Цементация нержавеющей стали: Способ цементации деталей из нержавеющей стали — SU 1067083 — Лазерная резка металла от "ТМК" Ярославль (Тутаев)

Содержание

Науглероживание стали в домашних условиях

Цемента́ция ста́ли — поверхностное диффузионное насыщение стали углеродом с целью повышения твёрдости, износоустойчивости.

Цементации подвергают низкоуглеродистые (обычно до 0,25 % C) и легированные стали, процесс в случае использования твёрдого карбюризатора проводится при температурах 900—950 °С, при газовой цементации (газообразный карбюризатор) — при 850—900 °С.

После цементации изделия подвергают термообработке, приводящей к образованию мартенситной фазы в поверхностном слое изделия (закалка на мартенсит) с последующим отпуском для снятия внутренних напряжений.

в твёрдом карбюризаторе
в газовом карбюризаторе
в кипящем слое
в растворах электролитов
в пастах

Содержание

Цементация в твёрдом карбюризаторе [ править | править код ]

В этом процессе насыщающей средой является древесный уголь в зёрнах поперечником 3,5—10 мм или каменноугольный полукокс и торфяной кокс, к которым добавляют активизаторы. Этот процесс известен по крайней мере с XII века [1] .

Технология процесса состоит в следующем: Загрузка деталей в стальной ящик с герметичным песчаным затвором. Укладка деталей производится таким образом, чтобы они были покрыты карбюризатором со всех сторон, не соприкасались друг с другом и стенками ящика. Далее ящик герметично закрывается песчаным затвором или замазывается огнеупорной глиной и загружается в печь.

Стандартный режим: 900—950 °С, 1 час выдержки (после прогрева ящика) на 0,1 мм толщины цементированного слоя. Для получения 1 мм слоя — выдержка 10 часов.

При «ускоренном» режиме цементация производится при 980 градусах. Выдержка уменьшается в два раза, и для получения слоя 1 мм требуется 5 часов. Но при этом образуется цементитная сетка, которую придётся убирать многократной нормализацией металла.

Цементация в газовом карбюризаторе [ править | править код ]

Этот процесс осуществляют в среде газов, содержащих углерод. Газовая цементация имеет ряд преимуществ по сравнению с цементацией в твёрдом карбюризаторе, поэтому её широко применяют на заводах, изготовляющих детали массовыми партиями.

В случае с газовой цементацией можно получить заданную концентрацию углерода в слое; сокращается длительность процесса, так как отпадает необходимость прогрева ящиков, наполненных малотеплопроводным карбюризатором; обеспечивается возможность полной механизации и автоматизации процессов, и значительно упрощается последующая термическая обработка деталей, так как закалку можно проводить непосредственно из цементационной печи.

Цементация в кипящем слое [ править | править код ]

Процесс цементации в кипящем слое проходит в атмосфере эндогаза с добавкой метана. Кипящий слой представляет собой гетерогенную систему, в которой за счёт проходящего потока газа через слои мелких (0,05-0,20 мм) частиц (чаще корунда) создаётся их интенсивное перемешивание, что внешне напоминает кипящую жидкость. Частицы корунда располагаются на газораспределительной решётке печи. При определённой скорости прохождения восходящего потока газа (выше критической скорости) частицы становятся подвижными, и слой приобретает некоторые свойства жидкости (псевдоожиженный слой). В этом состоянии сцепление между частицами нарушено, они становятся подвижными и опираются не на решётку, а на поток газа. Достоинствами процесса цементации в кипящем слое являются: сокращение длительности процесса вследствие большой скорости нагрева и высокого коэффициента массоотдачи углерода; возможность регулирования углеродного потенциала атмосферы в рабочей зоне печи; уменьшение деформации и коробления обрабатываемых деталей за счёт равномерного распределения температуры по всему объёму печи. Процесс цементации в кипящем слое может быть использован на заводах мелкосерийного и единичного производства.

Цементация в растворах электролитов [ править | править код ]

Использование анодного эффекта для диффузионного насыщения обрабатываемой поверхности углеродом в многокомпонентных растворах электролитов — один из видов скоростной электрохимико-термической обработки (анодный электролитный нагрев) малогабаритных изделий. Анод-деталь при наложении постоянного напряжения в диапазоне от 150 до 300 В разогревается до температур 450—1050°С. Достижение таких температур обеспечивает сплошная и устойчивая парогазовая оболочка, отделяющая анод от электролита. Для обеспечения цементации в электролит, кроме электропроводящего компонента, вводят углеродсодержащие вещества-доноры (глицерин, ацетон, этиленгликоль, сахароза и другие).

Цементация в пастах [ править | править код ]

Цементация с нанесением на науглероживаемую металлическую поверхность С-содержащих материалов в виде суспензии, обмазки или шликера, сушкой и последующим нагревом изделия ТВЧ или током промышленной частоты. Толщина слоя пасты должна быть в 6—8 раз больше требуемой толщины цементованного слоя. Температуру цементации устанавливают 910—1050 °С.

Химико-термическая обработка – это комплекс операций по изменению химического состава и микроструктуры поверхности заготовки или изделия с целью получения требуемых характеристик. Такое изменение является результатом взаимодействия поверхности с окружающей средой определенного состояния, состава, температуры. Наиболее распространенные виды химической обработки – цементация (науглероживание), азотирование, карбонитрация (одновременное насыщение углеродом и азотом).

Технология цементации стали

Этот процесс подразумевает диффузионное насыщение поверхностного слоя стальных заготовок углеродом. Обработка осуществляется в карбюризаторе, выделяющем активный углерод, при температурах устойчивости аустенита – 850-950°C, хорошо растворяющего большое количество углерода. Для завершения процесса после цементации проводят закалку и низкий отпуск. Результаты химико-термической и термической обработок в комплексе:

высокая твердость и износостойкость поверхности;
повышение предела контактной устойчивости;
улучшение показателей предела выносливости при изгибе и кручении.

Внимание! Желаемый эффект достигается на сталях с низким содержанием углерода – до 0,2%. Без цементации такие марки закалить невозможно. Чаще всего цементации подвергают легированные стали.

Эта операция является длительной, поскольку процесс науглероживания протекает очень медленно. Основные типы сред для цементации (карбюризаторов):

твердые;
газообразные;
растворы электролитов;
пасты;
кипящий слой.

Цементация в твердой среде: возможность проведения в домашних условиях

Науглероживание стали в твердой среде можно провести в домашних условиях, если есть способ обеспечить длительную выдержку при таких высоких температурах.

Для обработки в твердом карбюризаторе понадобятся:

углекислый натрий, кальций или барий;
березовый или дубовый уголь, содержание которого в смеси составляет 70-90%.

Все компоненты измельчают и просеивают для удаления пыли. Оптимальные фракции – 3-10 мм. Методики смешивания компонентов:

Соль и уголь смешивают в твердом состоянии.

Внимание! Если перемешивание было недостаточно тщательным, то после завершения процесса на детали образуются пятна.

Более предпочтительный способ заключается в обработке древесного угля растворенной в воде солью. Смесь просушивают до достижения уровня влажности 7%. Такая технология позволяет получить более однородную смесь.

Цементацию на производстве и в домашней мастерской осуществляют в стальных ящиках, заполненных карбюризатором. Для уменьшения времени прогрева и повышения качества поверхностного слоя ящик для ХТО по форме и размерам должен быть максимально приближенным к обрабатываемой детали. Создать оптимальные условия можно только в герметичной таре, поскольку при этом исключается утечка газов, образующихся во время выдержки. Для обеспечения герметичности зазоры между ящиком и крышкой обмазывают огнеупорной глиной. Оптимальный материал ящиков для науглероживания – жаростойкая легированная сталь. Однако может использоваться и тара из малоуглеродистых сталей.

Этапы цементации в твердом карбюризаторе

Заготовки укладывают в ящик слоями с пересыпкой карбюризатором.
Ящики обмазывают огнеупорной глиной и устанавливают в разогретую печь.
Тару с содержимым прогревают примерно до 800°C. О качественном прогреве свидетельствует отсутствие темных пятен на подине в местах ее соприкосновения с ящиком.
После прогрева температуру в печи поднимают до 950°C и выдерживают в таких условиях заготовку на протяжении определенного времени. При этом происходит проникновение активных атомов углерода в кристаллическую решетку стали.

Азотирование: суть процесса и преимущества, по сравнению с цементацией

Азотирование – сравнительно новая технология улучшения характеристик стальных заготовок. Заключается в нагреве деталей до высоких температур в средах, насыщенных аммиаком. Толщина нитридного слоя составляет 0,3-0,6 мм.

повышается износостойкость, так как поверхность становится тверже;
возрастает усталостная прочность изделий;
образуется стойкий антикоррозионный барьер.

Преимущества такой ХТО, по сравнению с цементацией

Поверхностный слой изделия приобретает высокую твердость без дополнительной термической обработки. Прочность поверхностного слоя примерно в 2 раза выше, чем после науглероживания.
Геометрические параметры заготовки после азотирования остаются практически без изменений.
Может применяться для изделий после закалки с высоким отпуском и шлифованием в размер.
После науглероживания поверхностный слой сохраняет полученную твердость до температур до 225°C, после диффузионного насыщения азотом – до 600°C.

Краткая схема азотирования при температурах 500-600°C в стальных ретортах, устанавливаемых в печь:

части стальных элементов, не предназначенные для насыщения азотом, защищают оловом или жидким стеклом, наносимым по технологии электролиза;
закладывают в муфель, в который из баллона закачивают аммиак;
внутри реторты аммиак разлагается на азот и водород;
атомарный азот проникает в поверхность стальной детали с образованием нитридов, для которых характерна очень высокая твердость;
после выдержки заготовку в реторте охлаждают вместе с печью, чтобы закрепилась твердость поверхности без окисления.

Таблица результатов азотирования для стали различных марок, в зависимости от целевого назначения ХТО

Марка стали	Изготавливаемые детали	Цель азотирования	Толщина слоя, мм	Твердость по ТУ, HV (по Виккерсу)
38Х2МЮА	Ручки, валы, кулачки, эксплуатируемые при нормальных температурах	Рост износостойкости и усталостной прочности	0,2-0,5	500-900
18Х2Н4ВА	Шестерни, вал-шестерни, валы	Рост износостойкости и усталостной прочности	0,2-0,3	500-650
25Х2МФ, 20Х1М1Ф1ТР	Штоки, клапаны, втулки, крепеж	Увеличение износостойкости при Т до 500°C	0,2-0,5	500-800
35ХМА	Штоки, клапаны, втулки, крепежные элементы, буксы	Увеличение износостойкости при Т до 400-450°C	0,2-0,4	450-600
20Х3МВФ	Штоки, клапаны, втулки, крепежные элементы, буксы	Увеличение износостойкости при Т до 500-535°C	0,15-0,2	500-800
25Х2М1Ф	Штоки, клапаны, втулки, крепежные элементы, буксы	Увеличение износостойкости при Т до 535°C	0,2-0,4	500-700
1Х13	Лопатки сопловых аппаратов	Улучшение эрозионной устойчивости в среде пара	0,1-0,2	450-700
15Х11МФ 15Х12ВМФ	Штоки, буксы, лопатки сопловых аппаратов, клапаны, втулки	Улучшение эрозионной устойчивости и износостойкости при Т 535-565°C	0,1-0,2 0,1-0,2	450-800 450-700
40Х	Крепеж	Повышение коррозионной устойчивости	0,15-0,2	400-500
50ХФА 60С2	Винтовые пружины	Улучшение коррозионной стойкости во влажной и паровой средах	0,1-0,2 0,1-0,2	550-750 400-600

Карбонитрация стали

Популярным видом ХТО стали и чугуна практически любых марок является карбонитрация, или жидкостное азотирование. В этом случае поверхностный слой заготовок насыщается углеродом и азотом в соляных расплавах при температуре 560-580°C. Соляные составы синтезированы из аммоноуглеродных соединений: меламина, мелона, дициандиамида. Карбонитрация сходна с цианированием. Но цианирование осуществляется с использованием токсичного цианида натрия при температурах до 860°C. Для карбонитрации применяют неядовитые соединения, осуществляется она при температурах до 570°.

Преимущества технологии карбонитрации стали

Одновременное насыщение азотом и углеродом инициирует появление карбонитридных фаз – более пластичных и менее хрупких, по сравнению с чисто нитридными.
Карбонитрация – наиболее экономичный процесс, благодаря его небольшой длительности – 0,5-4 часа.
Равномерность нагрева и диффузии.
Отсутствие термических напряжений, обеспечивающее минимальные деформации и точность геометрических параметров в пределах микронов.
Улучшение усталостной прочности изделий до 80%, износостойкости, коррозионной стойкости.
Уменьшение коэффициента трения до 5 раз.
Отсутствие хрупкости поверхностного слоя, насыщенного карбонитридами.
Возможность обработки недорогих низкоуглеродистых сталей, которые не упрочняются традиционным азотированием. В результате карбонитрации они приобретают характеристики, которыми обладают более дорогие и хуже обрабатываемые стали.
Этот процесс для рядовых деталей является финишным, не требующим дополнительной механической обработки. Ответственные изделия после карбонитрации подвергают хонингованию – полировке на 1-2 мкм.

Комбинированное насыщение поверхности азотом и углеродом может применяться даже для высоколегированных и устойчивых к коррозии сталей. На их поверхности присутствует плотная пленка из оксидов хрома и других легирующих добавок, препятствующая процессу чистого азотирования.

Этапы карбонитрации

Дополнительным плюсом этой технологии является возможность частичного погружения детали в солевой расплав, что позволяет упрочнить только отдельные участки.

На карбонитрацию поступают детали с окончательными размерами. При необходимости оставляют минимальный припуск на посадочных поверхностях для полировки.
Предварительные мероприятия: очистка, обезжиривание.
Нагрев в печи и карбонитрация.
Охлаждение в воде, масле, на воздухе.
Промывка, сушка.

Таким способом обрабатывают:

режущий инструмент;
пресс-формы;
пары трения;
элементы зубчатых передач;
детали насосов.

Важный плюс этой технологии – соответствие экологическим нормам и безопасность работников, благодаря отсутствию ядовитых соединений в насыщающих средах. Карбонитрация применяется как на крупных промышленных предприятиях, так и в небольших мастерских и в домашних условиях.

Совершенствование комплексного азото-углеродного насыщения – низкотемпературная карбонитрация

НОК-процесс – низкотемпературное оксикарбонитрирование – впервые был разработан российскими учеными, а затем дорабатывался немецкими исследователями и получил название QPQ. Преимущества:

первоначальная цель – улучшение товарного вида;
резкое снижение коэффициента трения;
коррозионная стойкость марок перлитного и аустенитного классов, обработанных способом НОК, превышает аналогичный показатель этих материалов, хромированных гальваническим методом;
себестоимость на 40% ниже, по сравнению с гальваническими покрытиями.

карбонитрация;
охлаждение и выдержка в расплаве ванны оксидирования при 350-400°C;
охлаждение на воздухе;
промывка;
полирование;
повтор оксидирования;
промывка.

