строение (557054), страница 23
Текст из файла (страница 23)
При дальнейшем увеличении подачи алюминия к поверхности металла возникает третий слой р'-фазы (%А1) с более высокой концентрацией алюминия — от 38 до 56 %. Возможно также образование четвертого слоя фазы %,А1,. На рис. 63 показано распределение концентрации алюминия в образующемся покрытии в зависимости от расстояния от поверхности металла после алитирования никеля при 950 'С.
Покрытие состоит из трех слоев — %А1, Ы!4А! и % (А1) с разной концентрацией алюминия, понижающейся от поверхности к сердцевине. Интенсивность подачи элемента к поверхности насьпцаемого металла, если процесс ХТО связан с химическими реакциями определяется интенсивностью химических реакций, в результате которых выделяется элемент на поверхности.
При газовой ХТО интенсивность химических реакций регулируется температурой, давлением, скоростью подачи и составом газовой среды. Формирование диффузионных слоев при ХТО в первую очередь зависит от интенсивности подачи насыщающего элемента к поверхности насьпцаемого металла, скорости диффузии элемента и пе- ' Граничное содержание алюминия н отдельных фазах взято ив диа граммы состояния )й! — А! прн 950 С. от с,'л репада концентраций элемента в (б — — с„ каждом слое. Повышение интен- сивности подачи элемента к цобе ,д,б верхности насьпцаемого металла, г как это было рассмотрено на при(1б мере алитирования никеля, спо- собствует образованию слоев, бога- 40 бб тых этим элементом, а снижение подачи формирует слои с низким аг содержанием элемента.
Так при б бл бв (г (б ха цементации стали в результате огрпггулбллле блг бибргтлб гл" рани ченной подачи углерода при стлгт орис. 04. распрецелеиие ионцеитрации 30 ' ' ' 940 ' фор РУЕтСЯ углерода (1) в стали с 0,20 ед С после КО СЛОЙ тпсрдоГО раетнора УГЛЕ- цементации н нвменеиие тверцссти (2) стали в вависнмости от расстоииии от Рода в 7-желеэе (аУстЕнит). На рис.
64 показано распределение концентрации углерода в слое, получающееся при цементации стали. Концентрация углерода постепенно снижается от поверхности к сердцевине. За полную толщину слоя 6 принимают расстояние от поверхности с концентрацией углерода Са до зоны, где концентрация углерода в слое сравнивается с концентрацией углерода в сердцевине стали (С,).
Рост диффузионных слоев происходит в соответствии с уравнением, вытекающим из второго закона Фима: 6=А|/В), (10) где 6 — толщина слоя; й — коэффициент, зависящий от перепада концентрации насыщающего элемента в слое (Се — Ст). С повышением (Св — С,) значение коэффициента и возрастает; т — время выдержки при температуре процесса; Р— коэффициент диффузии элемента. Приведенное уравнение справедливо для случая, когда значения С и С( с течением времени остаются неизменными.
Цементацин стали (науглероабиланиа). Среди процессов ХТО этот процесс самый распространенный в машиностроении. Цементируют зубчатые колеса, кулачки, валы, специальные роликовые подшипники, от которых требуется высокая поверхностная твердость, износостойкость, усталостная прочность и контактная выносливость. Цементации подвергают углеродистые или легированные стали с содержанием углерода до 0,25 %, например сталь 20, 18Х2Н4ВА, 20Х2Н4А. В результате насыщения стали углеродом (обычно при температурах от 900 до 940 'С) получают цементованные слои толщиной от 0,8 до 2,5 мм с концентрацией углерода 0,9... 1,3 %.
После цементации сталь подвергают закалке и низкому отпуску (применяют также более сложную термообработку). При этом сердцевина стали имеет достаточную прочность и высокую вязкость, так как в ней мало углерода. Поверхность же ввиду высокого содержания углерода приобретает большую твердость и прочность пп (см. рис. 64). В термообработанном цементованном слое образуется структура мартенсита отпуска с вкраплениями карбидов, повышающих износостойкость стали. Из-за внедрения большого количества углерода в кристаллическую решетку железа объем цементованного слоя растет и в поверхностных зонах детали возникают напряжения сжатия. Прочность, твердость и напряжения сжатия обеспечивают цементованному слою высокую износостойкость, а всей обработанной детали — большую усталостную прочность н контактную выносливость.
Детали цементируют в газовой среде или в твердом карбюризаторе. Цементацию в жидких ваннах применяют редко. При ионной цементации, внедряемой в настоящее время в промышленность, благодаря некоторому повышению температуры (до 980 'С) и активизации газовой среды ионизацией время цементации заметно сокращается. Так, для получения цементованного слоя на стали 20Х2Н4А толщиной 1,5... 1,7 мм вместо 18... 20 ч, затрачиваемых при газовой цементации, при ионной цементации требуется 4...5ч. Азотироаание. Азотирование повышает коррозионную стойкость стальных деталей в атмосферных условиях и их поверхностную твердость. Если требуется высокая твердость поверхности, то азотируют легированные стали, содержащие нитридообразующие элементы (хром, молибден, титан).
