15 Химично-термична обработка на стоманено карбонизиране, азотиране, нитрокарбонизация и дифузия
Продуктите се загряват в среда, която лесно отделя въглерод. След като е избрал режимите на обработка, повърхностният слой е наситен с въглерод до необходимата дълбочина.
Дълбочина на нагряване (h) - разстоянието от повърхността на продукта до средата на зоната, където структурата съдържа същите обеми ферит и перлит (з.=12мм).
На практика карбуризирането се използва в твърд и газов карбуризатор (карбуризираща среда).
Областите от части, които не са обезвъглени, са предварително покрити с мед (електролитен метод) или глинена смес.
Циментиране в твърд карбуратор.
Почти готовите продукти, с надбавка за смилане, се поставят в метални кутии и се поръсват с твърд карбуризатор. Използван въглен с добавка на карбонатни соли VasO3, Na2CO3 в количество10 ... 40%.Затворените кутии се поставят във фурна и се държат при температура930 ... 950 o С.
Поради кислорода във въздуха се получава непълно изгаряне на въглища с образуването на въглероден оксид (CO), който се разлага, образувайки атомен въглерод според реакцията:
Получените въглеродни атоми се адсорбират от повърхността на продуктите и се дифузират дълбоко в метала.
Недостатъците на този метод са:
значителна инвестиция на време (за цементиране до дълбочина 0,1изразходвани ммединчас);
ниска производителност на процеса;
сложност на автоматизацията на процесите.
Методът се използва в дребномащабно производство.
Процесът се извършва в пещи със запечатана камера, пълна с газов карбуризатор.
Атмосферата на въглеродните газове включва азот, водород, водни пари, които образуват газ-носител, както и въглероден оксид, метан и други въглеводороди, които са активни газове.
Дълбочината на карбонизиране се определя от температурата на нагряване и времето на задържане.
намаляване на продължителността на процеса чрез опростяване на последващата топлинна обработка;
възможността за пълна механизация и автоматизация на процеса.
Методът се използва в серийно и масово производство.
Сцементирана структура на слоя
Структурата на циментирания слой е показана на фиг. 15.1.
Фигура: 15.1. Сцементирана структура на слоя
Термична обработка след карбуризиране
В резултат на карбуризирането се постига само благоприятно разпределение на въглерода по напречното сечение. Свойствата на циментираната част се формират окончателно чрез последваща термична обработка. Всички продукти са втвърдени с ниско темпериране. След втвърдяване циментираният продукт придобива висока твърдост и устойчивост на износване, границата на издръжливост на контакт и границата на издръжливост на огъване се увеличават, като същевременно поддържа вискозна сърцевина.
Комплексът от термична обработка зависи от материала и предназначението на продукта.
Графики на различни комплекси за термична обработка са показани на фиг. 15.2.
Фигура: 15.2. Режими на термична обработка на циментирани продукти
При газовото карбонизиране продуктите се охлаждат до тези температури в края на процеса и след това се охлаждат (не е необходимо повторно нагряване за охлаждане) (Фигура 15.2 а).
За да се отговори на особено високи изисквания за механичните свойства на обезвъглените части, се използва двойно втвърдяване (Фигура 15.2 в).
Първото втвърдяване (или нормализиране) се извършва от температурата 880 ... 900 o Сза коригиране на структурата на ядрото.
Зъбни колела, бутални пръстени, червеи, оси, ролки се подлагат на циментиране.
Азотиране -химическа термична обработка, при която повърхностните слоеве са наситени с азот.
За първи път азотирането се извършва от И. П. Чижевски, промишлено приложение - през двадесетте години.
Азотирането не само увеличава твърдостта и устойчивостта на износване, но също така увеличава устойчивостта на корозия.
По време на азотиране продуктите се зареждат в запечатани пещи, където се доставя амоняк NH3 с определена скорост. При нагряване амонякът се дисоциира според реакцията:2NH3> 2N + 3H2. Атомният азот се абсорбира от повърхността и се разпространява дълбоко в продукта.
Фазите, образувани в азотирания слой от въглеродни стомани, не осигуряват висока твърдост и полученият слой е чуплив.
За азотиране се използват стомани, съдържащи алуминий, молибден, хром, титан. Нитридите на тези елементи са диспергирани и имат висока твърдост и термична стабилност.