Данная технология рассматривается в качестве эффективной и экономичной альтернативы гальваническому хромированию для низколегированных сталей перлитного класса и хромистых коррозионностойких.

В основе процесса цементации заложен принцип химической и термической обработки металла. Вся суть процедуры в насыщении поверхности стали необходимым количеством углерода при определенных температурных условиях.

Несколько лет назад эту процедуру в домашних условиях было практически невозможно реализовать. Сегодня это возможно с использованием среды графита или их аналогов. Главное — это желание и некоторые знания.

Общая информация о процессе

В первую очередь необходимо понимать основы термической обработки стали.

К особенностям цементации металла относят следующие факторы:

Благодаря процедуре цементируемые стали становятся прочнее, что повышает износостойкость и прочность материала;
Свойства эксплуатации металла изменяются за счет нагрева изделий в жидкости, газовой или твердой среде, что улучшает ее характеристики;
Нагревание деталей можно до разных температур, нет ограниченной константы и точных рекомендаций. В домашних условиях процесс цементации проходит при температуре 500 градусов по Цельсию. В промышленных условиях с использованием профессионального оборудования температура нагрева в печи достигает более 1300 градусов по Цельсию. Следует знать, что температуру выбирают, учитывая концентрацию примесей и углерода.
Профессионалы рекомендуют в домашних условиях цементировать низкоуглеродистые виды стали (приблизительно 0,2%). Например, лезвие от недорогого кухонного ножа, изготовленного из стали или небольшие детали.
В структуру стали углерод проникает довольно медленно. Поэтому цементация лезвия ножа в условиях домашней процедуры происходит со скоростью не более 0,1 мл в час. Чтобы это же лезвие выдерживало более сильные нагрузки, нужно усиливать слой толщиной до 0,8 мл в час. Еще важно понимать, что цементация ножа или небольшого вала в условиях домашнего цеха займет минимум восемь часов. При этом следует удерживать определенную температуру в печи, чтобы не нарушить температурный режим.
В процессе цементации изменяется не только свойство металла, но и его фазовый состав и атомная решетка. В целом поверхность получает такие же характеристики, как и при закалке, но при этом существует возможность контроля в узком диапазоне температур, чтобы избежать различных дефектов материала.

Осуществить цементацию нержавеющий стали немного сложнее, но в то же время это качественно улучшит характеристики этого вида металла.

В какой среде возможна цементация стали

Процесс закалки проходит в различных условиях среды:

в твердой;
в газообразной;
в растворе электролита;
в виде специальной пасты;
в кипящем слое.

Чаще всего в условиях домашнего цеха проводится цементация стали графитом. Это сильно упрощает процесс, так как не нужно дополнительно еще заботиться о сильной герметичности печи.

В промышленном производстве чаще всего используют газ, так как этот способ сокращает время, затраченное на закалку.

Разновидности металла, который можно обрабатывать

Выделяют три основные группы металла, который используется для закалки:

Сталь с неупрочняемой сердцевиной. В эту группу входят следующие марки стали, пригодной для цементирования — 20, 15 и 10. Эти детали имеют небольшой размер, используются для эксплуатации в бытовых условиях. Во время закалки происходит трансформация аустенита в феррито-перлитную смесь.
Сталь со слабо упрочняемой сердцевиной. В эту группу вошли металлы таких марок, как 20Х, 15Х (хромистые низколегированные стали). В этом случае проводят дополнительную процедуру лигирования с помощью небольших доз ванадия. Это обеспечивает получение мелкого зерна, что приводит к получению более вязкого и пластичного металла.
Сталь с сильно упрочняемой сердцевиной. Этот вид металла используют для изготовления деталей со сложной конфигурацией или большим сечением, которые выдерживают различные ударные нагрузки, подвергаются воздействию переменного тока. В процессе закалки вводится никель или при его дефиците используют марганец, при этом для дробления зерна добавляют малые дозы титана или ванадия.

В целом процесс цементации стали необходим для улучшения износостойкости и прочности деталей.

Чаще всего цементации подвергаются валы, оси, лезвия ножей, детали подшипников и зубчатые колеса.

Как происходит цементация стали в твердой среде на предприятии и в условиях домашнего цеха?

Смесь для твердой цементации готовится из бария, кальция с древесным углем и углекислого натрия. Уголь лучше брать из дуба или березы и разделить его небольшие фракции, не более десяти миллиметров. Чтобы удалить лишнюю пыль, уголь рекомендуют просеять. Соли тоже измельчают до состояния порошка и пропускают через сито.

Существует две методики для приготовления смеси:

Уголь из дерева поливают солью, которую предварительно растворяют в воде. Получившуюся смесь высушивают, ее влажность должна быть не более 7%.
Сухой уголь и соль тщательно перемешивают, чтобы исключить возможность появления пятен уже в процессе химической и термической обработки.

При этом, первая методика считается более качественной. Так как она гарантирует, что смесь выйдет равномерной, а результат без пятен и разводов. Готовую смесь еще называют карбюризатором.

Сам процесс твердой цементации проходит в специальных ящиках, где насыпана смесь в нужном количестве. Идеально, если ящики соответствуют размеру и форме изделия, которое обрабатывают. Так как в этом случае снижаются затраты времени на прогрев тары, а качество слоя цементации улучшается. Для избежания утечки газа щели замазывают специальной огнеупорной глиной и накрывают все плотно прилегающей крышкой.

Следует обратить внимание, что изготавливать тару, идеально подходящую, экономически выгодно, если речь идет о конвейерной процедуре. Если же нужно одну или две детали закалить, то лучше выбрать тару универсальной формы — квадратную, круглую или прямоугольную.

Ящики выбирают из малоуглеродистой или жаростойкой стали.

Сам процесс цементации в твердой смеси проходит следующим образом:

детали, которые необходимо закалить, равномерно укладываются в ящики, наполненные твердым карбюризатором;
печь разогревают до 900−1000 градусов и подают в нее тару с изделиями;
прогрев ящиков проходит при температуре от 500 до 700 градусов. Этот прогрев называют сквозным. Сигналом, что печь накалилась до нужной температуры служит однородный цвет подовой плиты, на ней больше нет темных участков под ящиками;
температуру поднимают до 900 или 1000 градусов по Цельсию.

Именно при таком температурном режиме происходят диффузные изменения в структуре деталей на уровне атомов.

В домашних условиях достаточно сложно нагреть печь до нужной температуры и выдержать весь температурный режим от начала и до конца. При этом все возможно. Следует помнить, что эффективность домашней цементации намного ниже, чем промышленной.

Цементуемые стали с помощью газа

Впервые цементацию стали газом осуществили на Златоусовском комбинате под бдительным руководством П. Аносова. Этот эффективный способ разработали В. Просвирин, С. Ильинский и Н. Минкевич.

Суть процесса достаточно проста — металл цементируется под влиянием углеродсодержащего газа (природного, искусственного или генераторного) в герметически закрытой печи.

Самый доступный и часто используемый газ — это состав, который получают при разложении нефтепродуктов.

Его изготавливают следующим способом:

в специальную емкость из стали наливают керосин, нагревают до процесса пиролиза — разложения керосина на смесь из нескольких газов;
примерно 60% этого газа модифицируют и делают подходящим для цементации.

Смесь из модифицированного газа и чистого пиролизного газа используют для цементации. Необходимость модификации части газа вызвана тем, что от использования чистого пиролизного газа на стали получается недостаточная цементация, а на некоторых деталях может оседать немного сажи, которую сложно удалять.

Сам процесс цементации стали с помощью газа проводят на специальных печах-конвейерах непрерывного действия. Либо используют уникальные стационарные агрегаты.

Сначала в печь, ее муфель, помещают деталь. Установку закрывают и накаляют печь до 950 градусов. Потом подают заранее подготовленный газ.

Провести эту процедуру в домашних условиях практически нереально.

В то же время она имеет несколько преимуществ перед твердым способом обработки:

меньше времени затрачивается на подготовку сырья для цементации;
более благоприятные и безопасные условия для труда рабочих;
ускорение процесса закалки за счет сокращения времени на выдержку изделий.

Самое важное при цементации стали — это грамотно организованный процесс и качественное оборудование и сырье. Твердый способ вполне можно реализовать в домашних условиях при наличии печи, карбюризатора и металлических форм. А также определенных умений и навыков, связанных с этим процессом закалки стали.

Ян Корецкий. Цементация стали. Пер. с чешск. Л.: Судпромгиз, 1962г., 230 с.: ил. — Термическая обработка и плавка металлов

Ян Корецкий.

Цементация стали.

Пер. с чешск. Л.: Судпромгиз, 1962.

230 с.: ил.

В книге изложены основы теории практики процессов химико-термической обработки стали. Рассмотрены общие закономерности диффузии углерода в стали; процессы цементации; распределение содержания углерода в цементированном слое; влияние различных факторов на результат цементации; технологические процессы цементации и термической обработки цементованной стали; составы чехословацких и советских твёрдых карбюризаторов; составы смесей для цементации в жидких и газовых средах. Приведены данные о структуре и своиствах цементованной стали в термически обработанном состоянии и обзор цементуемых сталей. Содержится описание оборудования, применяемого для различных методов цементации; изложены основные требования к цементованному слою.

Книга предназначена для инженерно-технических работников машиностроительных заводов и научно-исследовательских институтов, а также для студентов высших учебных заведений машиностроительного и металлургического профилей.Предисловие.

Введение.

Сущность цементации

Система Fe — С (содержание углерода до 2%).

Превращение аустенита в перлит.

Перлит нормальный и анормальный.

Влияние азота на равновесную систему железо—углерод.

Диффузия углерода в сталь.

Перепад концентрации углерода в слое.

Поверхностный слой и его термическая обработка.

Химизм процесса цементации.

Факторы, оказывающие влияние на процесс цементации.

Цементуемые стали

Краткий обзор стандартных цементуемых сталей.

Значение химического состава и чистоты цементуемых сталей.

Значение зерна аустенита при цементации.

Закаливаемость цементуемых сталей.

Прокаливаемость цементуемых сталей.

Обзор легированных цементуемых сталей по Чехословацкому Государственному Стандарту (CSN) 420075

Обзор советских цементуемых сталей.

Обзор иностранных цементуемых сталей.

Принцип выбора цементуемых сталей.

Термическая обработка цементованных сталей

Термическая обработка перед цементацией.

Закалка после цементации.

Отпуск после цементации.

Термическая обработка для исправления дефектов слоя.

Подготовка деталей перед цементацией

Механическая обработка деталей.

Подготовка к цементации.

Цементация в твердом карбюризаторе

Состав карбюризаторов.

Подготовка и хранение карбюризаторов.

Практика цементации в карбюризаторе.

Цементующие пасты.

Цементация в жидкой среде

Состав цементующих солей.

Состав цементующих смесей.

Оборудование для цементации в расплавленных солях.

Различия между цементацией в твердых карбюризаторах и солях.

Практика цементации в соляных ваннах.

Уход за соляными ваннами.

Ванны из известковых солей.

Меры предосторожности при работе с цианидами.

Газовая цементация

Равновесные состояния в газовых смесях.

Потенциал науглероживания.

Образование сажи и действие катализаторов.

Значение точки росы.

Цементующие газовые смеси и их приготовление.

Очистка газов.

Смешивание газов.

Печи для цементации газом.

Нитроцементация.

Одновременное воздействие углерода и азота на образование слоя.

Выбор стали для нитроцементации.

Выбор газовой среды для нитроцементации.

Выбор температуры для нитроцементации.

Оборудование для нитроцементации.

Обработка деталей после нитроцементации.

Структура и свойства нитроцементованного слоя.

Обработка деталей после цементации

Очистка.

Отпуск.

Местное смягчение.

Правка.

Шлифование.

Цементация специальных сталей, чугуна и металлов

Цементация сталей с большим содержанием углерода.

Цементация нержавеющих сталей.

Цементация ковкого и серого чугуна.

Цементация тантала, титана и деталей, покрытых хромом.

Особые процессы цементации.

Цементация при индукционном нагреве.

Контроль качества цементованных слоев

Состав, структура и толщина слоя.

Физические и механические свойства слоя.

Химический состав слоя.

Дефекты при цементации и их исправление

Поверхностные и размерные дефекты.

Изменение формы и размеров детали (деформация).

Недостаточная твердость.

Структурные дефекты.

Сравнение способов поверхностного упрочнения сталей

Литература

Другой вариант обработки этой книги-

http://www.chipmaker.ru/index.php?autocom=downloads&showfile=1195

Сталь цементация — Справочник химика 21

Другой метод обработки поверхности стали—цементация— основан на внедрении атомов углерода в поверхностный слой металла. Цементацию обычно проводят, нагревая сталь до 900—950°С в атмосфере окиси углерода и углеводородов (например, метана), которые при этом частично распадаются с образованием свобод)юго углерода
[c.64]

В гальваностегии медные покрытия применяются для защиты стальных изделий от цементации, для повышения электропроводности стали (биметаллические проводники), а также в качестве промежуточного слоя на изделиях из стали, цинка и цинковых и алюминиевых сплавов перед нанесением никелевого, хромового, серебряного и других видов покрытий для лучшего сцепления или повышения защитной способности этих покрытий. Для защиты от коррозии стали и цинковых сплавов в атмосферных условиях медные покрытия небольшой толщины (10—20 мкм) непригодны, так как в порах покрытия разрушение основного металла будет ускоряться за счет образования и действия гальванических элементов. Кроме того, медь легко окисляется на воздухе, особенно при нагревании.

[c.396]

Палец изготовляют из сталей 45 и 40Х с последующей обработкой токами высокой частоты для получения поверхностной твердости НR 50— 58 или из сталей 20, 15Х и 15ХМА с двухсторонней цементацией на глубину слоя в пределах 0,5—1,5 мм (для готового изделия) и закалкой на твердость HR 56—62. С целью повышения износостойкости класс чистоты внешней поверхности пальца — не ниже V9. Полировка поверхности отверстия пальца для удаления рисок от шлифования увеличивает его усталостную прочность в два раза. Посадка пальца в поршне — скользящая по 2-му классу. Самые лучшие результаты дает селективная сборка с соблюдением зазора в пределах 3—10 мкм, что потребовало бы при обычной сборке обработки по 1-му классу точности. [c.395]

Цементация является одним нз наиболее ранних процессов обработки металлов. Ещё в древние времена была известна способность углерода проникать вовнутрь мягкого железа. В то время цементация углеродом применялась главным образом в металлургических целях. Этим способом пользовались для превращения железа в сталь путём томления при тигельном процессе. В более позднее время в связи с появлением совершенных и более дешёвых способов получения стали цементация как металлургический процесс потеряла своё значение. [c.23]

Упрочнения поверхности стали можно добиться специальными методами ее термической обработкой — поверхностной закалкой с нагревом токами высокой частоты и химико-термической обработкой цементацией и азотированием. Цементация и азотирование — процессы диффузионного насыщения поверхностного слоя детали углеродом и азотом, соответственно. Данной обработке подвергают такие детали машин и аппаратов, которые должны иметь износостойкую рабочую поверхность и вязкую сердцевину зубчатые колеса, коленвалы, кулачки,червяки и др. [c.631]

Для повышения поверхностной твердости и, следовательно, увеличения стойкости против износа детали, изготовленные из стали марок 10, 15, 20 и 25, иногда подвергаются цементации или цианированию. Вместо стали марок 15, 20 и 25 для изготовления ответственных деталей нефтегазопромыслового и заводского оборудования может быть рекомендована сталь с повышенным содержанием марганца марок 15Г и 20Г, Эта сталь по сравнению со сталями с нормальным содержанием марганца обладает большей прочностью при сохранении высоких пластических свойств. При цементации деталей из стали с повышенным содержанием марганца образуется более однородный цементованный слой, и после закалки такие детали имеют высокую и равномерную поверхностную твердость. Сталь с повышенным содержанием марганца марок 40Г и 45Г обладает после закалки и высокого отпуска повышенной прочностью, хорошей вязкостью и сопротивляемостью износу. Для изготовления пружин, пружинных шайб и колец целесообразно применять стали с повышенным содержанием марганца, например, сталь марки 65Г.

