Файл: Л.П. Короткова Химико-термическая обработка стали.pdf

- 11 -

- 12 -

Для образования описанной структуры требуется высокая концентрация азота (рис. 3, а), этим объясняется длительность процесса диффузионного азотирования. Высокая твёрдость азотированного слоя (рис. 3, в) связана с наличием в структуре нитридов и карбонитридов, и большой растворимостью азота в феррите. При высокотемпературном азотировании происходит коагуляция и сфероидезация нитридов, и, как следствие, получается пониженная твёрдость.

Эффективной азотируемой зоной считается зона внутреннего азотирования без первой зоны. Наличие ε-фазы на поверхности, несмотря на пониженную твёрдость, обеспечивает коррозионную стойкость деталям.

5. Нитроцементация

Нитроцементация – процесс диффузионного насыщения поверхности стали одновременно углеродом и азотом. Оптимальное соотношение между ними составляет 0,7-0,9 % С и 0,3-0,55 % N, содержание азота может достигать 1 %.

Применяется этот метод ХТО с той же целью и на тех же сталях, что и цементация. Нитроцементация имеет ряд существенных преимуществ по сравнению с цементацией:

•Снижается длительность на 50-60 % за счёт ускорения диффузии углерода в присутствии азота.

•Снижается температура до 840-880 0С, которая не вызывает роста зерна аустенита в процессе нитроцементации и является оптимальной для закалки.

•Сокращается процесс последующей термической обработки за счёт совмещения операций нитроцементации и закалки по режиму, рис. 2, в.

•Нитроцементованный слой обладает износостойкостью на 4060 % выше по сравнению с цементированным, хорошей прирабатываемостью за счёт увеличенного количества остаточного

аустенита до 30 % в поверхностных слоях.

Для нитроцементации используют смесь цементующего газа с 3-5 % NH3. Одновременное насыщение N и С может производиться в расплавленных цианистых солях (цианирование): 20-25 % NaCN, 25-50 % NaClC, 25-50 % Na2CO3. Этот процесс, несмотря на значитель-

- 13 -

ное сокращение длительности до 2-3 часов, используется гораздо реже из-за ядовитости цианистых солей.

Нитроцементация проводится на глубину слоя 0,5-0,8 мм с твёрдостью поверхности не ниже HRC 60. Окончательная структура поверхностного слоя содержит мартенсит, остаточный аустенит и карбонитридную упрочняющую фазу. Сердцевина представляет собой тростит, бейнит или малоуглеродистый мартенсит с твёрдостью HRC 4045.

Нитроцементация является более распространённым процессом по сравнению с цементацией и основным в автомобиле- и тракторостроении для изготовления деталей с нешлифуемой поверхностью.

6. Диффузионное насыщение металлами и неметаллами

Применяют для повышения коррозионной стойкости, жаропрочности, износостойкости сталей и сплавов на никелевой и других основах. Насыщаемые детали вместе с порошком упаковывают в металлические контейнеры и нагревают до 1000-1200 0С и выдерживают несколько часов. Эти методы ХТО являются длительными из-за низкой диффузии легирующих элементов.

Состав смесей, свойства и применение приведены в таблице.

- 14 -

В структуре насыщенного слоя образуются твёрдые растворы легирующего элемента в α-Fe и упрочняющие вторичные фазы в виде

химических соединений (Cr23C6,Cr7С3, Cr2O3, SiO2, FeB, Fe2B, Al2O3).

Упрочняющие фазы повышают износостойкость, а окислы – коррозионную стойкость и жаростойкость.

7. Порядок выполнения работы

1.Познакомиться с методическими указаниями и законспектировать основные теоретические положения.

2.С помощью металлографического микроскопа изучить структуру цементованного слоя после цементации и термической обработки,

атакже азотированного слоя. Зарисовать их.

3.Измерить распределение твердости в термообработанных образцах после цементации.

4.Используя окуляр со шкалой, измерить глубину заэвтектоидной, эвтектоидной и переходной зон и рассчитать глубину цементованного слоя на образцах до термической обработки.

Для определения цены деления окулярной шкалы воспользоваться объект-микрометром с ценой деления 0,01 мм.

-15 -

Ц=п1 0,01 , мм

п2

где Ц – цена деления окулярной шкалы; п1 – количество делений на объект-микрометре;

п2 – количество делений на окулярной шкале.

8. Контрольные вопросы

1.Что такое цементация, нитроцементация, азотирование?

2.С какой целью проводят различные виды ХТО и для каких деталей?

3.Какие стали используются для различных видов ХТО?

4.Какие существуют способы цементации, азотирования?

5.В чем преимущество газовой цементации по сравнению с цементацией в твердом карбюризаторе?

6.Какое количество углерода содержится в цементованном слое и как оно меняется; углерода и азота – в нитроцементованном слое; азота – в азотированном?

7.Из каких зон состоит цементованный слой?

8.Дайте характеристику структуры цементованного, нитроцементованного, азотированного слоёв.

9.С какой целью проводится термическая обработка после цементации, нитроцементации, какие существуют варианты?

10.Каковы преимущества нитроцементации?

11.Особенность технологии азотирования, область применения.

12.Методы диффузионного насыщения металлами и неметаллами, их применение.

13.Особенность технологии диффузионной металлизации.

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.Материаловедение/ Б.Н. Арзамасов, В.И. Макарова, Г.Г. Мухин - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. - 648 с.

2.Лахтин С.М. Металловедение и термическая обработка металлов. - М.: Металлургия, 1983. - 389 с.

3.Лахтин Ю.М. Химико-термическая обработка металлов / Ю.М. Лахтин, Б.Н. Арзамасов. - М.: Металлургия, 1985. - 256с.

- 16 -

Составитель Лидия Павловна Короткова

ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СТАЛИ

Методические указания к лабораторной работе по курсу «Материаловедение» для студентов направлений подготовки 552900, 550200,

550900, 551400, 552100 специальностей 120100,120200, 150200, 240100, 240400, 170100,170500

Редактор З.М. Савина

Подписано в печать 16.12.02. Формат 60x84/16. Бумага офсетная. Отпечатано на ризографе. Уч.-изд. л. 0,8. Тираж 650 экз.

Заказ ГУ Кузбасский государственный технический университет.

650026 Кемерово, ул. Весенняя, 28.

Типография ГУ Кузбасский государственный технический университет. 650099 Кемерово, ул. Д. Бедного, 4А.