АЗОТИРОВАНИЕ И ЦЕМЕНТАЦИЯ
Цементация
Цементация - химико-термическая обработка, заключающаяся в диффузионном насыщении поверхностного слоя атомами углерода при нагреве до температуры 900…950 C0.
Цель цементации — обогатить поверхностный слой детали углеродом до концентрации 0,8—1,1% и получить, после закалки, высокую твердость поверхностного слоя при сохранении пластичной сердцевины.
Цель цементации — обогатить поверхностный слой детали углеродом до концентрации 0,8—1,1% и получить, после закалки, высокую твердость поверхностного слоя при сохранении пластичной сердцевины.
Физика процесса.
Цементация может проводиться в твердых, газообразных и жидких углеродсодержащих средах, которые называются карбюризаторами. Нагрев осуществляют в среде, легко отдающей углерод.
Цементация в твердой среде
Наиболее старым способом является цементация в твердой среде. Детали укладываются в стальной ящик, должны быть полностью покрыты карбюризатором(уголь) и не касаться друг друга и стенок ящика. Ящик герметично закрывается и загружается в печь. При нагреве образуется окись углерода (CO), которая в свою очередь разлагается на углекислый газ (СО2) и атомарный углерод. Так как детали нагреты до температуры выше критической точки Ас3, атомарный углерод проникает вовнутрь мягкого железа.
Режимы обработки: 900-950 градусов, 1 час выдержки на 0,1 мм толщины цементированного слоя. Для получения 1 мм слоя — выдержка 10 часов.
Цементация в твердой среде
Наиболее старым способом является цементация в твердой среде. Детали укладываются в стальной ящик, должны быть полностью покрыты карбюризатором(уголь) и не касаться друг друга и стенок ящика. Ящик герметично закрывается и загружается в печь. При нагреве образуется окись углерода (CO), которая в свою очередь разлагается на углекислый газ (СО2) и атомарный углерод. Так как детали нагреты до температуры выше критической точки Ас3, атомарный углерод проникает вовнутрь мягкого железа.
Режимы обработки: 900-950 градусов, 1 час выдержки на 0,1 мм толщины цементированного слоя. Для получения 1 мм слоя — выдержка 10 часов.
Газовая цементация
В последнее время нашла широкое применение цементация газами. Детали загружают в печи в которые вводят цементующие газы (окись углерода и метан). При нагреве газ разлагается, образуя атомарный углерод. Продолжительность процесса газовой цементации меньше, чем цементации твердым карбюризатором, так как нагрев и охлаждение производятся с большими скоростями, чем это можно осуществить в цементационных ящиках. Кроме этого, газовая цементация имеет ряд других преимуществ: возможность точного регулирования процесса цементации путем изменения состава цементующего газа, отсутствие громоздкого оборудования и угольной пыли и возможность производить закалку непосредственно из печи. Процесс газовой цементации более экономичен
Какие материалы подвергаются цементации?
Цементации подвергают стали с низким содержанием углерода (до 0,25 %) или легированные низкоуглеродистые стали марок: 20Г, 20Х, 20ХФ, 12ХНЗА, 20Х2Н4А, 18ХГТ, 18Х2Н4ВА, 20ХГНР и др. Данной обработке подвергают такие детали машин и аппаратов, которые должны иметь износостойкую рабочую поверхность и вязкую сердцевину, такие как: зубчатые колеса, коленчатые валы, кулачки, червяки, поршневых пальцев, отвалов плугов и др.
Свойства металла после обработки.
В результате цементации достигается только выгодное распределение углерода по сечению. Окончательно формирует свойства цементованной детали последующая термообработка. Все изделия подвергают закалке с низким. После закалки цементованное изделие приобретает высокую твердость (50..58HRC) и износостойкость, повышается предел контактной выносливости и предел выносливости при изгибе, при сохранении вязкой сердцевины.
Азотировани. Физика процесса.
Азотирование - процесс насыщения поверхностного слоя детали азотом, с целью повышения твёрдости, износоустойчивости, предела усталости и коррозионной стойкости.
Азотирование проводится при 500-600 °С в герметично закрытом контейнере из железа, который внедряется в печь. Его разогревают до температуры соответствующей выбранному режиму, и выдерживается необходимое время. В контейнер закладывают детали, которые будут подвержены азотированию.
