Термическая и химико-термическая обработка конструкционных материалов

Также дефекты закалки, вызванные обезуглероживанием или медленным охлаждением, могут привести к снижению твердости цементированного слоя. Для устранения таких дефектов в углеродистых сталях с низкой закаливаемостью рекомендуется увеличивать скорость охлаждения при закалке, например, с применением растворов солей для охлаждения деталей.При обработке высоколегированных сталей поверхность может покрыться тонкой мягкой пленкой из-за сохранения аустенитного слоя после нагрева и закалки. Для устранения этой проблемы необходимо провести гомогенизацию и снизить температуру закалки. Появление мягких пятен в результате азотирования может быть обусловлено обезжириванием деталей перед процедурой. Увеличенная хрупкость и склонность к выкрашиванию могут быть следствием азотирования обезуглероженной поверхности, образующейся в процессе термической обработки.Важно учитывать, что при азотировании высоконагруженных деталей необходимо удалять поверхностный слой механической обработкой из-за его низкой твердости. Возникновение дефектов на поверхности изделия связано с нарушениями температурного режима в процессе азотирования. Чтобы собрать конструкцию, требуется выполнить шлифовку и притирку азотированного слоя.Низкая температура азотирования приводит к образованию тонкой пленки с недостаточным насыщением, что не всегда можно выявить стандартными методами контроля. Такие дефекты отрицательно сказываются на работе изделия, однако их можно исправить путем повторного азотирования при правильной температуре. Повышенные температуры азотирования подходят только для быстрорежущих и нержавеющих сталей, так как в противном случае они могут привести к потере твердости поверхности, которую нельзя восстановить.Борирование и силицирование сталиПроцедура борирования представляет собой химико-термическую обработку стали, которая заключается в насыщении бором поверхностного слоя материала при высокой температуре в специальных средах. Этот метод считается одним из наиболее эффективных в области химико-термической обработки, подвергая борированию различные классы сталей - перлитные, ферритные и аустенитные. Процесс борирования может быть выполнен в различных средах - твердых, жидких (включая электролитическое и безэлектролитическое борирование) и газовых. При использовании твердых сред для борирования, детали помещают в герметичные контейнеры, которые называются боризаторами.Применение процесса борирования в различных средах, включая вакуум и водородные среды, зависит от типа обрабатываемых деталей. Электролизное борирование, используемое для изделий простых форм, осуществляется с использованием графитовых стержней в качестве анода и переменного напряжения от 6 до 24 В. Жидкофазное борирование применяется только для сложных деталей.Химико-термическая обработка деталей в газообразных средах – наиболее низкотемпературный процесс борирования. Однако взрывоопасность и токсичность используемых сред ограничивают прогрессивные возможности этого метода. В результате борирования от поверхности стали оттесняется углерод, образуя зону сплошных боридов в насыщаемой зоне. Химический состав, форма и структура этих боридов напрямую зависят от химического состава стали. Увеличение содержания углерода и легирующих элементов приводит к уменьшению глубины насыщенного слоя бора.Создание зоны повышенной концентрации углерода за слоем боридов зависит от карбидообразующих элементов в стали. Ширина этой зоны определяется скоростью диффузии углерода, которую резко снижают карбидообразующие элементы. Некарбидообразующие элементы практически не влияют на размеры этой зоны. Многокомпонентное борирование может включать насыщение детали не только бором, но и другими элементами, такими как хром, алюминий и кремний.Силицирование - химико-термический процесс обработки, при котором сталь насыщается кремнием при высоких температурах (950-1100 °C). Этот метод повышает коррозионную и износостойкость поверхностного слоя деталей, делает сталь более устойчивой к агрессивным средам, таким как морская вода и кислоты, а также увеличивает окалиностойкость до 800-1000 °C. Иногда силицирование используется для придания деталям антифрикционных свойств. Этот процесс может осуществляться как в газообразных, так и в жидких средах, как с применением электролиза, так и без него. Однако, несмотря на все его преимущества, результаты улучшения стойкости не всегда настолько значительны, чтобы силицирование стало широко распространенным методом обработки стали.