[c.26]

Отжиг нержавеющей стали, трансформаторного железа, малоуглеродистой стали Цементация………….. [c.85]

Механическая точение, фрезерование, сверление, растачивание для качественных сталей — цементация, закалка до твердости ННС 34—38 [c.162]

Лестерни шестеренных насосов изготавливаются из легированной стали, зубья шестерен подвергаются цементации на глубину 0,9—1,5 мм и закалке до твердости HR 58—62. При работе шестерни изнашиваются по наружному диаметру зубьев и линии зацепления зубьев, по торцовым поверхностям, по цапфам. Ведущая шестерня испытывает большие нагрузки, чем ведомая, поэтому и износ ее больше, чем ведомой шестерни.

[c.245]

Поршневые пальцы изготовляют из сталей 45 и 40Х с последующей закалкой током высокой частоты или из сталей 20, 15Х и 15ХМА с цементацией и закалкой. Класс чистоты внешней поверхности пальца не ниже девятого. Пальцы закрепляются в бабышках установочными винтами. Широко распространены также плавающие пальцы, не закрепленные в бобышках поршня н проворачивающиеся в них. Плавающий палец фиксируется пружинящими кольцами, устанавливаемыми по его концам в проточках внутри бобышек. [c.200]

Природный газ применяется и в металлургии. Здесь он используется не только как топливо, но и в процессе термической обработки металла — так называемой цементации стали. Цементацией стали называется процесс науглероживания поверхности стальных изделий при высокой температуре в печах особого устройства. При этих условиях метан разлагается на простые вещества [c.266]

Твердость азотированной стали выше 1000 по Бринелю, тогда как твердость цементированной (науглероженной) стали не выше 800. Антикоррозийные свойства азотированной стали также значительно выше. Так как процесс азотирования протекает при более низкой температуре, чем цементация, то деформация тонких предметов почти исключается. Глубину проникновения нитрида железа легко варьировать, изменяя температуру и время процесса. Кроме того, в процессе азотирования происходит заметное увеличение объема стали и поэтому стертые калибры, лекала и др. инструменты можно довести до прежнего размера. Известен нитрид железа состава Ре4Ы, устойчивый до 680° С. [c.361]

Изменением состава легирующих элементов легко можно получить стали с требуемыми прочностными или пластическими свойствами, химической стойкостью, жаростойкостью и т. д. Сталь легко подвергается обработке любым технологическим способом отливкой, ковкой, штамповкой, прокаткой, резанием, давлением и др. Термическая обработка позволяет изменять свойства стали в широком диапазоне как по поверхности стали, так и по всему сечению химико-термическая обработка стали — цементация, азотирование, металлизация и другие — позволяет еще больше расширить эти возможности. Малоуглеродистые стали хорошо свариваются. Применением соответствующих легирующих добавок, специальных электродов и последующей термической обработкой можно создавать прочные сварные соединения также из легированных сталей. [c.110]

Цианистый натрий применяется главным образом в горной промышленности, в гальваностегии, для цементации сталей, для окуривания и для производства красок и других химикалий. Его значение в горной промышленности упало по сравнению с прошлыми годами, ибо он заменяется в этой области более дешевым цианистым кальцием. В этом отношении повторилась старая история цианистый калий, который сначала исключительно применялся в металлургической промышленности, уступил место более дешевому цианистому натрию, а этот последний, «в свою очередь, был заменен еще более дешевым цианистым кальцием. [c.35]

Цементация этой стали проводится при температуре 930—960° С. После цементации рекомендуется проводить двойную закалку с низким отпуском. Первая закалка обычно производится с цементационного нагрева в масле, вторая закалка с температуры 750—790° С, отпуск — при температуре 180—200° С.. [c.56]

Следовательно, метан является поставщиком СО, и его обычно добавляют при газовой цементации металла для предотвращения обезуглероживания. Ряд работ свидетельствует о том, что науглероживание и последующее окисление сталей наблюдается также в среде чистого СО [39—41]. [c.165]

Крейцкопф выполнен как одно целое с башмаками из чугуна, модифицированного ферробором. Поверхность башмаков закаливают токами высокой частоты для получения нужной твердости. Крейцкопф соединен со штоком двумя закладными гайками, что позволяет регулировать зазор между торцами поршня и цилиндра в верхней и нижней мертвых точках. Палец крейцкопфа из хромоникелевой стали подвергают цементации и закалке. При сборке палец запрессовывают в тело крейцкопфа и стопорят пружинным кольцом. [c.368]

При цементации деталей из стали с повышенным содержанием марганца образуется более однородный цементованный слой, а после закалки такие детали имеют высокую и равномерную поверхностную твердость. Сталь с повышенным содержанием марганца цементуют при температуре 900—920° С. После цементации детали следует подвергнуть промежуточной термической обработке— закалке в масле или нормализации с температуры 820—840° С — для улучшения цементованной сердцевины. Окончательная закалка производится с температуры 780—800° С. Крупные изделия при закалке охлаждаются в воде или через воду и масло, а мелкие — в масле. Отпуск производится при температуре 180—200° С. [c.36]

Цементация этой стали производится прн температуре 920—950° С с последующей закалкой с температуры 800—820° С в масле и отпуском прп 180— 200° С. Время выдержки при температуре цементацип ориентировочно может быть определено из расчета 1 ч на 0,1 мм толщины цементованного слоя. [c.49]

При всех различиях, существующих в составе и структуре закаленной, облагороженной и высокопрочной стали, ее поведение при электролитическом покрытии одинаково, например в отношении водородной хрупкости (см. стр. 160). В этой работе не говорится о процессах, возникающих при закалке (обычная закалка, по верхностная закалка сильно углеродистых сталей, цементация или азотирование слабоуглеродистых сталей) и при-улучшении стали термообработкой, а также о возникающих нри этом структурных изменениях. Однако в рамках гальванотехники имеют значения те изменения механических свойств, которые эти стали получают в процессе покрытия или при сопутствующих предварительной или последующей обработках. Почти всегда при этом ухудшаются показатели прочности (предел прочности на растяжение, прочность на знакопеременный изгиб и т. д.) эти ухудшения следует отнести главным образом за счет водорода, проникшего в металл в результате диффузии. Естественно, что такое поглощение водорода (рис. 137) имеет место-не только у названных выше сталей, но и у всех сталей вообще. У закаленных, облагороженных и сталей высокой прочности поглощение водорода оказывается особенно неприятным, так как эти стали подвергаются действию повышенных механических напряжений. [c.340]

Червячные колеса выполняют из бронзы и ковкого чугуна, звездочки приводных роликовых и втулочных цепей из сталей 40,45,40Х с закалкой ТВЧ зубчатого венца до твердости 40 — 50 НКС, а также из стали 15 и 20 с цементацией и закалкой до твердости ИКС 52 60 или серого чугуна СЧ18-36 с последующей термообработкой цоНВ 363 — 429. [c.318]

Для подтверждения этой гипотезы были получены образцы из углеродистых качественных сталей марок 10, 15, 20 с размерами 120х50х50мм, предназначенные для проведения газовой цементации. Процесс цементации осуществлялся в карбюризаторе, представляющем собой многокомпонентную систему, состоящую из К -СОз-СО-Нг-НгО-СНд. Образцы выдерживались разное время для получения цементованного слоя толщиной 1, 1,5, 2 мм при температуре 950 С и медаенно охлаждались. Микрострук-турный анализ показал наличие трех зон в структуре цементованного слоя [c.25]

ТОПОХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ (греч. topos — место) — реакции, происходящие в твердой фазе, например, дегидратация кристаллогидратов, окисление металлов и др. К наиболее важным Т. р. относятся процессы обжига, восстановления, хлорирования руд тяжелых и цветных металлов, изготовление катализаторов, получение ферритов, цементация стали, производство керамики, фарфора, огнеупоров, разложение взрывчатых веществ и многие др. [c.252]

ЦЕМЕНТАЦИЯ СТАЛИ — насыщение поЕерхности стальных изделий угле- [c.282]

Сталь 20ХНЗА применяется после цементации для изготовления высоконагруженных деталей, работающих при больших скоростях и ударных нагрузках шестерен, кулачковых муфт, силовых иишлек, валиков, втулок, зубчатых колес тяжелонагружеиных и быстроходных зубчатых передач буровых установок, собачек роторных клиньев, сухарей трубных ключей и т. д. [c.56]

Химические покрытия. Поверхность защищаемого металла подвергают химической обработке с целью получения на нем пленки его химического соединения, стойкой против коррозии. Сюда относятся оксидирование — получение тонких прочных пленок оксидов (алюминия АЬОз, цинка 2пО и др.) фосфатирова-ние — образование на поверхности металла защитной пленки фосфатов, например Рез(Р04)г, Мпз(Р04) азотирование — насыщение поверхности металла (стали) азотом (путем длительного нагревания в атмосфере аммиака при 500—600° С) термическое (воронение стали) — поверхностное взаимодействие металла с органическими веществами при высокой температуре (при этом получается слой Рез04) создание на поверхности металла его соединения с углеродом (цементация) и др. [c.195]

Не ниже 906° С при выплавке чугуна образуется феррит, который непосредственно соединяется с углеродом, образуя карбид железа или цементит формулы РсзС. Карбид железа образуется также на поверхности стальных изделий при нагревании их до соответствующей температуры в присутствии угольного порошка, соды и других углеродсодержащих продуктов. Процесс этот называется цементацией. Цементированные изделия так же, как и азотированные, приобретают поверхностную твердость (например, оси, рельсы и др.). В последнее время цементацию стали производить, нагревая стальные изделия в присутствии светильного газа с обязательным удалением освобождающегося водорода (аналогично процессу азотирования). [c.361]

Другим примером может служить реакция цементации с помощью метана, используемая для увеличения твердости стали путем цементации — обогащения ее поверхности углеродом СН4г=С+2Н2г. [c.37]

Наиболее эффективное средство повышения сопротивления стали усталости и коррозионной усталости среди расмотренных способов это создание белых> слоев механоультразвуковой обработкой. Она эффективна даже без цементации — сложного и дорогостоящего технологического процесса. Положительное влияние белого слоя, образующегося на поверхности стальной детали при больших скоростях резания (80—200 м/мин) или при импульсной обработке расширяет возможность применения углеродистых сталей для изготовления газонефтепромыслового оборудования. [c.18]

Для повышения поверхностной твердости и, следовательно, увеличения стойкости против износа детали, изготовленные из стали марок 15, 20 и 25, в ряде случаев подвергаются цементации или цианированию (например, пальцы крейцкопфов, щестерии, оси). [c.35]

Сталь марки 12ХН2 является цементуемой. Цементация производится при 900—920° С с последующей закалкой в масле с температуры 780—800° С и отпуском при 170—1180° С. Эта сталь применяется для изготовления метчиков и колоколов для ловильных работ в бурении, илашек труболовок, поршневых [c.51]

Цементация стали 18ХГТ производится прп 940—950° С с последующей закалкой с температуры 780—800° С в масле и отпуском при 180—200° С. [c.53]

Цементация шарошек и лап долот производится, как правило, в древесноугольном карбюризаторе. Шарошки и лапы из стали 12ХН2 цементуют ири температуре 930—960° С. [c.94]

Детали опытных долот, изготовленные нз стали марки ЗОХГС, подвергались цемептации по технологии, принятой для серийных долот. Закалка после цементации производилась с температуры 880° С в масле, отпуск — ири температуре 200—220° С. [c.100]

Известно, что главной причиной разрушения цементуемых деталей являются дефекты цементации резкие колебания концентрации углерода в Еоверх-ностном слое между отдельными партиями деталей и невозможность точного регулирования содержания углерода в поверхностном слое, особенно при цементации U твердом карбюризаторе, рост зерна в процессе цементации, возможное насыщение стали при цементации кислородом и т. д. [c.102]

Цементация металла в домашних условиях графитом. Советы мастеру. Химико-термическая обработка стали. Науглероживание стали в домашних условиях

В основе процесса цементации заложен принцип химической и термической обработки металла . Вся суть процедуры в насыщении поверхности стали необходимым количеством углерода при определенных температурных условиях.

Общая информация о процессе

В первую очередь необходимо понимать основы термической обработки стали.

К особенностям цементации металла относят следующие факторы:

Благодаря процедуре цементируемые стали становятся прочнее, что повышает износостойкость и прочность материала;
Свойства эксплуатации металла изменяются за счет нагрева изделий в жидкости, газовой или твердой среде, что улучшает ее характеристики;
Нагревание деталей можно до разных температур, нет ограниченной константы и точных рекомендаций. В домашних условиях процесс цементации проходит при температуре 500 градусов по Цельсию. В промышленных условиях с использованием профессионального оборудования температура нагрева в печи достигает более 1300 градусов по Цельсию. Следует знать, что температуру выбирают, учитывая концентрацию примесей и углерода.
Профессионалы рекомендуют в домашних условиях цементировать низкоуглеродистые виды стали (приблизительно 0,2%). Например, лезвие от недорогого кухонного ножа, изготовленного из стали или небольшие детали.
В структуру стали углерод проникает довольно медленно. Поэтому цементация лезвия ножа в условиях домашней процедуры происходит со скоростью не более 0,1 мл в час. Чтобы это же лезвие выдерживало более сильные нагрузки, нужно усиливать слой толщиной до 0,8 мл в час. Еще важно понимать, что цементация ножа или небольшого вала в условиях домашнего цеха займет минимум восемь часов . При этом следует удерживать определенную температуру в печи, чтобы не нарушить температурный режим.
В процессе цементации изменяется не только свойство металла, но и его фазовый состав и атомная решетка. В целом поверхность получает такие же характеристики, как и при закалке, но при этом существует возможность контроля в узком диапазоне температур, чтобы избежать различных дефектов материала.

Осуществить цементацию нержавеющий стали немного сложнее , но в то же время это качественно улучшит характеристики этого вида металла.

В какой среде возможна цементация стали

Процесс закалки проходит в различных условиях среды:

в твердой;
в газообразной;
в растворе электролита;
в виде специальной пасты;
в кипящем слое.