Азотирование проводится при 500-600 °С в герметично закрытом контейнере из железа, который внедряется в печь. Его разогревают до температуры соответствующей выбранному режиму, и выдерживается необходимое время. В контейнер закладывают детали, которые будут подвержены азотированию.
Туда же под определенным давлением запускается аммиак, который под действием высоких температур диссоциирует на водород и атомарный азот, который в свою очередь проникает в поверхностный слой мягкого металла, образуя нитриды с элементами, входящими в состав стали, алюминием, хромом, молибденом. Они имеют высокую твердость. По окончании процедуры печь плавно охлаждается вместе с потоком аммиака.
Толщина нитридного слоя может варьировать от 0,3 до 0,6 мм. Таким образом, отпадает надобность в последующей термической обработке с целью повышения прочностных характеристик.
Толщина нитридного слоя может варьировать от 0,3 до 0,6 мм. Таким образом, отпадает надобность в последующей термической обработке с целью повышения прочностных характеристик.
Какие материалы подвергаются азотированию?
Нитриды железа обладают сравнительно невысокой твердостью и незначительно повышают ее в стали. Следовательно, для азотирования применяют легированные стали, содержащие алюминий, хром и молибден, такие как 38ХМЮА, 18Х2Н4ВА и др.
Азотированию подвергают также детали из коррозионностойких, жаростойких и жаропрочных сталей, работающих на трение в агрессивных средах и при высоких температурах; матрицы и пуансоны для горячей штамповки, пресс-формы из инструментальных сталей для литья под давлением (Х12Ф1, ЗХ2В8Ф и др.); пружины из сталей 50ХФА, 60С2. Для азотирования целесообразно применять стали, содержащие титан.
Если азотирование проводится с целью повышения коррозионностойкости, то этому процессу подвергаются также и углеродистые стали.
Азотированию подвергают также детали из коррозионностойких, жаростойких и жаропрочных сталей, работающих на трение в агрессивных средах и при высоких температурах; матрицы и пуансоны для горячей штамповки, пресс-формы из инструментальных сталей для литья под давлением (Х12Ф1, ЗХ2В8Ф и др.); пружины из сталей 50ХФА, 60С2. Для азотирования целесообразно применять стали, содержащие титан.
Если азотирование проводится с целью повышения коррозионностойкости, то этому процессу подвергаются также и углеродистые стали.
Свойства металла после обработки.
Твердость углеродистой стали после азотирования составляет 200..250 HV
Твердость легированной стали 600..800 HV
Для сталей, имеющих в своем составе алюминии, хром и молибден, твердость составит от 1200 HV и выше.
Одновременно с тем, как твердость посредством легирующих элементов становится выше, толщина азотированного слоя – ниже.
Твердость легированной стали 600..800 HV
Для сталей, имеющих в своем составе алюминии, хром и молибден, твердость составит от 1200 HV и выше.
Одновременно с тем, как твердость посредством легирующих элементов становится выше, толщина азотированного слоя – ниже.
Преимущества азотирования.
· Азотирование придает поверхности детали особо высокую твердость и износостойкость, которые сохраняются при нагреве до 550—600°С. Это важное преимущество азотированных деталей перед цементованными, которые могут сохранять высокую твердость лишь до 200—250°С.
· Азотирование повышает устойчивость стали к коррозии.
· После азотирования не требуется закалка, температура процесса на 350—400°С ниже, чем при цементации. В результате коробление деталей при азотировании получается меньшим.
· Азотирование повышает устойчивость стали к коррозии.
· После азотирования не требуется закалка, температура процесса на 350—400°С ниже, чем при цементации. В результате коробление деталей при азотировании получается меньшим.
· Размер обрабатываемой детали остается практически неизменным
Недостатки:
· Большая длительность процесса (до двух суток).
· Для азотирования применяют дорогие легированные стали, азотированные детали получаются в 2—3 раза дороже, чем обычные.
Недостатки:
· Большая длительность процесса (до двух суток).
· Для азотирования применяют дорогие легированные стали, азотированные детали получаются в 2—3 раза дороже, чем обычные.
Выводы.
Азотирование один из самых популярных методов доведения металлических деталей до наилучших показателей сопротивления изнашиванию. Насыщение азотом поверхностные слои имеют высокое сопротивление коррозии. Азотирование стало ключевой операцией, не требующей дальнейшее термообработки, в результате чего, этот процесс стал необходимым для обработки деталей в машиностроении, станкостроение и в других сферах, выдвигающих высокие требования к составным элементам.
