ТОП 10:

Химико-термическая обработка сталей.



Под химико-термической обработкой понимают обработку металлов при высоких температурах в химически активной среде – твердой, газовой или жидкой. При этом изменяется химический состав, структура и свойства поверхностного слоя: твердость, износостойкость, усталостная прочность, эрозионная стойкость, красностойкость и другие. Это происходит за счет диффузионного насыщения поверхностных слоев металла различными химическими элементами. Виды химико-термической обработки классифицируют по элементам, которыми насыщают поверхностный слой. Распространенными видами химико-термической обработки являются цементация, азотирование, цианизация и диффузионная металлизация.

1. Цементация – процесс насыщения стальных изделий углеродом. Цементации подвергают стали с содержанием углерода до 0,2%. Цементация может происходить в газовой и твердой среде. Концентрация углерода в поверхностных слоях глубиной 0,5...2,5 мм достигает 0,8% (рис. 3.6). Цементированные изделия подвергают закаливанию, в результате чего в поверхностных слоях образуется мартенсит, а малоуглеродистая сердцевина состоит из вязкой феррито-перлитной смеси. Поэтому изделия, прошедшие цементацию, обладают высокой стойкостью против износа и хорошим сопротивлением ударным нагрузкам.

Рис. 3.6. Схема микроструктуры поверхностного слоя цементованной стали

П – перлит; Ф – феррит

 

 

2. Азотирование – это насыщение поверхностных слоев стали азотом. Азотированию обычно подвергают изделия из легированных сталей. Азотируют в атмосфере аммиака при температуре 500...650ºС. Азот диффузирует в сталь, образуя из ее компонентов другие твердые сплавы – нитриды (AlN, VN, Mo2N). Азотированная поверхность тверже, чем цементированная, и, кроме того, имеет повышенную коррозионную стойкость. Глубина поверхности достигает 0,8 мм. Азотированию подвергаются готовые изделия.

3. Цианирование процесс одновременного насыщения поверхностных слоев стали углеродом и азотом. При применении газовой среды этот процесс называют нитроцементацией. Продолжительность процесса газовой нитроцементации – 3...12 часов. Глубина, на которую проникают углерод и азот, приблизительно 0,5...1,5 мм. Низкотемпературное цианирование (530...550ºС) применяют после остаточной термической обработки изделия – закалки и высокого отпуска. После среднетемпературного (820...850ºС) и высокотемпературного (800...950ºС) цианирования изделия подвергают закалке и низкому отпуску при температуре 160...200ºС. Основное назначение этих процессов – повышение твердости, износостойкости, предела выносливости, а иногда коррозионной стойкости материалов.

4. Диффузионная металлизация – процесс насыщения поверхностного слоя стали:

– хромом (хромирование) – для повышения окалиностойкости (особенно при нагревании до 800…900ºС), сопротивления коррозионным воздействиям в водных растворах некоторых кислот и в морской воде;

– алюминием (алитирование) – для повышения жаростойкости. Алитирование не следует отождествлять с алюминированием. Алюминирование – нанесение на поверхность металлических изделий покрытий из алюминия или его сплавов. Алитирование можно рассматривать как разновидность алюминирования;

– другими металлами.

Эта металлизация может происходить в твердой и газовой среде (сплав элементов с хлором). При температуре 800...1200ºС металлы диффузируют в поверхностные слои обработанной стали. Процесс продолжается 5...15 часов. В некоторых случаях после металлизации детали подвергают термической обработке.

Также применяют:

силицирование (насыщение кремнием) – для повышения износоустойчивости, улучшения коррозионной стойкости и кислотоупорности изделий;

– борирование (насыщение бором) – с целью повышения поверхностной твердости и износостойкости изделий, реже – их коррозионной стойкости и теплостойкости.

Тема 4. УГЛЕРОДИСТЫЕ И ЛЕГИРОВАННЫЕ СТАЛИ. КЛАССИФИКАЦИЯ, СВОЙСТВА, ПРИМЕНЕНИЕ

Классификация сталей.

Сталями принято называть сплавы железа с углеродом, содержащие до 2,14% углерода. Кроме того, в состав сплава обычно входят постоянные полезные добавки: марганец, кремний и вредные примеси: сера, фосфор, а также мышьяк, содержание которых должно быть строго ограничено. Обычно содержание этих элементов ограничивается такими верхними пределами: Mn до 0,8%; Si до 0,5%, S до 0,05%; P до 0,06%. Некоторые элементы могут быть введены специально для улучшения физико-химических и механических свойств, такие элементы называются легирующими.

