Адрес этой страницы' ?>

<<Предыдущая страница Оглавление книги Следующая страница>>

§ 12. Термическая и химико-термическая обработка сталей.

Термическая (тепловая) обработка стали служит для изменения в определенных пределах прочности, твердости, вязкости, упругости, износостойкости и других свойств стального изделия. Большинство термических процессов не меняет химического состава стали. Исключением являются процессы химико-термической обработки, которые изменяют химический состав поверхностных слоев.

Целью химико-термической обработки является получение поверхностного слоя стальных деталей, обладающих повышенной твердостью, износоустойчивостью, жаростойкостью или коррозионной стойкостью. Для этого нагретые детали подвергают воздействию среды, из которой путем диффузии (проникновения) в поверхностный слой деталей переходят некоторые элементы (углерод, азот, алюминий, хром, кремний и др.). Выделяющийся при разложении активизированный атом элемента проникает в решетку кристаллов стали и образует твердый раствор или химическое соединение. Наиболее распространенными видами химико-термической обработки стали являются: цементация (насыщение поверхности углеродом), цианирование жидкое и газовое (насыщение поверхности азотом и углеродом), алитирование (насыщение поверхности алюминием), силици-рование (насыщение поверхности кремнием), борирование (насыщение поверхности бором) и др.

Способами термической обработки без изменения химического состава металла являются нормализация, отжиг, закалка и отпуск.

Нормализация применяется для того, чтобы перевести структуру стали в однородное состояние, ликвидировать крупнозернистую структуру, которую имеет сталь в литом или кованном состоянии. Нормализация заключается в нагреве до температуры, при которой углерод полностью растворяется в железе, и охлаждении на воздухе. Нормализованная сталь имеет более высокие, чем в литом состоянии, показатели по вязкости и более низкую твердость, что создает хорошие условия для обработки резанием. Нормализацию применяют для выравнивания внутренних напряжений в отливках, поковках и сварных соединениях.

Отжигом называют процесс, при котором производят нагрев выше температуры полного растворения углерода в железе, выдержку при этой температуре и затем медленное охлаждение До комнатной температуры. Отжиг применяют для улучшения обрабатываемости резанием и для повышения пластичности и вязкости.

Закалкой называют процесс термической обработки, состоящий из нагрева выше точки полного растворения углерода в железе, выдержки при этой температуре в течение определенного времени и последующего быстрого охлаждения (в воде, в масле и других средах). Скорость нагрева, длительность выдержки и охлаждающая среда при закалке применяются в зависимости от химического состава стали, величины и массы изделия, типа печи и т. д. Для получения детали с вязкой сердцевиной и твердой рабочей поверхностью применяют поверхностную закалку.

Отпуск состоит из нагрева закаленной стали ниже температуры начала растворения углерода в железе, выдержки и последующего быстрого или медленного охлаждения. Выбор температуры отпуска зависит от назначения изделий. Скорость охлаждения после отпуска для простой углеродистой стали не имеет значения, но специальные стали, например хромоникелевые, во избежание получения низких механических свойств (особенно ударной вязкости) необходимо охлаждать быстро.

Обработка холодом. При недостаточном отпуске закаленного режущего инструмента получают пониженную твердость, что резко снижает его работоспособность. Для повышения твердости инструмент подвергают обработке холодом при температурах ниже нуля (от —40 до —120° С). Такие охлаждающие температуры создают при помощи жидкого кислорода и воздуха, смеси сухого льда (твердый СО₂) с ацетоном, спиртом, жидкого азота и т. д.

После выдержки в этой среде в течение определенного времени твердость инструмента повышается. Повышение твердости вызывается изменением структурного состояния материала инструмента и сопровождается возникновением внутренних напряжений. Поэтому после обработки холодом необходимо производить отпуск при температурах, не понижающих твердость, но достаточных для снятия внутренних напряжений (например, для цементируемых деталей температура отпуска лежит в пределах от +160 до +180° С).

Обработку холодом применяют также для стабилизации размеров и формы измерительных инструментов.

Цементация. Сущность процесса цементации состоит в том, что при нагревании низкоуглеродистой стали в среде, способной отдавать углерод, поверхностный слой стали поглощает углерод и изменяет свой химический состав. После соответствующей термической обработки цементированные изделия приобретают высокую твердость поверхности, сохраняя вязкую сердцевину. Цементацию широко применяют при изготовлении деталей, подвергающихся истиранию и одновременно испытывающих ударную нагрузку. В зависимости от среды, отдающей углерод, цементация бывает твердая, жидкостная и газовая. При цементации в твердом карбюризаторе средой являются смеси, в состав которых входят древесный уголь, кокс, обугленная кожа, смешанные с углекислым барием или другими углекислыми солями.

При газовой цементации активным науглероживающим эле-ментом среды является метан CH₄. Для газовой цементации деталями заполняют плотные муфели, через которые пропускают газ. В муфелях поддерживают температуру в пределах 900—950°.

Цианирование — насыщение поверхностного слоя изделия одновременно углеродом и азотом. Цианирование, применяют для повышения поверхностной твердости и плоскостности.

Жидкостное цианирование производят в ваннах с расплавами цианистых солей (NaCN, KCN, Ca(CN)₂ и др.) при температуре, достаточной для разложения их с выделением активных атомов углерода и азота.

Газовое цианирование отличается от газовой цементации тем, что к цементирующему газу добавляют аммиак, дающий активизированные атомы азота,

Алитирование представляет собой поверхностное насыщение деталей алюминием с образованием твердого раствора алюминия в железе. Оно применяется преимущественно к деталям, работающим при высоких температурах (колосники, трубы и др.), так как значительно повышает стойкость стали при высокой температуре (1000° С).

Диффузное хромирование производится в порошковых смесях, состоящих из феррохрома и шамота, смоченных соляной кислотой, или в газовой среде при разложении паров хлорида хрома (CrС1₂). Хромированный слой низкоуглеродистой стали незначительно повышает твердость, но обладает большой вязкостью, что позволяет подвергать хромированные детали сплющиванию, прокатке и т. п.

Силицирование — насыщение поверхностного слоя стальных изделий кремнием, обеспечивающее повышение стойкости против коррозии и эрозии в морской воде, азотной, серной и соляной кислотах.