Химико - термическая обработка металлов и сплавов

Химико - термическая обработка металлов и сплавов

Химико-термическая обработка

процесс изменения химического состава, структуры и свойств поверхности деталей за счет насыщения ее различными химическими элементами

Физические процессы ХТО

Основными параметрами химико-термической обработки

В результате ХТО формируется диффузионный поверхностный слой, с определенным химическим и фазовым составом, структурой и свойствами.

ХТО применяют с целью

Цементация

поверхностное диффузионное насыщение низкоуглеродистой стали (до 0,25% С) углеродом

повышает твёрдость, износоустойчивость

для цементации на глубину 0,1 мм затрачивается 1 час

Термическая обработка после цементации

• Все изделия подвергают закалке с низким отпуском.
• Комплекс термической обработки зависит от материала и назначения изделия.

Цементация стали применяется

• для следующих изделий:

• зубчатых колес; "пальцев"; валов; осей; рычагов; "червяков"; деталей подшипников (крупногабаритных колец и роликов) и др.
• зубчатых колес;
• "пальцев";
• валов;
• осей;
• рычагов;
• "червяков";
• деталей подшипников (крупногабаритных колец и роликов) и др.

Азотирование

процесс насыщения поверхности стали азотом

увеличивает поверхностную твёрдость, износостойкость, миктротвердость и коррозионную стойкость стали

Схема установки для азотирования

шахтные, ретортные и камерные печи

• 1 – шахтная печь;
• 2 – баллон с аммиаком;
• 3 – осушитель;
• 4 – манометр;
• 5, 6, 7 – вентили;
• 8 – свеча,
• 9 – термопара.  

Азотирование проводят на готовых изделиях, прошедших окончательную механическую и термическую обработку (закалка с высоким отпуском).

Металлы и сплавы, подвергаемые азотированию

• Стали углеродистые и легированные, конструкционные и инструментальные.
• Высокохромистые чугуны, высокохромистые износоустойчивые сплавы, хром.
• Титан и титановые сплавы.
• Бериллий.
• Вольфрам.
• Ниобиевые сплавы.
• Порошковые материалы.

Цианирование

процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя углеродом и азотом

увеличивает износостойкость жаростойкость, коррозионную стойкость стали

После цианирования проводят закаливание и низкий отпуск

Применение цианирования

• изделия из быстрорежущих сталей, что позволяет повысить твердость и устойчивость к износу их поверхностного слоя, а также сделать его более устойчивым к воздействию повышенных температур.

Борирование

диффузионного насыщения поверхности бором при нагреве и выдержке в химически активной среде

увеличивает износостойкость, окалиностойкость, теплостойкость, жаростойкость, коррозионную стойкость стали

Методы и способы борирования

Увеличение срока службы борированных деталей машин и инструмента

• штамповый инструмент холодной и горячей деформации – от 2 до 10 раз;
• пресс-формы для прессования сыпучих материалов – в 2-3 раза;
• волочильный и накатной инструмент – в 2-10 раз;
• детали нефтяного оборудования – в 2-4 раза;
• детали распыливающих форсунок в условиях производства минеральных удобрений – от 2 до 4 раз;
• детали технологической оснастки – до 10 раз;
• детали машин и механизмов, работающих в абразивных условиях – от 2 до 6 раз;
• детали литьевых машин и пресс-форм для литья цветных металлов и сплавов – до 5 раз.

Силицирование

насыщении поверхности стали кремнием.

Увеличивает коррозионную стойкость в морской воде, в азотной, серной и соляной кислотах, окалиностойкость изделий до 800-1000 °С, антифрикционные свойства

24

Методы и способы силицирование

вакуумная электропечь для силицирования

Силицированию подвергают детали, используемые

• в оборудовании химической, бумажной и нефтяной промышленности;
• для повышения сопротивления окислению при высоких температурах сплавов молибдена;
• детали из карбида кремния (SiC):

• электрические нагреватели подшипники скольжения для нефтяной и химической промышленности, конструкционные детали и др.
• электрические нагреватели
• подшипники скольжения для нефтяной и химической промышленности,
• конструкционные детали и др.