Стали классифицируют по самым различным признакам.

1. По структуре:

1.1. Доэвтектоидные, которые при обычной температуре состоят из феррита и перлита, и содержание углерода в них менее 0,8%.

1.2. Эвтектоидные, структура которых состоит из чистого перлита (углерода С = 0,8%).

1.3. Заэвтектоидные, состоящие из перлита и цементита (углерода
0,8% < С ≤ 2,14%).

2. По способу производства:

2.1. Мартеновская.

2.2. Конвертерная:

– бессемеровская [футеровка конвертера выполнена из кислых материалов (динасовый кирпич или кварцит)];

– томасовская (футеровка конвертера выполнена из основных материалов (обожженный доломит));

– кислородно-конвертерная.

2.3. Выплавляемая в электрических печах.

По химическому составу.

В зависимости от химического состава различают стали:

3.1. Углеродистые (ГОСТ 380-71; ГОСТ 380-94, ГОСТ 1050-88).

В зависимости от содержания углерода стали углеродистые могут быть:

3.1.1 малоуглеродистыми (до 0,25% С);

3.1.2 среднеуглеродистыми (0,25…0,6% С);

3.1.3 высокоуглеродистыми (более 0,60% С).

3.2. Легированные (ГОСТ 4543-71, ГОСТ 5632-72, ГОСТ 14959-79).

В зависимости от содержания легирующих элементов легированные стали подразделяются на:

3.2.1 низколегированные, в которых суммарное содержание легирующих элементов не превышает 2,5%;

3.2.2 среднелегированные, в состав которых входят от 2,5 до 10% легирующих элементов;

3.2.3 высоколегированные – более 10% легирующих элементов.

По качеству.

В зависимости от содержания вредных примесей (серы и фосфора) стали подразделяют на:

4.1. Стали обыкновенного качества, содержание серы – S < 0,055%, фосфора – Р < 0,045%.

4.2. Качественные – S < 0,04%, Р < 0,035%.

4.3. Высококачественные – S < 0,025% и Р < 0,025%;

4.4. Особо высококачественные – S < 0,015% и Р < 0,025%.

По степени раскисления.

По степени удаления кислорода из стали, т.е. по степени ее раскисления, существуют:

5.1. Спокойные стали, т.е., полностью раскисленные марганцем, кремнием и алюминием. Такие стали обозначаются буквами “сп” в конце марки (иногда буквы опускаются).

5.2. Кипящие стали – раскисленные не полностью и только марганцем. Маркируются буквами "кп".

5.3. Полуспокойные стали, занимающие промежуточное положение между двумя предыдущими, раскисленные марганцем и кремнием. Маркируются буквами "пс".

6. По назначению:

6.1. Конструкционные стали, которые предназначены для изготовления строительных конструкций и деталей машин. Конструкционные стали должны иметь высокую прочность, вязкость, а также высокую пластичность. Чаще всего эти требования должны обеспечиваться комплексно. К применяемым в промышленном производстве и строительстве сталям предъявляются такие требования к их технологическим свойствам: способность поддаваться обработке давлением, резанием и хорошо свариваться.

Конструкционные стали делятся на:

1. Стали для строительных конструкций.

2. Стали цементуемые.

3. Стали улучшаемые (смешанная технологичная операция закалки и высокого отпуска).

4. Высокопрочные (граница прочности более 1500 МПа).

5. Рессорные и пружинные стали.

6. Подшипниковые.

7. Износостойкие.

6.2. Инструментальные стали, которые используются для изготовления режущего, мерительного, штамповочного и прочего инструмента. Эти стали содержат более 0,65% углерода. Основные требования – это большая твердость и стойкость от изнашивания.

6.3. Стали со специальными (особыми) физико-химическими свойствами:

а) с особыми физическими свойствами, например, с определенными магнитными характеристиками или малым коэффициентом линейного расширения: электротехническая сталь, суперинвар, магнитная;

б) с особыми химическими свойствами, например, нержавеющие, жаростойкие или жаропрочные стали.

Конструкционные стали.







Последнее изменение этой страницы: 2016-07-11; Нарушение авторского права страницы

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.219.217.107 (0.015 с.)