Чаще азотируют сталь 38Х2М(ОА. Азотирование проводят при 500 ... 570 'С в аммиаке (ЫНв). После адсорбции азота поверхностью стали он диффундирует в кристаллической решетке железа и по границам зерен, образуя а-твердый раствор азота в железе и тонкодисперсные включения нитридов легирующих элементов типа Ме51 и Мев)((.
Нитриды, имеющие очень высокую твердость, придают поверхностному слою стальной детали твердость 10... 12 кПа, превышающую твердость закаленной стали. Толщина азотированного слоя обычно 0,3... 0,5 мм. Перед азотированием сталь подвергают закалке и высокому отпуску, После азотирования изделия только шлифуют. Азотированная сталь обладает высокой нзносостойкостью и высокой усталостной прочностью. В табл. 3 показано влияние цементации и азотирования на предел выносливости стали. Ионное азотирование вместо 40 ... 60 ч, необходимых при газовом азотировании, длится 12 ... 16 ч. Оно позволяет регулировать количество подаваемого к стали азота и тем самым получать азотированный слой с необходимой концентрацией азота и заданной твердостью и вязкостью.
Ионное азотирование обеспечивает более вязкий азотированный слой и меньшее коробление деталей, а в ряде случаев благодаря малым изменениям размеров деталей и отсутствию поверхностного хрупкого нитридного слоя позволяет устранить операцию шлифовки. Хромирование. Диффузионным насыщением хромом повышают о,.
Мпа Термообработка Стала 18Х2Н4А 12ХНЗА 570 630 580 7!О 440 6!О 485 620 38Х2МЮА !01 Т а б л н ц а 3. Влнинне цементации и азотмрованин на предел выносливости стали Улучшение ! Цементации, закалка и низкий отпуск Улучшение Цементации, закалка и низкий отпуск Улучшение Улучшение и азотирование У тучшенне Улучшение и азотированне жаростойкость стали, тугоплавких металлов, графита. Хромированием стали можно повысить ее коррозионную стойкость, твердость и износостойкость. При хромировании низкоуглеродистой стали в порошковых смесях (например, в смеси 50 % ГеСг, 45 % А1,0„5 % (т(НаС!при!000'С) нли в вакуумной камере (при !400'С) на поверхности образуется слой твердого раствора хрома в железе с содержанием хрома у поверхности до 80 %.
Такая сталь жаростойка до 800 С и имеет коррозионную стойкость, не уступающую нержавеющим сталям, благодаря образованию на поверхности защитной пленки оксида хрома Сг,О,. При хромировании молибдена также формируется слой твердого раствора Мо (Сг), придающий ему жаростойкость.
В случае хромирования стали с содержанием углерода ) 0,3 % наружный диффузионный слой состоит из карбидов хрома типа Сг„С, и Сг,С, с высокой твердостью (Н$' 18,0 кПа), придающий стали износостойкость. Такие карбиды образуются вследствие диффузии хрома в глубь стали и встречной диффузии углерода изнутри стали к поверхности (рис. 65, а). При хромировании графита на поверхности также образуется карбидный слой с высокой твердостью, повышающий его износостойкость и жаростойкость. Алитироаание. При взаимодействии алитированной поверхности металла с кислородом воздуха возникает защитная пленка оксида алюминия А1,0„придающая металлам жаростойкость и коррозионную стойкость. Широкое распространение нашел способ алитирования в порошках.
Для алитирования никелевых жаропрочных сплавов, используемых для лопаток газовых турбин двигателей, применяется смесь из 98 % ферроалюминия (ГеА1) и 2 % хлористого аммония (ИНаС1). При 950 С образуется защитное покрытие с наружным слоем интерметаллидного соединения ЯА1. В процессе эксплуатации лопаток турбин при высоких температурах на поверхности слоя !т!!А! формируется защитная пленка сложного оксида %0.А!аО„задерживающая проникновение кислорода воздуха к металлу.
Рассасывание алюминидного покрытия, сопровождающееся снижением в нем концентрации алюминия, ограничи- ,* т51:." .,'.: ."«;"!хх л:.('!. '::, " роваииой высокоуглеродистой ста ли (л). стали !О (б). молибдена (а), силииироваииых в тлеющем раари.:".фок!'.,'..
-'; ' -::.' '(.'МЙ: . Хрде, а — Х бОа вает срок его службы (рис. 66). Алюминидные покрытия увеличивают ресурс работы газовых турбин в несколько раз. Рис. 67 показывает, что окисление сплава ЖС6К после алитирования происходит значительно медленнее. Еще более долговечны алитированные лопатки турбин, дополнительно насыщенные хромом или кремнием.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