Чаще всего в условиях домашнего цеха проводится цементация стали графитом . Это сильно упрощает процесс, так как не нужно дополнительно еще заботиться о сильной герметичности печи.

Разновидности металла, который можно обрабатывать

Выделяют три основные группы металла, который используется для закалки:

Сталь с неупрочняемой сердцевиной. В эту группу входят следующие марки стали, пригодной для цементирования — 20, 15 и 10. Эти детали имеют небольшой размер, используются для эксплуатации в бытовых условиях. Во время закалки происходит трансформация аустенита в феррито-перлитную смесь.
Сталь со слабо упрочняемой сердцевиной. В эту группу вошли металлы таких марок, как 20Х, 15Х (хромистые низколегированные стали). В этом случае проводят дополнительную процедуру лигирования с помощью небольших доз ванадия. Это обеспечивает получение мелкого зерна, что приводит к получению более вязкого и пластичного металла.
Сталь с сильно упрочняемой сердцевиной. Этот вид металла используют для изготовления деталей со сложной конфигурацией или большим сечением, которые выдерживают различные ударные нагрузки, подвергаются воздействию переменного тока. В процессе закалки вводится никель или при его дефиците используют марганец, при этом для дробления зерна добавляют малые дозы титана или ванадия.

В целом процесс цементации стали необходим для улучшения износостойкости и прочности деталей.

Чаще всего цементации подвергаются валы, оси, лезвия ножей, детали подшипников и зубчатые колеса.

Как происходит цементация стали в твердой среде на предприятии и в условиях домашнего цеха?

Смесь для твердой цементации готовится из бария, кальция с древесным углем и углекислого натрия. Уголь лучше брать из дуба или березы и разделить его небольшие фракции, не более десяти миллиметров. Чтобы удалить лишнюю пыль, уголь рекомендуют просеять . Соли тоже измельчают до состояния порошка и пропускают через сито.

Существует две методики для приготовления смеси:

Уголь из дерева поливают солью, которую предварительно растворяют в воде. Получившуюся смесь высушивают, ее влажность должна быть не более 7%.
Сухой уголь и соль тщательно перемешивают, чтобы исключить возможность появления пятен уже в процессе химической и термической обработки.

Сам процесс твердой цементации проходит в специальных ящиках , где насыпана смесь в нужном количестве. Идеально, если ящики соответствуют размеру и форме изделия, которое обрабатывают. Так как в этом случае снижаются затраты времени на прогрев тары, а качество слоя цементации улучшается. Для избежания утечки газа щели замазывают специальной огнеупорной глиной и накрывают все плотно прилегающей крышкой.

Ящики выбирают из малоуглеродистой или жаростойкой стали.

Сам процесс цементации в твердой смеси проходит следующим образом:

детали, которые необходимо закалить, равномерно укладываются в ящики, наполненные твердым карбюризатором;
печь разогревают до 900−1000 градусов и подают в нее тару с изделиями;
прогрев ящиков проходит при температуре от 500 до 700 градусов. Этот прогрев называют сквозным. Сигналом, что печь накалилась до нужной температуры служит однородный цвет подовой плиты, на ней больше нет темных участков под ящиками;
температуру поднимают до 900 или 1000 градусов по Цельсию.

В домашних условиях достаточно сложно нагреть печь до нужной температуры и выдержать весь температурный режим от начала и до конца. При этом все возможно . Следует помнить, что эффективность домашней цементации намного ниже, чем промышленной.

Цементуемые стали с помощью газа

Самый доступный и часто используемый газ — это состав, который получают при разложении нефтепродуктов.

Его изготавливают следующим способом:

в специальную емкость из стали наливают керосин, нагревают до процесса пиролиза — разложения керосина на смесь из нескольких газов;
примерно 60% этого газа модифицируют и делают подходящим для цементации.

Провести эту процедуру в домашних условиях практически нереально.

В то же время она имеет несколько преимуществ перед твердым способом обработки:

меньше времени затрачивается на подготовку сырья для цементации;
более благоприятные и безопасные условия для труда рабочих;
ускорение процесса закалки за счет сокращения времени на выдержку изделий.

Цементация, осуществляемая в различных средах и исключительно под воздействием высоких температур, является очень распространенным методом химико-термической обработки металла, успешно применяемым уже не один десяток лет.

Сущность процесса цементации

Смысл любых методов химико-термической обработки металлов, к числу которых относится и цементация стали, заключается в том, что изделие нагревают до высокой температуры в специальной среде (жидкой, твердой или газообразной). Такое воздействие приводит к тому, что меняется химический состав металла – поверхность обрабатываемого изделия насыщается углеродом, в итоге становится более твердой и износостойкой. Что важно, сердцевина обработанных деталей остается вязкой.

Добиться желаемого эффекта после такого воздействия на металл можно лишь в том случае, если обработке подвергают низкоуглеродистые стали, в составе которых углерода содержится не более 0,2%. Для того чтобы выполнить цементацию, изделие нагревают до температуры 850–950 градусов Цельсия, а состав среды подбирают таким образом, чтобы она при нагреве выделяла активный углерод.

Если цементацию стали проводить квалифицированно, можно не только изменить химический состав металлического изделия, но также преобразовать его микроструктуру и даже фазовый состав. В результате удается значительно упрочнить поверхностный слой детали, придать ему характеристики, сходные со свойствами . Для того чтобы добиться таких результатов, необходимо правильно подобрать параметры химико-термической обработки металла – температуру нагрева и время выдержки обрабатываемого изделия в специальной среде.

Данная технологическая операция является достаточно продолжительной по времени, так как процесс насыщения поверхностного слоя стали углеродом проходит очень медленно (0,1 мм за 60 минут). Учитывая тот факт, что упрочненный поверхностный слой для большинства изделий должен составлять не менее 0,8 мм, можно рассчитать, что на выполнение цементации металла необходимо будет затратить не менее 8 часов. Основными типами сред для выполнения цементации металла (или, как их правильно называют, карбюризаторами) являются:

газообразные среды;
растворы электролитов;
пастообразные среды;
кипящий слой;
твердые среды.

Наиболее распространенными являются газообразные и твердые карбюризаторы.

Проведение цементации стали в твердой среде

Чаще всего для выполнения цементации металла в твердой среде используется смесь, состоящая из углекислого натрия, бария или кальция и березового или дубового древесного угля (70–90%). Перед этим все компоненты такой смеси измельчаются до фракции 3–10 мм и просеиваются, что необходимо для удаления слишком мелких частиц и пыли.

После того, как компоненты смеси для химико-термической обработки металла подготовлены, их можно смешать несколькими способами.

Компоненты смеси (соль и уголь) тщательно перемешиваются в сухом состоянии. Если пренебречь этим требованием, то после окончания процесса цементации на поверхности изделия могут образоваться пятна.
Соль растворяют в воде и полученным раствором поливают древесный уголь, после чего его просушивают до достижения влажности не более 7%.

Следует отметить, что второй способ предпочтительнее, так как позволяет получить смесь с более равномерным составом.

Как в производственных, так и в домашних условиях цементация изделий из стали выполняется в ящиках, в которые засыпан карбюризатор. Чтобы улучшить качество поверхностного слоя обрабатываемого металла, а также сократить время, идущее на прогрев ящиков, лучше всего изготавливать их максимально приближенными к размерам и формам деталей.

Оптимальные условия для протекания цементации стали можно создать, исключив утечку газов, образующихся в карбюризаторе в процессе нагрева. Для этого ящики, у которых должны быть плотно закрывающиеся крышки, тщательно обмазывают огнеупорной глиной перед помещением в печь.

Естественно, использовать специально изготовленные ящики целесообразно лишь в промышленных условиях. Для цементации металла в домашних условиях применяют ящики стандартных размеров и формы (квадратные, прямоугольные, круглые), подбирая их в зависимости от количества обрабатываемых деталей и внутренних размеров печи.

Оптимальным материалом для таких ящиков является жаростойкая сталь, но может быть использована и тара из малоуглеродистых сплавов. Технологический процесс цементации изделий из металла выглядит следующим образом.

Подготовленные для обработки детали укладывают в ящики, пересыпая слоями карбюризатора.
Наполненные ящики, обмазанные огнеупорной глиной, помещают в предварительно прогретую печь.
Выполняют так называемый сквозной прогрев ящиков с деталями, при котором они нагреваются до температуры 700–800 градусов Цельсия. О том, что ящики хорошо прогрелись, судят по цвету подовой плиты: на ней не должно быть темных пятен в местах соприкосновения с тарой.
Температуру в печи поднимают до 900–950 градусов Цельсия. Именно при таких значениях проводят цементацию стали.

Высокая температура и специальная среда, в которой находится металл, способствуют тому, что происходит диффузия атомов активного углерода в кристаллическую решетку стали. Следует отметить, что выполнение цементации стали возможно в домашних условиях, но часто не позволяет добиться желаемого эффекта. Объясняется это тем, что для процесса цементации необходима длительная выдержка детали при высокой температуре. Как правило, это трудно обеспечить в домашних условиях.

Цементация деталей в газовой среде

Авторами данной технологии являются С. Ильинский, Н. Минкевич и В. Просвирин, которые под руководством П. Аносова впервые использовали ее на комбинате в г. Златоусте. Суть данной технологии заключается в том, что обрабатываемые детали из металла нагреваются в среде углеродосодержащих газов, которые могут быть искусственного или природного происхождения. Чаще всего используется газ, который образуется при разложении продуктов нефтепереработки. Такой газ получают следующим способом:

нагревают стальную емкость и подают в нее керосин, который при испарении разлагается на смесь газов;
состав некоторой части (60%) полученного газа модифицируют (крекирование).

Полученная смесь и используется для выполнения химико-термической обработки стали.

Если цементацию стали провести с применением только пиролизного газа, без добавления крекированного, то глубина науглероженного слоя будет недостаточной. Кроме того, в таком случае на поверхности обрабатываемой детали осядет большой слой сажи, на удаление которого может уйти много времени и сил.

Печи, которые используются для выполнения газовой цементации металла, должны герметично закрываться. На современных производственных предприятиях применяют два основных типа таких печей: методические и стационарные. Сам процесс цементации в газовой среде выглядит следующим образом. Обрабатываемые детали помещают в печь, температуру в которой доводят до 950 градусов Цельсия. В нагретую печь подают газ и выдерживают в нем детали определенное время.

По сравнению с цементацией стали с использованием твердого карбюризатора, данная технология имеет ряд весомых преимуществ:

обеспечение лучших условий для обслуживающего персонала;
высокая скорость достижения требуемого эффекта за счет того, что детали в газовой среде могут выдерживаться меньшее количество времени (к тому же не требуется время для приготовления твердого карбюризатора).

Химико-термическая обработка стали | Обработка металла – стали и цветных металлов

Такая обработка металла изменяет не только его структуру, а и химический состав его поверхности. Благодаря этому деталь может иметь вяжущую сердцевину, которая выдерживает ударные нагрузки, и высокую твердость и стойкость против воздействия извне. Существует несколько способов химико-термической обработки, но в условиях небольшой мастерской (тем более в домашних условиях) можно выполнить только цементацию.

Цементация – насыщение углеродом поверхностного слоя стали без доступа воздуха, в среде (карбюризаторе), котороя имеет значительное содержимое углерода. Цементируют обычно детали из малоуглеродных сталей, которые после закала поверхностного слоя шлифуют. Карбюризаторы для цементации поверхностного слоя стали могут иметь разный состав, но простейший такой, %:

Углекислый натрий или углекислыйбарий (для ответственных деталей) ………10Углекислый кальций……………………………..3Древесный уголь…………………………………..87

Карбюризатор можно приготовить из углекислого натрия (сода 6-10 %) и пиленного рога или торфяного кокса (90-94 %). Мелкие или одиночные детали цементируют в пасте, которая состоит из таких компонентов, %:

Газовая сажа……………………………………….28Кальцинированная сода………………………3,5Желтая кровяная соль………………………..1,5Веретенное масло……………………………….67илиГолландская сажа………………………………30Кальцинированная сода……………………….10Веретенное масло………………………………40Декстрин (клей) ………………………………..20

Хорошую пасту для цементации можно приготовить из художественной краски «Газовая сажа» (продают в тюбиках), к которой домешивают часть за массой кальцинированной соды.Места на деталях, которые не нуждаются в цементации, защищают противо-цементационными обмазками. Простейшая обмазка – это огнеупорная глина с добавкой (10 %) асбестового боя. Замешивают смесь на воде. Удобная в пользовании и такая обмазка, %: тальк-50, каолин – 25, вода – 25.Разводят эту обмазку к нужной плотности жидким стеклом или конторским силикатным клеем. Закладывают детали в цементационные ящики после высыхания обмазки. Цементируют так. В металлический ящик с крышкой на дно насыпают карбюризатор слоем 30- 40 мм и на него кладут подготовленные (обмазанные) детали таким образом, чтобы расстояние между ними, а также между ними и стенками ящика сотовляла около 10-15 мм. Сверху детали присыпают карбюризатором слоем 30-40 мм, закрывают крышкой, промазывают ее кромки огнеупорной глиной и сушат.Если для цементации используют пасту, то деталь намазывают ею слоем толще 3-4 мм, кладут в ящик, закрывают и также обмазывают кромки крышки огнеупорной глиной. После высыхания глины ящик помещают в печь и выдерживают (температуры 930-950 °С) на протяжении 1,5-3 года (с твердым карбюризатором 7-8 лет). При этом слой цементации достигает 1 мм. Иногда в ящике для цементации делают отверстия и в них вставляют 1-2 отрезка мягкого стального провода диаметром 3-4 мм (пробник). Щели хорошо обмазывают огнеупорной глиной. Спустя некоторое время пробник вынимают, отверстие замазывают глиной, а пробник переризают и определяют глубину цементации, т.е. целесообразность дальнейшего прогревания. После цементации детали охлаждают вместе с ящиком, потом нагревают до температуры 760- 780 °С. и закаливают. Упрощенная цементация. Небольшие детали из малоуглеродных сталей цементируют такими способами:желтой кровяной солью (железо-цианистый калий). Для цементации деталь нагревают, обсыпают солью и снова нагревают до расплавления соли (850 °С), потом вынимают и закаливают. При этом слой цементации сравнительно небольшой – около 0,15 мм. Если необходимо увеличить его, деталь обсыпают солью и нагревают при указанной температуре на протяжении 1 ч, потом сразу же закаливают, чугунными опилками. Это старый кузнечный способ «укрепление в горне». Нагретую к белому цвету деталь, не вынимая из горна, очищают проволочной щеткой и присыпают чугунными опилками, из которых углерод переходит на поверхность детали. Очищение и присыпания повторяют несколько раз. Целесообразно одновременно с опилками присыпать накаленное изделие древесному углем. После этого изделие закаливают восстановительным пламенем горелки. Если в газовую горелку не дать достаточно кислорода, углерод, который есть в ацетилене, не полностью сгорает и может переходить в состав металла на месте сваривания, т.е. происходит местное неглубокое науглеродование. Когда же одновременно применить как присадку стальной провод, который используют в автоматах для наваривания шеек коленчатых и других валов, толщину углеродного пласта можно увеличить до 1-2 мм. Смотрите также термическая обработка стали.

ometals.ru

Технология цементации стали. Закалка в домашних условиях видео.