Диффузионная металлизация сталиНасыщение поверхности стали металлами в ходе их высокотемпературной химико-термической обработки в соответствующих насыщающих средах называется диффузионной металлизацией. Целью такого вида химико-термической обработки является изменение состава, структуры и свойств поверхностного слоя стали путем введения в него таких металлов, как хром, алюминий, цинк, вольфрам, ванадий, ниобий. Диффузионная металлизация, в зависимости от насыщающего элемента, может проводиться в диапазоне температур от 1400 до 700 °С. Техническое исполнение этого вида химико-термической обработки может быть выполнено рядом способов, например, погружением обрабатываемой детали в ванну с расплавленным металлом. Такой метод применим в том случае, когда температура плавления насыщающего металла оказывается значительно ниже температуры плавления стали. В случае необходимости насыщения поверхности стальной детали тугоплавкими металлами возможно использование погружения детали в расплавы солей насыщающего металла, насыщения поверхности детали из газовой фазы, состоящей галогенидов диффундирующего металла, диффузии насыщающего металла путем его испарения из сублимированной фазы, метода циркуляционного газового насыщения и т. п.Подобная химико-термическая обработка может включать в себя как насыщение только одним элементом, например, насыщение поверхности детали хромом — хромирование, насыщение алюминием — алитирование, так и насыщение группой металлов — хромоалитирование (одновременное насыщение хромом и алюминием), одновременное насыщение поверхности детали металлами и неметаллами — карбохромирование (насыщение поверхности углеродом и хромом). Совместное насыщение поверхности детали рядом элементов может проводиться как одновременно, так и последовательно.В результате диффузионной металлизации в поверхности стали возникают слои высоколегированных твердых растворов диффундирующих элементов в железе, создавая принципиально иные физико-химические свойства поверхностных, защитных слоев изделия.ЗАКЛЮЧЕНИЕВ данной работе анализируются концепции термической и химико-термической обработки сплавов. Для модификации механических свойств и структуры металлов и сплавов используется тепловая обработка. Основные методы тепловой обработки – это отжиг, закалка и отпуск. Выбор конкретного метода тепловой обработки зависит от химического состава сплава и желаемых свойств, определяемых через анализ фазовых диаграмм. Следует также учитывать динамические изменения структуры материалов. Химико-тепловая обработка включает в себя процессы, такие как цементация, азотирование, нитроцементация, цианирование, борирование, силицирование, диффузионная металлизация стали и другие.Процесс борирования является одним из наиболее эффективных и универсальных методов химико-термической обработки. Его применяют для увеличения износостойкости верхнего слоя стальных изделий, в особенности при высоких температурах, для повышения их твердости и устойчивости к износу. После борирования изделия обладают повышенной устойчивостью к окислению до 800°С и теплостойкостью до 900–950°С. Твердость борированного слоя в сталях перлитного класса составляет 15 000–20 000 МПа.СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫВолосатов В.А. Справочник по электрохимическим и электрофизическим методам обработки – М: Политехника, 1988. -265 с.Каменичный И.С Краткий справочник технолога-термиста – М: Оборонгиз, 1963. -298 с. Лахтин Ю.М., Рахштадт А.Г.Термическая обработка в машиностроении – М: ОЛМА-ПРЕСС, 1980. -426 с.Сальников С.П.Краткий справочник машиностроителя – М: Машиностроение, 2001. -312 с.Соломенцева Ю.М.Основы автоматизации машиностроительного производства – М: Машиностроение, 1999. -361 с.ШавринО.И. Технология и оборудование термомеханической обработки деталей машин– С-П: Символ-Плюс, 1996. -502 с.Травин О.В., Травина Н.Т. Материаловедение. – М.: Металлургия, 1989. – 360 с.Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение: Учебник для машиностроительных вузов – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1980. – 493 с.