Сульфидирование

насыщение поверхности серой

уменьшается коэффициент трения, улучшает приработку трущихся поверхностей деталей, улучшается адсорбция масла на поверхности трущихся изделий, предотвращается схватывание и задиры при резании

Сульфоцианирование

насыщение поверхности ферро­сплава серой, азотом и углеродом

является средством повышения износостойкости деталей из черных металлов, увеличивает твердость, сопротивление усталости и снижает пластичность

Применение сульфидирования и сульфоцианирования

• цилиндровые втулки, поршни и кольца ДВС, компрессоров и паровых машин;
• стальные подшипники скольжения;
• кулачки сцепных муфт, гайки ходовых винтов, детали подвижных частей,
• чугунные червячные колеса.

Фосфатирование

обработка металла фосфорнокислыми солями для появления на поверхности защитной пленки

увеличивается износостойкость, твердость и защита от коррозии, адгезия (сцепляемость) металла с лакокрасочными материалами

30

Фосфатированию подвергаются:

• чугун, низколегированные, углеродистые стали, кадмий, цинк, медь и её сплавы, алюминий.

Гидроабразивное фосфатирование один из лучших способов защиты металла от коррозии

Диффузионная металлизация

• – химико-термическая обработка, при которой поверхность стальных изделий насыщается различными металлами: алюминием, хромом, никелем, титаном, цинком и др.

Диффузионную металлизацию можно проводить в:

– процесс дорогостоящий, осуществляется при высоких температурах ( 1000…1200 o С ) в течение длительного времени

Алитирование (алюминирование)

покрытие поверхности стальных деталей алюминием

защита от окисления при высоких температурах (700—900 °C и выше) и высокое сопротивление атмосферной коррозии

33

Применение алитирования (алюминирования)

• при изготовлении клапанов автомобильных двигателей, лопаток и сопел газовых турбин, деталей аппаратуры для крекинга нефти и газа, труб пароперегревателей, печной арматуры, защиты от коррозии металлоконструкций и т. п.

Хромирование

диффузионное насыщение или процесс осаждения на поверхность детали слоя хрома из электролита под действием электрического тока

для снижения трения, повышения износостойкости, повышения коррозионной стойкости к воде, морская воде и азотной кислоты, окалиностойкость до 800 °C

35

Применение хромирования

• пары трения, работающие на износ в агрессивных средах:

• поршневые кольца, зеркало цилиндра ДВС, детали пароводяной арматуры, клапанов, вентилей,
• поршневые кольца, зеркало цилиндра ДВС,
• детали пароводяной арматуры, клапанов, вентилей,

• для наращивания сопрягаемой поверхности в случае прослабленной посадки.

Никелирование

  обработка поверхности изделий путём нанесения на них никелевого покрытия толщиной от 1 до 50 мкм

защищает изделия от коррозии в атмосфере, растворах щелочей и солей, а также слабых органических кислот

37

Применение никелирования

• металлические изделия из стали, меди, цинка, алюминия, реже марганца, титана, вольфрама или молибдена, а так же полимерных, керамических, стеклянных поверхностей.

Титанирование

  нанесение тонкого слоя титана на поверхность изделий для повышения коррозионной стойкости.

повышения коррозионной, кислотостойкости и кавитационной стойкости, поверхностной твердости и износостойкости сталей, чугунов и цветных сплавов

39

Методы и способы титанирования

Применение титанирования

• Формообразующий и режущий инструмент

Оцинкование

покрытие металла слоем цинка для защиты от коррозии.

Подходит для ровных или с небольшим изгибом поверхностей, не подверженных механическим воздействиям.

Толщина цинкового слоя зависит от температуры и продолжительности процесса цинкования и колеблется от 6 мкм до 1,5 мм.

42

Виды цинкования

Оцинкованный прокат

Применение оцинкованных изделий