Важным способом улучшения эксплуатационных свойств стали является химико-термическая обработка (ХТО), которая предполагает воздействие на заготовку реагента при повышенной температуре. В холодном состоянии сталь характеризуется низкой химической активностью, даже образование ржавчины протекает достаточно медленно. Чтобы увеличить скорость реакции, сталь нагревают до высокой температуры. Согласно правилу Вант-Гоффа, повышение температуры на 10° приводит к увеличению скорости химической реакции вдвое. Высокие температуры позволяют выполнить обработку стали за допустимое время для промышленного производства.

Выбор способа обработки ведется в зависимости от химического состава стали

В процессе обработки заготовка находится в среде химически активного вещества. Оно формирует на поверхности заготовки слой с особыми свойствами, отличающимися от основной части. В большинстве случаев ХТО позволяет улучшить механические свойства материала, его прочность, твердость и стойкость к износу.

Самыми популярными процессами ХТО выступают цементация, предполагающая насыщение углеродом, и азотирование, в котором ведется обработка азотом. Также высокой эффективностью обладает нитроцементация, которая совмещает азотирование и цементацию. Обработка другими элементами встречается редко. Выбор способа обработки ведется в зависимости от химического состава стали, от содержания углерода и легирующих веществ.

ХТО является одной из завершающих операций в технологическом цикле производства стальных деталей. Она выполняется после формоизменяющих операций, обработки давлением и резанием. В результате ХТО деталь приобретает увеличенную прочность поверхностного слоя, и обработать такую деталь становится гораздо сложнее. ХТО выполняется таким образом, чтобы коробление поверхности было минимальным и не требовалось выравнивать поверхность, срезая верхний слой. После ХТО производится только шлифовка поверхности.

Цементация стальных изделий

Стали, подвергаемые цементации, можно разделить на три группы по химическому составу:

Конструкционные стали, нелегированные или низколегированные: 15, 18, 20, 20Х, 20ХФ, 20ХМ, 18ХГ, 20ХН. Эти стали имеют низкую стоимость, но их невозможно закалить обычным способом из-за недостаточного содержания углерода, поэтому насыщение поверхности – простой способ увеличения их прочности.

Стали, легированные титаном 18ХГТ, 25ХГТ, 30ХГТ, 20ХНТ, 20ХГНТР. В них образуется особо прочное соединение – карбид титана.

Высоколегированные конструкционные стали: 12Х2Н4А, 20Х2Н4А, 18Х2Н4ВА, 18Х2Н4МА. Из них изготавливают наиболее прочные и ответственные детали.

Разработка технологии цементации зависит от группы, к которой относится сталь. Чтобы получить высокую твердость поверхности, от 58 HRC и выше, обработанную деталь подвергают закалке с последующим низким отпуском. Таким образом, сердцевина детали остается «мягкой» и вязкой, с твердость 35-40 HRC при высокой твердости поверхности. Благодаря этому обработанная деталь может использоваться при изгибающих нагрузках, которые опасны для хрупких изделий.

Способы выполнения цементации

Наибольшей популярностью пользуется газовая цементация. Она выполняется в печах шахтного типа, то есть установках, где обрабатываемые детали располагаются ниже уровня пола. Такая конструкция связана с несколькими особенностями процесса. Во-первых, так проще обеспечить печи герметичность. Вторая причина – газы, воздействующие на металл, имеют большую плотность, чем у воздуха. Газовая цементация используется на заводах, массово производящие упрочненные детали.

Температура при газовой цементации составляет 920-950 °С. Длительность обработки зависит от требуемой глубины цементированного слоя. Средняя скорость диффузионного распространения углерода 0,15 – 0,18 мм/ч. Обычно требуется упрочненный слой толщиной 0,8 – 1,5 мм, то есть продолжительность процесса может достигать 10 часов. Содержание углерода после обработки в поверхностном слое доходит до одного процента. Процесс цементации и последующее термическая обработка могут выполняться тремя различными режимами в зависимости от степени ответственности деталей. Неответственные детали обрабатывают за 2 нагрева, детали с повышенными требованиями – за 3, а с особенно высокими требованиями – за 4, применяя двойную закалку.

В мелкосерийном производстве достаточно популярен способ цементации при помощи твердого активного вещества, в состав которого входит древесный уголь и кокс, а также катализаторы процесса. Для обработки деталь помещается в стальную емкость. Несколько деталей размещаются таким образом, чтобы не касались друг друга или емкости.

Температура данного способа несколько выше, чем при газовой цементации. Недостатком процесса является сложность контроля над насыщением поверхности углеродом, что может привести к неравномерной твердости.

samara-metall.ru

Нам понадобится:- источник постоянного тока;- немного соли;- вода;- графит в порошкообразном состоянии;- небольшой кусок тряпки;- металлический профиль.

usamodelkina.ru

Химико-термическая обработка стали

Благодаря такой обработке меняется не только структура металла, но и химический состав его верхнего слоя и деталь может иметь вязкую сердцевину, выдерживающую ударные нагрузки, высокую твердость и износность. Из существующих способов химико-термической обработки стали в условиях небольшой мастерской можно выполнять только цементацию. Цементация — это науглероживание поверхности стали. Этому процессу подвергают чаще всего изделия из малоуглеродистых сталей, содержащих не более 0,2% углерода и некоторых легированных сталей. Детали, предназначенные для цементации, сначала очищают. Поверхности не подлежащие науглероживанию, покрывают специальными предохранительными противоцементными обмазками.

1-ый состав простейшей обмазки: огнеупорная глина с добавлением 10% асбестового порошка, вода. Смесь разводят до консистенции густой сметаны и наносят на нужные участки поверхности изделия. После высыхания обмазки можно производить дальнейшую цементацию изделия.

2-ой состав применяемой обмазки: каолин — 25%, тальк — 50%: вода — 25%. Разводят эту смесь жидким стеклом или силикатным клеем.

Цементацию делают после полного высыхания обмазки.

Вещества, которые входят в состав обмазки, называют карбюризаторами. Они бывают твердые, жидкие и газообразные.

В условиях домашней небольшой мастерской удобнее осуществлять цементацию с помощью пасты. Это цементация в твердом карбюризаторе. В состав пасты входят: сажа — 55%, кальцинированная сода — 30%, щавелевокислый натрий — 15%, вода для образования сметанообразной массы. Пасту наносят на нужные участки изделия, дают высохнуть. Затем изделие помещают в печь, выдерживая при температуре 900-920°С в течение 2-2,5 часов. При использовании такой пасты цементация обеспечивает толщину науглероженного слоя 0,7-0,8 мм.

Жидкостная цементация также возможна в небольшой мастерской при наличии печи-ванной, в которой и происходит науглероживание инструментов и других изделий. В состав жидкости входят: сода — 75-85%, 10-15% хлористого натрия, 6-10% карбида кремния. Печь-ванну наполняют этим составом и погружают изделие или инструмент. Процесс протекает при температуре 850-860°С в течение 1,5-2 часов; толщина науглероженного слоя достигает при этом 0,3-0,4 мм.

Газовую цементацию производят в смеси раскаленных газов, содержащих метан, окись углерода в специальных камерах при температуре 900-950°С и только в производственных условиях. После цементации детали охлаждают вместе с печью, затем закаляют при 760-780°С е окончательным охлаждением в масле.

Нагрев заготовки — ответственная операция. От правильности ее проведения зависят качество изделия, производительность труда. Необходимо знать, что в процессе нагрева металл меняет свою структуру, свойства и характеристику поверхностного слоя и в результате от взаимодействия металла с воздухом атмосферы, и на поверхности образуется окалина, толщина слоя окалины зависит от температуры и продолжительности нагрева, химического состава металла. Стали окисляются наиболее интенсивно при нагреве больше 900°С, при нагреве в 1000°С окисляемость увеличивается в 2 раза, а при 1200°С — в 5 раз. Хромоникелевые стали называют жаростойкими потому, что они практически не окисляются. Легированные стали образуют плотный, но не толстый слой окалины, который защищает металл от дальнейшего окисления и не растрескивается при ковке. Углеродистые стали при нагреве теряют углерод с поверхностного слоя в 2-4 мм.

Это грозит металлу уменьшением прочности, твердости стали и ухудшается закаливание. Особенно пагубно обезуглероживание для поковок небольших размеров с последующей закалкой.

Заготовки из углеродистой стали с сечением до 100 мм можно быстро нагревать и потому их кладут холодными, без предварительного прогрева, в печь, где температура 1300°С. Во избежание появлений трещин высоколегированные и высокоуглеродистые стали необходимо нагревать медленно.

При перегреве металл приобретает крупнозернистую структуру и его пластичность снижается. Поэтому необходимо обращаться к диаграмме «железо-углерод», где определены температуры для начала и конца ковки. Однако перегрев заготовки можно при необходимости исправить методом термической обработки, но на это требуется дополнительное время и энергия. Нагрев металла до еще большей температуры приводит к пережогу, от чего происходит нарушение связей между зернами и такой металл полностью разрушается при ковке. Пережог — неисправимый брак. Если заготовку ковать нагрев до температуры ниже Тн, то это приведет к образованию трещин.

При температуре на 20-30°С выше температуры Тк в металле происходит раскристаллизация и структура остается мелкозернистой. На этом этапе надо заканчивать ковку.

При ковке изделий из низкоуглеродистых сталей требуется меньше число нагревов, чем при ковке подобного изделия из высокоуглеродистой или легированной стали.

Итак. При нагреве металла требуется следить за температурой нагрева, временем нагрева и температурой конца нагрева. При увеличении времени нагрева — слой окалины растет, а при интенсивном, быстром нагреве могут появиться трещины. Известно из опыта, что на древесном угле заготовка 10-20 мм в диаметре нагревается до ковочной температуры за 3-4 минуты, а заготовки диаметром 40-50 мм прогревают 15-25 минут, отслеживая цвет каления.

www.kefa.ru

Закалка и науглероживание металлов — Кустарь

Закалка имеет целью придать стали особую твердость, свойственную стали, нагретой выше 700 °C и быстро охлажденной. При операциях закалки большое значение имеет правильный накал металла (отсутствие пережога) и равномерное быстрое охлаждение. При накаливании металла следует избегать излишнего окисления поверхности. Лучше всего накаливаемую сталь покрывать особым составом, который содержит в себе углерод. Углерод этот переходит в сталь (науглероживание) и сообщает ей особую твердость.

1. Ванны для закаливания по Шену. Примененная опытной рукой водяная баня является самым дешевым средством для закаливания металлов. Нужно только позаботиться, чтобы водяная баня была продолжительное время одинаковой температуры, лучше всего 27°. При более теплой воде металл делается ломким, при горячей воде — недостаточно твердым. Выгоднее всего при каждом сорте товара пробным опытом установить верную температуру и уже держаться ее при работе.

2. Особый прием закалки стали. Как известно, стали можно придать путем особой закалки такую твердость, что она будет резать стекло, подобно алмазу. Но не всем известно, что для сообщения стали такой твердости существует простой способ. Шило, лезвие ножа или другой инструмент следует накалить до ярко красного свечения и тотчас же погрузить в обыкновенный сургуч на одну лишь секунду. Операцию погружения в сургуч нужно повторить несколько раз, выбирая каждый раз для погружения свежее место в сургуче до тех пор, пока сталь не остынет и не будет уже более входить в сургуч. Тогда процесс закалки считается законченным. Остается очистить приставшие частицы сургуча. При употреблении закаленного таким способом острия или лезвия из стали, советуется каждый раз смачивать его скипидаром.

3. Составы для науглероживаиия закаливаемой стали. а) Хорошим составом для науглероживания закаливаемой стали может быть следующий: берут 1 толченого стекла, 200 поваренной соли, 8 животного угля, 2 древесного угля, 2,5 ржаной муки, 25 канифоли и 1200 желтой кровяной соли, растирают все составные части в порошок и замешивают в спирте до получения густого теста. Этим составом Покрывают стальные предметы перед закалкой. Особенно пригоден он для инструментов, как напр., напильников и т. п.

б) Вместо указанного выше рецепта можно применить следующий. Берут 700 канифоли, 300 железисто- синеродистого калия (желтой кровяной соли), 100 медного купороса и 100 льняного масла. Эти составные части, начиная с канифоли, варятся в горшке при постоянном помешивании (по Бруккерту) до тех пор, пока останется остаток в 1000 (улетучивают таким образом 200). Массу выливают в ящики, где она затвердевает. Чтобы закалить инструмент, его нагревают до вишнево-красного каления и втыкают в массу, которая под влиянием разогретого инструмента становится сразу мягкой. Хорошую сталь еще раз нагревают и погружают затем в холодную воду, отчего сталь становится очень упругой. Сталь худшего качества нужно 2 — 3 раза подряд погружать, каждый раз перед этим накаливая ее, в закаливающуюмассу.

4. Закалка напильников. Напильники обсыпаются смесью из 5 роговой муки, 5 древесного угля в порошке, 2 поваренной соли в порошке и 1 железисто-синеродистого Калия (желтой кровяной соли).

www.sdelaysam.info

sovmasteru.ru

Науглероживатель: производство, особенности, применение

В процессе выплавки чугунов и сталей углерод вводят в расплав или подают на зеркало металла в момент его разлива. Для этого используют специальные углеродсодержащие материалы, которые называют науглероживателями (или карбюризаторами). Науглероживатель придает сплавам железа дополнительную прочность, твёрдость, снижает их вязкость и пластичность, а также предупреждает окисление отливок во время охлаждения.

В качестве карбюризаторов активно применяется искусственный измельченный графит разных марок.

Производство науглероживателя

Технология получения основывается на глубокой термообработке исходного материала, в результате которой он приобретает совершенную (или приближенную к совершенной) кристаллическую решетку с упорядоченно расположенными атомами. Процесс протекает при высоких температурах (2400-2600 °С) в промышленных условиях без доступа воздуха.

Сырьем для производства служат:

Электродный бой.
Графитовая стружка, оставшаяся после обработки фасонных изделий.
Нефтяной кокс, пековый кокс.
Огарки графитовых электродов.
Графитовый лом.
Антрацит.

Для карбюризаторов характерно особо низкое содержание азота, т.к. при массовой доле выше 0,009% он формирует структурные дефекты — газовые поры или трещины.

