порядка 5 Па включают тлеющий разряд при напряжении около 1000 В. В этих условиях происходит катодное распыление обрабатываемого металла, Рве. БЬ Схема камеры установка для нояной ХТО: ! — обрвбатмваемме детали; У вЂ” камера; 5 — токоввод отрнцательното по тенцналв очищающее поверхность изделий от оксидов и загрязнений.
Благодаря катодному распылению облегчается азотирование сильно пассивирующихся хромистых сталей. По окончании катодного рас- улрл пыления проводят процесс ХТО при давлении протекающего через камеру насыщающего газа 130... ... 1300 Па и напряжения тлеющего разряда 450... 700 В. Такое давление обеспечивает стабильность тлеющего разряда, необходимую температуру процесса, высокую скорость и равномерность кнопку насьпцен и я. Металл в тлекицем разряде нагревается вследствие бомбардировки его поверхности ионами насыщающего газа, образующимися и запасающимися энергией в межэлектродном пространстве.
Ускорение ХТО в тлеющем разряде объясняется, главным образом, активизацией насыщающей газовой среды и химических реакций в газовой среде и на границе раздела газ — металл. Г1ри этом время процесса ионной ХТО по сравнению с газовыми процессами в печах сокращается в 2... 4 раза. Наиболее часто применяют газовые насыщающие среды. Например, при газовой цементации стали используют оксид углерода (СО), метан (СН,), природный газ (содержащий много метана) и другие углеродсодержащие газы.
При азотировании используют частично диссоциированный аммиак. Газовые среды применяют при нитроцементации, хромировании, алитировании, силицировании и в других процессах насыщения металлов и сплавов металлическими и неметаллическими элементами. В качестве жидких насыщающих сред используют расплавленные металлы или соли. Атомы жидкого металла, например алюминия, взаимодействуют с металлической поверхностью обрабатываемого изделия без участия химических реакций. При использовании солей насыщающий элемент выделяется из них на поверхности изделия благодаря химическим реакциям. Парообразные насыщающие среды получаются за счет вакуума.
В этом случае детали и нась~цающий элемент (чаще в виде порошка) располагаются в нагреваемой вакуумной камере. При нагреве в вакууме происходит возгонка насыщающего элемента (например, хрома или кремния) с образованием паров. Пары элемента в вакуумном пространстве контактируют с поверхностью изделия, адсорбируются и далее диффундируют в глубь обрабатываемого металла. Химические реакции в газовых или жидких средах, вследствие которых на поверхности изделия выделяется насьпцающий элемент, могут быть следующие: 1.
Реакции термической диесоциации. Примером может служить реакция диссоциации метана при цементации СН4 -ы С + 2Н,. 2. Обменные реакции, При силицировании железа или стали железо реагирует с тетрахлоридом кремния 2Ре + ЯС1, -!- Я -1- + 2 РеС12. Некоторое количество железа по этой реакции расходуется на образование хлорида железа, а выделившийся кремний диффундирует в обрабатываемое железо. 3. Реакции восстановления. Восстановлением тетрахлорида кремния водородом осуществляют силицирование тугоплавких металлов ЯС14 + 2Н2 -ы Я + 4НС1. 4.
Реакции дисаропорционирования. Такие реакции протекают при алитировании никеля. Дихлорид алюминия переходит в высший хлорид с выделением алюминия 3 А!С12 -!- А1 + 2 А1С1,. ХТО часто проводят в порошкообразных смесях. При нагреве таких смесей вырабатывается насыщающая газовая среда. И хотя исходная среда является твердой, сам процесс ХТО идет в газовой среде. Так, при цементации стали в твердом карбюризаторе используют порошкообразный уголь, входящий в состав карбюризатора. В результате реакции кислорода воздуха с углем образуется диоксид углерода (СОз). Уголь реагирует с диоксидом углерода с образованием оксида углерода по реакции С + СО, — 2СО.
В дальнейшем из оксида углерода выделяется уголь на поверхности стали по реакции диспропорционирования 2СΠ— !-С + СО,. Отходящий от поверхности газ СО, вновь вступает в реакцию с углем. Таким образом, при цементации стали в твердом карбюризаторе процесс ХТО идет с помощью газовых транспортных реакций. Подобным образом при алитировании никелевых сплавов в порошковых смесях используют последовательно идущие газовые транспортные реакции 2А1С1з+А! — !.ЗА!С12! ЗА!С12-!.А1+2А1С!з. При использовании шликерного метода ХТО, когда на обрабатываемую поверхность изделий наносятся пасты или суспензии, насьпцающий элемент выделяется в результате реакций между жидкой и твердой фазой.
По диаграмме состояния насьпцаемый металл — насыщающий элемент можно установить, какие диффузионные слои должны образовываться при ХТО. Рассмотрим это на примере алитирования никеля. При насьпцении никеля алюминием при 950 'С принципиально возможны слои, соответствующие однофазным областям на диаграмме состояния при этой температуре (рис. 62). При этом адсорбированные поверхностью никеля атомы алюминия вначале диффундируют в никель через кристаллическую решетку или по границам зерен с образованием твердого сс-раствора алюминия 9В гзаа )гаа ь аа с с га ааа а га за ва М! д),%)пт) аа гаа а га аа еа аа А! ппгепппппп ап) пйеркиоспи, нпн Рис.
62. Диаграмма состояния н! — А! системы Рис. 66. Распреяелеиие концентрации алюминия и покрытии после алнтиро. иаиия пикеля при 966 'С в никеле % (А1), Когда концентрация алюминия в этом растворе достигнет значения предельной растворимости, равного 13 %, и если интенсивность подачи алюминия к никелю достаточная, на поверхности образуется второй слой а'-фазы (ЩА1). При этом концентрация алюминия в слое находится в пределах от 23 до 27 % *.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