Особенности выбора

Основные показатели, определяющие целесообразность использования материала той или иной марки, следующие:

массовая доля углерода: чистота химического состава оказывает прямое влияние на степень насыщения расплава. Наименьшим содержанием примесей характеризуются материалы, подвергнутые графитации: при упорядочивании структуры атомных слоев происходит и снижение зольности;
степень усвоения углерода жидким металлом: во многом зависит от типа используемого плавильного агрегата, но значение имеют также и скорость растворения науглероживающих реагентов, их химический и минералогический состав, содержание летучих веществ. Измельченный графит растворяется в расплавах быстро и равномерно даже при относительно низких температурах;
размер фракций: пылевидные и мелкие частицы могут быть унесены конвективными воздушными потоками; кроме того, они наиболее подвержены окислению. Крупные фракции медленно растворяются. Чтобы правильно рассчитать этот параметр, следует исходить из объема обогащаемой стали (чугуна), а также интенсивности перемешивания;
зольность: зола состоит из разных химических элементов, которые оказывают негативное влияние на поглощение углерода жидким металлом. Минеральные примеси первыми вступают в реакцию, откладывая тем самым процесс науглероживания. Процентное содержание золы во многом зависит от состава исходного сырья, температуры его обработки и величины частиц.

Материалы, имеющие природное происхождение, отличаются повышенной зольностью (по сравнению с искусственными).

Область применения

Карбюризаторы предназначены для получения стали и чугуна определенного химического состава с заданными свойствами. Основные преимущества использования для их производства искусственного измельченного графита:

снижение себестоимости конечной продукции;
оптимизация технологического процесса выплавки;
глубокое, полное и равномерное растворение углерода в металле;
удобство транспортировки и хранения;
устойчивость к окислению.

Помимо обогащения сталей, науглероживатели широко применяются для вспенивания шлаков, при изготовлении углеграфитовых продуктов и материалов, а также служат наполнителями для графитопластов.

doncarb.com

Химико-термическая обработка (ХТО) стали — совокупность операций термической обработки с насыщением поверхности изделия различными элементами (углерод, азот, алюминий, кремний, хром и др.) при высоких температурах.

Поверхностное насыщение стали металлами (хром, алюминий, кремний и др.), образующими с железом твердые растворы замещения, более энергоемко и длительнее, чем насыщение азотом и углеродом, образующими с железом твердые растворы внедрения. При этом диффузия элементов легче протекает в решетке альфа-железо, чем в более плотноупакованной решетке гамма-железо.

Химико-термическая обработка повышает твердость, износостойкость, кавитационную, коррозионную стойкость. Химико-термическая обработка, создавая на поверхности изделий благоприятные остаточные напряжения сжатия, увеличивает надежность, долговечность.

Цементация стали — химико-термическая обработка поверхностным насыщением малоуглеродистой (С(цементация твердым карбюризатором), а при 850…900°С — газообразным (газовая цементация ) углеродом с последующей закалкой и отпуском. Цель цементации и последующей термической обработки — повышение твердости, износостойкости, также повышением пределов контактной выносливости поверхности изделия при вязкой сердцевине, что обеспечивает выносливость изделия в целом при изгибе и кручении.

Детали, предназначенные для цементации , сначала очищают. Поверхности не подлежащие науглероживанию, покрывают специальными предохранительными противоцементными обмазками.

Цементацию делают после полного высыхания обмазки.

В условиях домашней небольшой мастерской удобнее осуществлять цементацию с помощью пасты. Это цементация в твердом карбюризаторе. В состав пасты входят: сажа — 55%, кальцинированная сода — 30%, щавелевокислый натрий — 15%, вода для образования сметанообразной массы. Пасту наносят на нужные участки изделия, дают высохнуть. Затем изделие помещают в печь, выдерживая при температуре 900-920°С в течение 2-2,5 часов. При использовании такой пасты цементация обеспечивает толщину науглероженного слоя 0,7-0,8 мм.

Жидкостная цементация также возможна в небольшой мастерской при наличии печи-ванной, в которой и происходит науглероживание инструментов и других изделий. В состав жидкости входят: сода — 75-85%, 10-15% хлористого натрия, 6-10% карбида кремния. Печь-ванну наполняют этим составом и погружают изделие или инструмент. Процесс протекает при температуре 850-860°С в течение 1,5-2 часов; толщина науглероженного слоя достигает при этом 0,3-0,4 мм.

Газовую цементацию производят в смеси раскаленных газов, содержащих метан, окись углерода в специальных камерах при температуре 900-950°С и только в производственных условиях. После цементации детали охлаждают вместе с печью, затем закаляют при 760-780°С е окончательным охлаждением в масле.

Азотирование стали — химико-термическая обработка поверхностным насыщением стали азотом путем длительной выдержки ее при нагреве до б00…650°С в атмосфере аммиака NН 3 . Азотированные стали обладают очень высокой твердостью (азот образует различные соединения с железом, алюминием, хромом и другими элементами, обладающие большей твердостью, чем карбиды). Азотированные стали обладают повышенной сопротивляемостью коррозии в таких средах, как атмосфера, вода, пар.

Азотированные стали сохраняют высокую твердость, в отличие от цементованных, до сравнительно высоких температур (500…520°С). Азотированные изделия не коробятся при охлаждении, так как температура азотирования ниже, чем цементации . Азотирование сталей широко применяют в машиностроении для повышения твердости, износостойкости, предела выносливости и коррозионной стойкости ответственных деталей, например, зубчатых колес, валов, гильз цилиндров.

Нитроцементация (цианирование) стали — химико-термическая обработка с одновременным поверхностным насыщением изделий азотом и углеродом при повышенных температурах с последующими закалкой и отпуском для повышения износо- и коррозионной устойчивости, а также усталостной прочности. Нитроцементация может проводиться в газовой среде при температуре 840..860°С — нитроцианирование, в жидкой среде — при температуре 820…950°С — жидкостное цианирование в расплавленных солях, содержащих группу NaCN.

Нитроцементация эффективна для инструментальных (в частности, быстрорежущих) сталей; она используется для деталей сложной конфигурации, склонных к короблению. Однако, поскольку этот процесс связан с использованием токсичных цианистых солей, он не нашел широкого распространения.

Борирование стали — химико-термическая обработка насыщением поверхностных слоев стальных изделий бором при температурах 900…950°С. Цель борирования — повышение твердости, износостойкости и некоторых других свойств стальных изделий. Диффузионный слой толщиной 0,05…0,15 мм, состоящий из боридов FeB и Fе 2 В, обладает весьма высокой твердостью, стойкостью к абразивному изнашиванию и коррозионной стойкостью. Борирование особенно эффективно для повышения стойкости (в 2…10 раз) бурового и штампового инструментов.

Цинкование (Zn), алюминирование (Аl), хромирование (Сr), силицирование (Si) сталей выполняются аналогично цементации с целью придания изделиям из стали некоторых ценных свойств: жаростойкости, износостойкости, коррозионной устойчивости. В настоящее время все большее распространение получают процессы многокомпонентного диффузионного насыщения.

Определенное воздействие на сталь позволяет изменить ее основные эксплуатационные свойства. Чаще всего проводится химико-термическое воздействие, которое называют цементацией стали. Она предусматривает как нагрев детали для перестроения его атомной решетки, так и внесение требуемых химических элементов. Цементация стали в домашних условиях графитом или другой средой еще несколько лет назад практически не проводилась, но сегодня это возможно. Рассмотрим особенности данного процесса подробнее.

Общие сведения о процессе цементации стали

Для того чтобы проводить подобную обработку металла в домашних условиях следует рассмотреть особенности термического воздействия на сталь подробнее.

Среди особенностей цементации выделим следующие моменты:

Цементирование предусматривает нагрев изделий в жидкой, твердой или газовой среде, за счет чего изменяют эксплуатационные свойства поверхностного слоя.
За счет проведения данной процедуры концентрация углерода повышается, что обеспечивает увеличение прочности и износостойкости стали.
Специалисты рекомендуют цементировать низкоуглеродистые стали, которые имеют показатель концентрации углерода примерно 0,2%. Примером можно назвать лезвие ножа, которое изготавливают из стали невысокой стоимости.
Нагрев детали может проводится до самых различных температур. Цементация металла в домашних условиях проходить при температуре около 500 градусов Цельсия, в цехах, оборудованных специальным оборудованием, этот показатель может достигать значения 1200 градусов Цельсия и выше. Отметим, что температура нагрева выбирается в соответствии с показателем концентрации углерода и других примесей.
Рассматриваемый термический процесс изменяется не только химический состав стали, но и его атомную решетку и фазовый состав. По сути, поверхность получает те же характеристики, что и при закалке, но есть возможность их контролировать в узком диапазоне и избежать появления различных дефектов.
Углерод проникает в структуру стали очень медленно. Поэтому, к примеру, цементация ножа в домашних условиях проходить со скоростью 0,1 миллиметра за 60 минут. Для того чтобы лезвие ножа выдерживало механическое воздействие придется провести упрочнение слоя толщиной около 0,8 миллиметра. Этот момент определяет, что термообработка ножа или цементация вала в домашних условиях займет не менее 8 часов, на протяжении которых нужно выдерживать требуемую температуру.

Цементация нержавеющей или другой стали более сложный процесс, в сравнении с закалкой, но позволяет достигнуть более высоких эксплуатационных качеств.

Классификация среды, в которой проходит цементация стали

Науглероживание ножа или другого изделия может проходить в следующих средах:

Твердой.
Газовой.
В виде пасты.
Растворе электролита.
Кипящем слое.

Цементация металла в домашних условиях графитом проводится чаще всего. Наибольшее распространение получила твердая среда по причине того, что не нужно обеспечивать высокую герметичность печи.

Газ применяется преимущественно в промышленном производстве, так как позволяет достигнуть требуемых результатов за минимальный период.

Процесс цементации стали своими руками

При наладке процесса химико-термической обработки в домашних условиях выбирают метод цементации в твердой среде. Это связано с существенным упрощение задачи по оборудованию помещения. Как правило, твердый карбюризатор делается при использовании смеси бария или кальция с древесным углем, а также углекислого натрия. Соль измельчается до состояния порошка, после чего пропускается через сито.

Первый метод заключается в использовании соли и угля, которые тщательно перемешиваются. Если использовать не однородную смесь, то есть вероятность образования пятен с низкой концентрацией углерода.
Второй метод предусматривает применение древесного угля, которые поливается сверху солью, растворенной в воде. После этого уголь сушится до получения смеси с показателем влажности около 7%.

Для ножа и других изделий больше всего подходит второй метод получения карбюризатора, так как он позволяет получить равномерную смесь. Цементация стали в домашних условиях графитом также предусматривает создание смеси при применении нескольких технологий.

Цементация проводится в специальных ящиках, которые наполнены подготовленным карбюризаторов. Конструкция должна быть герметичной, для чего проводится заделывание щелей глиной. Достигать высокой герметичности рекомендуется по причине того, что при нагревании карбюризатора выделяются газы, которые не должны попасть в окружающую среду. Сам ящик следует изготавливать из жаропрочной стали, которая выдержит воздействие высокой температуры.

Процесс по проведению цементации стали в ящике в домашних условиях имеет следующие особенности:

Деталь укладывается в ящик со смесью. Толщина слоя твердого карбюризатора выбирается в зависимости от размеров заготовки.
Устанавливается печь.
Начальный прогрев печи проводится до температуры 700 градусов Цельсия. Данный нагрев называют сквозным. Однородность цвета стали, из которого изготавливается ящик, говорит о возможности перехода к следующему этапу.
Следующий шаг заключается в нагреве среды до требуемой температуры. Важно обеспечить равномерный нагрев поверхности деталей сложной формы, так как могут возникнуть существенные проблемы при неравномерном перестроении атомной структуры.

Сегодня есть возможность провести подобную процедуру и в домашних условиях, но возникают трудности с достижением требуемой температуры.

Отсутствие необходимого оборудования приводит к существенному снижению качества получаемых изделий, а также увеличения времени выдержки.

Применение газа

В массовом производстве используется газовая среда. Проводить насыщение поверхности углеродом можно только при использовании герметичной печи. Наиболее распространенным составом газовой среды можно назвать вещества, получаемые при разложении нефтепродуктов.

Процедура имеет следующие особенности:

Следует использовать конвейерные печи непрерывного действия с повышенной изоляция рабочей среды. Они очень редко устанавливаются в домашних условиях по причине высокой стоимости.
В печь помещают заготовки, после чего проводится нагрев среды до требуемой температуры.
После нагрева печи до требуемой температуры подается газ.

Преимуществ у подобной технологии довольно много:

Нет необходимости в длительной подготовке газовой среды.
Процесс предусматривает малую выдержку, что снижает затраты на поддержание температуры.
Оборудование компактное, не занимает много места.

Однако есть существенный недостаток, который заключается в отсутствии возможности установки оборудования и налаживания процесса в домашних условиях. Рентабельность цементации в домашних условиях при установке подобного оборудования обеспечивается только при существенном увеличении обрабатываемых партий.

Услуги по закалке

Объемная термообработка металла

Целью термической обработки деталей является упрочнение материала, придание им повышенных механических свойств:

повышенной твердости
износостойкости
упругости
пластичности

Из расчетов конструктора определяются требуемые параметры материала изделия: твердость, усилия на разрыв, ударная вязкость. По требуемым параметрам выбирается марка стали, способная обеспечить указанные свойства. Только после соответствующей термообработки выбранная сталь будет иметь требуемые свойства.

При термообработке происходит изменение объема металла и геометрии детали. При объемной термообработкедиаметры отверстий увеличиваются, длинные тонкие валы изгибаются. Чтобы при последующей механической обработке детали получились точные размеры, на заготовке под термообработку необходимо оставлять припуски.

Основными видами термической обработки, изменяющими структуру и свойства стали и применяемые в зависимости от требований к изделию являются:

Поверхностная закалка ТВЧ металлов

При поверхностной закалке нагрев осуществляется токами высокой частоты (ТВЧ) 8000 Гц на глубину 2…4 мм от поверхности за время 10…30 сек. до температуры 840…860 °С.

Сердцевина детали не успевает нагреться до температуры закалки. Нагретая поверхность охлаждается водяным спрейером или погружением в масло. Скорость охлаждения при закалке ТВЧ выше чем при объемной закалке, поэтому можно получить и более высокую твердость по поверхности. Сердцевина детали остается более вязкой, с меньшей твердостью, которую обеспечивают предварительной термообработкой.

Цементация

Цементация представляет собой вид химико-термической обработки, при котором поверхностный слой диффузионно насыщается атомами углерода во время нагрева до +900…+950°С.

Обычно цементации подвергают низкоуглеродистые стали, содержащие до 0,25% углерода.

Изделия нагревают в среде, которая легко отдаёт углерод. При правильном подборе режима обработки удаётся насытить поверхностный слой углеродом до необходимой глубины.

Глубиной цементации (h) называют расстояние между поверхностью изделия и серединой зоны, в структуре которой содержатся одинаковые объёмы перлита и феррита (обычно величина h составляет 1-2 мм).

Степенью цементации называют среднюю концентрацию углерода в структуре поверхностного слоя (как правило, этот показатель не превышает 1,2%).

При более высоком содержании углерода образовываются значительные количества вторичного цементита, повышающего хрупкость слоя.

Результат процесса цементации в расплавах солей, в основном, зависит от следующих факторов:

Химический состав расплава:	10-13% KCN
Температура обработки:	850-950 °С
Время обработки:	2-8 часов

После закалки проводится отпуск. Этот процесс делается для стабилизации структуры и снижения опасности появления трещин (снятия остаточных напряжений) и целесообразно проводить в той же ванне, в которой производили закалку. Проводить отпуск в другой печи, например камерной, также возможно. Разумеется, в этом случае, необходимо отчистить деталь от остатков соли. Температура отпуска и время выдержки назначаются исходя из требуемых свойств.

Преимущества цементации в расплавах солей:

Высокая скорость насыщения углеродом.
Термические напряжения значительно ниже, чем при газовой цементации.
Расплавы солей гарантируют равномерность температур.
Поводки после обработки в пределах допуска чертежа.
Цементация в расплавах солей очень гибкий процесс. Можно обрабатывать детали из разных материалов, с разными режимами в одних и тех же ваннах.
Расплавы можно использовать для процессов закалки, отжига, а также карбонитрации.
Более низкие затраты по сравнению с цементацией в плазме и вакууме.
Устранение цианидов с деталей (прилипшая соль) происходит при закалке в нитрит/нитрат содержащих ваннах.
Строго соблюдаются требования по количеству содержанию в воздухе вредных веществ.
толщина 0,01-0,6 мм;
поверхностная твердость – 400-1200 HV;
повышение износостойкости в 2-11 раз;
снижение коэффициента трения в 1,5-5 раз;
хрупкость слоя – отсутствует;
повышение задиростойкости, включая нержавеющие стали;
повышение усталостной прочности в 1,5-2 раза;
повышение коррозионной стойкости перлитных сталей в 1,5-2 раза;
коробление и поводки длинномерных деталей – практически отсутствуют.

Процесс находит широкое применение для различных деталей.
Часто используется для упрочнения шестерен с различными модулями. При обработке шестерни из материала 16MnCr₅(русский аналог 18ХГТ) получаются очень высокие свойства. Детали цементируются в соли немецкого производителя Durferrit (Cecontrol80).После обработки толщина слоя варьируется в интервале 0,6-2 мм.

Карбонитрация сталей и чугуна

Сущность метода карбонитрации заключается в том, что детали машин и инструменты, изготовленные из любых марок стали и чугуна, подвергают нагреву в расплаве солей, синтезированных из аммоноуглеродных соединений (меламин, мелон, дициандиамид), при температуре 540-600^oС с выдержками 5-40 мин для режущего инструмента и 1-4 часа для деталей машин и штампового инструмента в зависимости от требуемой толщины упрочненного слоя. Технология используется для повышения износостойкости, усталостной прочности и – в сочетании с оксидированием – для увеличения коррозионной стойкости. Во многих случаях карбонитрация является альтернативой таких процессов, как поверхностная закалка, гальваническое хромирование, цементация и нитроцементация и др.

После карбонитрации на поверхности сталей формируется упрочненный слой, состоящий из нескольких зон. Верхний слой ε– карбонитрид типа Fe₃(N,C). Под карбонитридным слоем располагается зона γ’ – фазы типа Fe₄(N,C) , под которой находится диффузионная зона (гетерофазный слой). Она состоит из твердого раствора углерода и азота в железе с включениями карбонитридных фаз, твердость которой значительно выше твердости сердцевины. Концентрация азота и углерода при этом существенно снижается.

Свойства карбонитрированного слоя:

толщина 0,01-0,6 мм;
поверхностная твердость – 400-1200 HV;
повышение износостойкости в 2-11 раз;
снижение коэффициента трения в 1,5-5 раз;
хрупкость слоя – отсутствует;
повышение задиростойкости, включая нержавеющие стали;
повышение усталостной прочности в 1,5-2 раза;
повышение коррозионной стойкости перлитных сталей в 1,5-2 раза;
коробление и поводки длинномерных деталей – практически отсутствуют.

Фото готового изделия

Цементация никелем — завод металлообработки, услуги электронно-сборочные и гальванические работы

Область применения

Данный способ гальванизации основан на принципе насыщения поверхностного слоя металлических изделий атомами никеля. Для нержавеющей стали цементация никелем значительно улучшает износостойкость, что особенно важно для элементов пар трения. Для обычной стали подобная обработка применяется с целью улучшения коррозионной стойкости, а также для ликвидации пор перед нанесением второго слоя при хромировании. Слой никеля улучшает поверхностное сцепление для не очень качественных металлических деталей, так как покрывает стенки пор, в отличие от меднения, закрывающего поры сверху.

При нанесении медного покрытия на плохо обработанную деталь в порах может остаться электролит, что со временем приведёт к отслаиванию защитного или декоративного покрытия. При предварительной цементации никелем подобного явления не происходит.

Такой способ гальванизации применяют для удаления оксидной плёнки с поверхности алюминия, его литьевых и деформируемых сплавов. Её рекомендуется применять для создания защитной и сцепляющей «подложки» перед процессом химического или электролитического никелирования алюминия, особенно для деталей сложной формы, с фактурной поверхностью или покрытых оксидной плёнкой.

Преимущества цементации никелем

возможность применения данного способа гальванизации для антикоррозионной защиты металлических заготовок и деталей с грубо обработанной или фактурной поверхностью
сокращение времени процесса по сравнению с цинкатной обработкой алюминия
не требует нейтрализации щелочи после цинкования
не загрязняет раствор химического никелирования ионами цинка, что позволяет увеличить ресурс дорогостоящего процесса
позволяет нанесение электрохимического никелевого покрытия

особенности технологии и марки стали для цементации

Содержание статьи:

Цементация или науглероживание – химико-термический процесс обработки изделий из стальных сплавов, цель которой заключается в насыщении поверхности заготовки углеродными соединениями в карбюризаторе при воздействии высокой температуры. Чтобы достичь необходимых эксплуатационных свойств обрабатываемых изделий после цементации осуществляется закаливание с низким отпуском. Ключевое назначение данного типа ХТО – обеспечение твердости и прочности поверхности продукции.

Марки стали под цементацию

Данная разновидность ХТО применяется для:

низкоуглеродистых сталей, содержащих C в пределах от 0,1% до 0,18%;
низкоуглеродистых легированных сплавов;
среднеуглеродистых стальных изделий, содержащих C в диапазоне от 0,2% до 0,3%, если предполагается изготовление крупных деталей (после обработки сохраняются показатели вязкости сердцевины, но поверхность изделия становится более твердой).

Особенности технологии цементации

ХТО детали применяется после механической подготовки изделия. Нередко возникает необходимость упрочнения лишь определенной части заготовки, а не всей ее поверхности. В данном случае участки, не требующие повышения показателей прочности, обрабатываются слоем меди минимальной толщины электролитическим методом или же покрываются специально предусмотренными веществами – обмазками. В качестве обмазывающих средств может использоваться асбест, песок, жидкое стекло или глина с огнеупорными свойствами. Выделяют несколько технологий цементации стальных изделий.

С применением твердого карбюризатора

В данном случае в качестве источника атомарного углерода применяется древесный уголь и активизирующие вещества, к примеру, углекислый барий и кальцинированная сода. Подготовленные изделия укладываются в литые чугунные или сварные стальные емкости. Внутрь ящика круглой или прямоугольной формы помещается древесный уголь слоем в 2-3 см, после чего укладывается первый ряд заготовок с предусмотренным отступом между деталями и стенками резервуара. Количество слоев определяется стандартами технологии. Толщина слоя карбюризатора между рядами заготовок составляет 1-1,5 см. Толщина верхнего слоя карбюризатора варьируется в пределах от 3,5 см до 4,0 см. Емкость закрывается крышкой, зазоры герметизируются огнеупорной глиной или глиняно-песчаной смесью.

Цементация происходит при температуре 910-930°C. Время нахождения заготовок в печи рассчитывают по такому принципу: 7-9 минут на каждый сантиметр самого малого параметра емкости. Качественность прогрева определяется состоянием подины печи (если на поверхности отсутствуют темные пятна в местах соприкосновения с резервуаром, значит нагрев можно прекратить). После нагревания емкость остужают до 400-500°C, после чего ее открывают.

Газовая технология цементации

Данный процесс считается более производительным, в сравнении с описанным выше, благодаря чему технология пользуется популярностью в промышленной сфере при массовом производстве.

Достоинства газовой химико-термической обработки:

возможность контролирования содержания углеродных соединений в поверхностном слое;
сокращение длительности ХТО, обусловленная отсутствием необходимости прогрева резервуара;
полная автоматизация процесса;
существенное упрощение заключительного процесса термической обработки, так как закалка осуществляется прямо из цементационной печи.

Достичь оптимальных показателей твердости и износостойкости можно при помощи цементации в среде, состоящей из метана, пропан-бутановых смесей, а также различных углеродов. Процесс осуществляется при температуре в пределах 910-930°C в печах шахтного типа. Процесс обработки, как правило, занимает от 6 до 12 часов.

Науглероживание также может осуществляться в электролитных растворах, кипящих слоях или же пастообразных смесях.

Низкотемпературная науглероживание поверхности нержавеющих сталей (Технический отчет)

Коллинз, Суннива Р., Хойер, Артур Х. и Сикка, Винод К. Низкотемпературное науглероживание поверхности нержавеющих сталей . США: Н. П., 2007. Интернет. DOI: 10,2172 / 920895.

Коллинз, Саннива Р., Хойер, Артур Х. и Сикка, Винод К. Низкотемпературное науглероживание поверхности нержавеющих сталей . Соединенные Штаты. https://doi.org/10.2172/920895

Коллинз, Суннива Р., Хойер, Артур Х. и Сикка, Винод К. Пт. «Низкотемпературное науглероживание поверхности нержавеющих сталей». Соединенные Штаты. https://doi.org/10.2172/920895. https://www.osti.gov/servlets/purl/920895.

@article {osti_920895, title = {Низкотемпературное науглероживание поверхности нержавеющих сталей}, author = {Коллинз, Суннива Р. и Хойер, Артур Х. и Сикка, Винод К.}, abstractNote = {Низкотемпературное колоссальное пересыщение (LTCSS) - это новый метод поверхностного упрочнения для науглероживания аустенитных нержавеющих сталей (SS) без выделения карбидов.Образование карбидов подавляется кинетически, что обеспечивает чрезвычайно высокое или колоссальное перенасыщение углеродом. В результате поверхностные концентрации углерода, превышающие 12 ат. % обычно достигаются. Эта обработка увеличивает твердость поверхности в четыре-пять раз, улучшая сопротивление износу, коррозии и усталости при значительной сохраненной пластичности. LTCSS - это процесс диффузионного поверхностного упрочнения, который обеспечивает однородную и конформно упрочненную градиентную поверхность без риска расслоения или отслаивания.Обработка сохраняет аустенитную фазу и полностью немагнитна. Кроме того, поскольку детали обрабатываются при низкой температуре, они не деформируются и не изменяют размеры. Во время этой обработки диффузия углерода в металл происходит при температурах, которые ограничивают диффузию замещения или подвижность между элементами металлического сплава. Несмотря на то, что они иммобилизованы и не могут собираться с образованием карбидов, хром и подобные легирующие элементы, тем не менее, втягивают огромное количество углерода в свои межузельные пространства.Углерод в межузельных пространствах кристаллов сплава делает поверхность более твердой, чем когда-либо ранее, благодаря более традиционным процессам термообработки или диффузии. Твердый раствор углерода проявляет твердость по Виккерсу, часто превышающую 1000 HV (эквивалент 70 HRC). Цель этого проекта заключалась в распространении обработки LTCSS на другие аустенитные сплавы и в количественной оценке улучшений усталостной, коррозионной и износостойкости. Основные результаты исследования включают следующее: • Расширение применимости процесса LTCSS к широкому диапазону аустенитных и дуплексных марок сталей • Демонстрация способности LTCSS для различных форм и размеров компонентов • Подробная микроструктурная характеристика обработанных LTCSS образцы из 316L и других сплавов • Термодинамическое моделирование для объяснения высокой степени растворимости углерода, возможной в аустенитных марках в рамках процесса LTCSS, и экспериментальная проверка результатов модели • Испытания на коррозию для определения возможного улучшения коррозионной стойкости в процессе LTCSS • Испытания на эрозию для определения повышение эрозионной стойкости, возможное с помощью процесса LTCSS • Испытания на износ для количественной оценки повышения износостойкости, возможного с помощью процесса LTCSS • Испытания на усталость для количественной оценки степени улучшения от процесса LTCSS • Обработка и тестирование компонентов при моделировании и поточных коммерческих операциях XRD проверенный расширенный аус решетка тенита без признаков выделения карбидов.Профили концентрации углерода, полученные с помощью оже-спектроскопии и электронной дисперсионной спектроскопии (EDS), показали, что уровни углерода превышают 12 ат. % в обработанном, тип 316 SS. Сканирующая электронная микроскопия (SEM) образцов, обработанных растяжением до разрушения, показала полосы скольжения и отсутствие расслоения обработанного слоя, подтверждая, что слой остается пластичным. Сжимающие напряжения, превышающие 2 ГПа (300 ksi), были рассчитаны на поверхности корпуса. Были разработаны фазовая диаграмма (CALPHAD) (ThermoCalc) и термодинамические модели разбавленного раствора Вагнера, которые рассчитывают растворимость углерода в аустените как функцию легирующего содержания для времени процесса и температуры.Было смоделировано несколько коммерческих сплавов, и модель была использована для разработки экспериментальных сплавов с повышенным сродством к растворимости углерода при температурах обработки. Четыре экспериментальных сплава были расплавлены, прокатаны и изготовлены в виде образцов для испытаний, и обработка LTCSS показала, что результаты были успешно улучшены и подтвердили прогнозы, основанные на термодинамическом моделировании. Кривые электрохимической поляризации показывают увеличение потенциала питтинга на 600-800 мВ у обработанного (900-1000 мВ) по сравнению с необработанным (200-300 мВ) типом 316 в растворах хлорида.Обработанный 316L показал поведение в отношении щелевой коррозии, аналогичное поведению Ti-6Al-4V и Hastelloy C22. Испытания на кавитацию показали значительное увеличение сопротивления кавитации для обработанных материалов по сравнению с необработанными материалами. Стандартные испытания на трение скольжения и трение возвратно-поступательного движения ASTM ASTM также указывают на значительное улучшение износостойкости. Испытания на усталость показали улучшение на порядок величины для обработанного типа 316 по сравнению с необработанным при том же максимальном уровне напряжения (R = -1).Максимальное напряжение при 107 циклах и нагрузка на выносливость в течение бесконечного срока службы улучшились примерно на 50%, с 30 до 45 тысяч фунтов на квадратный дюйм. Экономия энергии от этого проекта оценивается в 21,8 триллиона БТЕ / год к 2020 году. Эта экономия энергии будет связана с сокращением выбросов CO2 на 1,3 миллиона тонн в год. Одно применение этой технологии в шламовом насосе завода по переработке картона в ходе этого проекта привело к экономии энергии в размере 84,106 британских тепловых единиц и экономии затрат в размере 900 долларов США.}, doi = {10.2172/920895}, url = {https://www.osti.gov/biblio/920895}, журнал = {}, номер =, объем =, place = {United States}, год = {2007}, месяц = {12} }

Науглероживание — Rolled Alloys, Inc.

Он должен быть сделан из лучшей стали и хорошо закален, чтобы его можно было отполировать и подходить к другому железу, как оно должно быть: возьмите бычьи копыта и положите их сушиться в духовку, чтобы они были измельчены в мелкую пудру: хорошо перемешать одну часть этого с таким же количеством обычной соли, битого стекла и дымовой сажи, и взбейте их вместе, и сложите их для вашего использования в деревянном сосуде, висящем в дыму; Ведь Соль растает при любой влажности места или Воздуха.Приготовив порошок, сделайте ваше железо похожим на напильник: затем разрежьте его в шахматном порядке и поперек инструментом с острыми краями: сделав утюг нежным и мягким, как я сказал, затем сделайте железный сундук, чтобы складывать ваши напильники. и положи их в нее, разсыпая порошком, конечно, чтобы они были покрыты всем; затем надень крышку и хорошо замазав щели глиной и соломой, чтобы дым от порошка не выдыхался; а затем положите на него кучу раскаленных углей, чтобы он стал раскаленным около часа: когда вы подумаете, что порошок сгорел и сгорел, вытащите сундук из углей железными щипцами и погрузите напильники в него. очень холодная вода, и поэтому они станут очень твердыми.Это обычный характер файлов; потому что мы не боимся, если файлы будут вырваны холодной водой. Но я научу тебя закалять их превосходно

Г. Б. Делла Порта, 1589, Источники по истории науки о стали, 1532–1786, Под ред. Сирил Стэнли Смит

Науглероживание — одна из наиболее часто выполняемых термообработок стали. В течение примерно трех тысяч лет это осуществлялось путем упаковки деталей из кованого железа с низким содержанием углерода в древесный уголь, а затем повышения температуры упаковки до красного каления на несколько часов.Затем весь пакет, уголь и все остальное, бросили в воду, чтобы погасить. Поверхность стала очень твердой, в то время как внутренняя часть или «сердцевина» детали сохранила прочность низкоуглеродистой стали.

Упрочнение паков сегодня — редкость, за исключением нескольких видов спортивного оружия, изготовленных по индивидуальному заказу. Теперь детали из низкоуглеродистой стали нагревают в подготовленной атмосфере печи, которая обеспечивает углерод, который диффундирует в поверхностные слои стали. Температура обычно составляет около 1750 ° F (950 ° C). Эта атмосфера традиционно была «эндотермической» с использованием катализатора для частичного сжигания природного газа.Типичный состав 1 эндотермического газа (класс 302) состоит из 39,8% азота, 20,7% оксида углерода, 38,7% водорода и 0,8% метана с точкой росы — 5 ° F (-20 ° C). Этот газ-носитель впоследствии обогащается небольшой контролируемой добавкой углеводородного газа, такого как пропан, или легко испаряющейся жидкости, которая является источником углерода. 100% -ный азот из резервуаров для больших объемов может также использоваться в качестве газа-носителя с впрыском пропилена или другого углеводорода для получения необходимого углерода.

В вакууме или при низком давлении в качестве источника углерода используется ацетилен C ₂ H ₂ или циклогексан, C ₆ H ₁₂.В результате детали из низкоуглеродистой стали приобретают поверхность из высокоуглеродистой стали. Закаленная сталь сочетает в себе твердость и износостойкость этого «корпуса» из высокоуглеродистой стали с прочностью внутренней части (сердечника) из низкоуглеродистой стали.

Корзины рамы из алюминиевого прутка ², радиационные трубы и другие приспособления в печи также собирают углерод во время многих, многих циклов термообработки. Эти приспособления изготовлены из сплавов, устойчивых к науглероживанию. Несмотря на то, что атмосфера восстанавливается до железа, она все еще окисляется до хрома, кремния и алюминия.Оксидная окалина, некоторая смесь Cr ₂ O ₃, SiO ₂ и Al ₂ O ₃, образуется на поверхности или непосредственно под ней. Этот оксидный слой обеспечивает большую часть сопротивления сплава науглероживанию.

Науглероживание делает жаропрочные сплавы хрупкими, поэтому их нельзя ни выпрямить, ни отремонтировать сваркой. Степень охрупчивания зависит от количества абсорбированного углерода ³ и от микроструктуры. Вообще говоря, после того, как сплав поглотил около 1% углерода, он больше не будет иметь измеряемой пластичности при комнатной температуре.Однажды мы исследовали образец из 310 листов, которые содержали 4% углерода и легко ломались вручную. В случае науглероженного сплава при нагревании до красного каления может сохраняться достаточная пластичность, чтобы металл мог выполнять свою задачу. Это при условии, что он не подвергается чрезмерному растяжению при высокой температуре или ударам при комнатной температуре.

Сплав 601, используемый в муфеле для спекания порошкового железа. Рост зерна происходит от рабочей температуры. Хрупкое разрушение при комнатной температуре происходит из-за большого количества углерода, 2.34% поглощается в процессе эксплуатации. Азотно-водородная атмосфера не предполагает науглероживания. Тем не менее, углерод попадает в атмосферу из органических соединений, используемых в качестве связующих в «зеленом» порошковом компакте.

Сопротивление науглероживанию в сплаве почти полностью обеспечивается защитной окалиной ⁴ вместе с содержанием никеля. Оксидная окалина состоит в основном из хрома, а кремний очень полезен. ⁵. Никель снижает растворимость углерода в сплаве, так что никель с очень высоким содержанием никеля просто не науглероживается до того же уровня, что и материал с более низким содержанием никеля.

При науглероживании в вакууме присутствует слишком мало кислорода для образования оксидов хрома или кремния для защиты. Такое сопротивление науглероживанию, как у сплава, может быть в значительной степени обусловлено содержанием в нем алюминия, который в этом процессе будет образовывать оксид алюминия.

Среди сплавов RA330 обычно лучше всего работает за свои деньги. RA333, RA600, RA 353 MA, RA601 и RA 602 CA более устойчивы к науглероживанию, но и более дороги. 800H плохо переносит эффекты науглероживания, отчасти потому, что в нем отсутствует кремний, но также, что более важно, потому, что он неизменно крупнозернистый.

RA 253 MA использовался в качестве приспособления для печи, потому что он прочен, но RA 253 MA не устойчив к науглероживанию. Даже RA309 имеет несколько лучшую стойкость к науглероживанию, чем RA 253 MA. Обычные нержавеющие сплавы 304 и 316L не обладают достаточной стойкостью к науглероживанию для использования в качестве фиксатора в коммерческих печах для науглероживания и термообработки. Ферритный сорт 446 имеет довольно низкую стойкость к науглероживанию.

Когда никелевые жаропрочные сплавы науглероживаются, многие из них также становятся магнитными.Карманный магнит, таким образом, становится удобным инструментом, позволяющим судить о том, достаточно ли пластичности крепежа из сплава, чтобы его можно было отремонтировать или выпрямить сваркой.

Не из-за науглероживания, а чисто механическая проблема, которая может возникнуть в атмосфере науглероживания. Сажа может откладываться из атмосферы и «кокситься» в любых щелях, таких как трещины в сварных соединениях или дефекты поверхности отливок. Рост этого отложения сажи действует как корни деревьев, растущие в скале. Он буквально вскрывает неплавление в сварном шве или открывает небольшие отверстия в отливках в большие полости.

В случае деформируемых сплавов, не имеющих поверхностных дефектов, мы подчеркиваем необходимость иметь конструкции и сварные детали, которые не имеют щелей, в которых может происходить отложение углерода. Это одна из причин, по которой сварные швы с полным проплавлением обратного колена и прямой ветви необходимы для максимального срока службы радиационных труб. При слабом огне сажа может откладываться в корневой щели (а также в поверхностных дефектах возвратных изгибов отливки). На сильном огне эта сажа выгорает, локально перегревая и ослабляя металл.

Испытания на цементацию

Лабораторные испытания на науглероживание должны проводиться в некотором приближении к интересующей промышленной атмосфере. Температура испытания должна быть аналогична ожидаемой при эксплуатации. Кроме того, было бы неплохо включить термические циклы примерно как в ожидаемых условиях эксплуатации ⁶. Наконец, важна продолжительность теста.

Стойкость к науглероживанию зависит от окалины оксида оксида кремния, субшкалы кремнезема и окалины оксида алюминия в некоторых сплавах.По этой причине испытательная атмосфера должна, по нашему мнению, содержать парциальное давление кислорода, сравнимое с ожидаемой рабочей атмосферой, чтобы образовалась аналогичная защитная шкала ⁷. Можно также рассмотреть азот, поскольку азот в атмосфере вступает в реакцию с легирующими элементами, такими как хром, и может влиять на науглероживание.

Проведены лабораторные испытания на науглероживание в атмосфере водорода — 2% метана, без контроля парциального давления кислорода. В этой среде сплав не будет иметь значительной защитной окалины.Такая атмосфера является одним из способов достижения цели фактического науглероживания большинства сплавов.

Очень небольшое количество кислорода может образовывать достаточно окалины оксида алюминия или диоксида титана, например, чтобы препятствовать потоку припоя во многих вакуумных печах. Сплав 800H содержит достаточно титана, чтобы стать светло-серым в некоторых вакуумных печах для термообработки.

Для пайки даже нержавеющей стали (без Al или Ti) в водороде обычно считается, что точка росы должна быть -60 ° F (-51 ° C) или ниже ⁸.Это необходимо для диссоциации оксидов большинства легирующих элементов. Глинозем и диоксид титана не диссоциируют в этой атмосфере. Можно было ожидать, что такие марки, как N06601, N06025 и N0811, будут образовывать пленки оксидов алюминия и титана в номинальной водородно-метановой атмосфере. Такие пленки могут повлиять на науглероживание.

Недавняя работа Джорджа Лая в H ₂ -CH ₄ ранжирует несколько сплавов в том же порядке, что и опыт эксплуатации. Парциальное давление кислорода не указано.Рейтинг д-ра Лая деформируемых сплавов от лучших к худшим: Haynes ® 214, RA 602 CA ©, Incoloy ® 803, 800H и 310 нержавеющая сталь. Рейтинг одинаков как по изменению веса, так и по измеренной глубине науглероживания. Рейтинг сплавов приблизительно соответствует содержанию в них алюминия + титана. Al и Ti — элементы, которые, скорее всего, образуют шкалу в этом тесте. Мы можем сделать вывод, что эти результаты испытаний на метан-водород могут иметь некоторое отношение к характеристикам закрепления сплава в вакуумной печи науглероживания.При вакуумной науглероживании очень небольшое количество кислорода присутствует из-за утечки в печи, если ничего другого.

Содержание углерода,% по массе, до и после испытания

Сплав	Исходный	Окончательный	Увеличение	% Al
214	0,042	0,50	0,008	4,5
RA 602 CA	0,19	0,36	0.17	2,2
803	0,084	0,99	0,91	0,3
800H	0,082	1,23—0,95	0,86—1,14 ^а	0,4
310	0,08	2,73	2,65	0,05

^{серия из пяти образцов}

Когда атмосфера имитирует атмосферу, представляющую промышленный интерес, испытание на науглероживание может потребовать длительного воздействия.Есть некоторый период времени, в течение которого не происходит значительного поглощения углерода. Связанный с нами опыт одной компании-производителя печей показал, что испытание необходимо было проводить в течение не менее 1000 часов, прежде чем их результаты коррелируют с опытом обслуживания. Их тестовые данные, которыми мы поделились, приведены ниже.

Испытания проводились в промышленной печи науглероживания с электрическим нагревом. Результаты для более высоких температур, 1900 ° F (1038 ° C), получены для композитного электрического нагревательного элемента, изготовленного из пяти показанных сплавов, а результаты 1750 ° F (954 ° C) получены для образцов пластин, подвергшихся действию рабочей температуры печи.В обоих случаях общее время воздействия было распределено следующим образом: 20% времени в эндотермическом газе, обогащенном природным газом, до потенциала углерода 1,0 — 1,2% по отношению к железу, 70% времени в азоте и 10% времени. циклы выгорания отраженного воздуха при пониженной температуре 100 ° F (56 ° C). В образцах были обработаны надрезы различной глубины и проанализировано содержание углерода. Результаты представлены при глубине 0,045 дюйма (1,14 мм) на элементе и глубине 0,20 дюйма (0,508 мм) на образце пластины.

	1900 ° F (1038 ° C) 2260 часов экспозиции	1750 ° F (954 ° C) 4300 часов экспозиции
сплав	% углерода	% углерода
RA333	1.53	0,344
RA330	3,03	0,443
617	2,86	1,6
601	2,98	1.096
600	1,56	— —
310	— —	3,92

Вакуумная цементация

Вакуумная цементация представляет собой другую среду. Поведение сплавов при обычном науглероживании в атмосфере не обязательно предсказывает, как они будут работать при науглероживании при низком давлении.Тем не менее, в вакуумной печи науглероживания всегда есть небольшое количество кислорода. Некоторые из них могут попасть в следовые количества ацетона в ацетилене, используемом в качестве науглероживающего газа. Скорость утечки в печи всегда позволяет присутствовать некоторому количеству кислорода. Хотя этого недостаточно для образования стабильной окалины оксида хрома или кремнезема, 2,2% алюминиевого сплава RA 602 CA образует пленку оксида алюминия на поверхности. Именно этот оксид отвечает за устойчивость сплава к науглероживанию в этой среде.

Корзины из сплава RA 602 CA, предназначенные для науглероживания при низком давлении. Этот закрытый цех обрабатывает звездочки и шестерни трансмиссии при температуре 1650 ° F (900 ° C) в печах Abar Ipsen со встроенной закалкой в масле.Науглероживающий газ — ацетилен. Корзины складываются по три в высоту и в среднем проходят два цикла в день.

Разработка усовершенствованной нержавеющей стали для науглероживания и азотирования | NACE CORROSION

UNS S41429 — это мартенситная нержавеющая сталь с уникальным химическим составом сплава, подходящая для науглероживания или азотирования для создания глубокого, твердого и нержавеющего поверхностного слоя при сохранении прочного, жесткого и пластичного сердечника. UNS S41429 может достичь твердости поверхности более 60 HRC за счет науглероживания, сохраняя при этом свои нержавеющие свойства и мелкий размер зерна.Ее также можно азотировать до твердости 70 HRC с улучшенной коррозионной стойкостью по сравнению с аналогичной азотированной обычной мартенситной нержавеющей сталью (UNS S42000). Испытания в солевом тумане в соответствии с ASTM B117 были проведены для сравнения коррозионной стойкости науглероженного UNS S41429 с номинальной поверхностной твердостью 61 HRC с классами сквозного упрочнения UNS S44004 (59 HRC) и UNS S42700 (61 HRC), а также науглероженной нержавеющей стали UNS S42670 (63 HRC). Испытания на коррозию в соляном тумане были также выполнены на азотированных образцах UNS S41429 в соляной ванне с твердостью поверхности 70 HRC.Результаты показали, что науглероженный UNS S41429 обладает превосходной коррозионной стойкостью при испытаниях в солевом тумане с твердостью поверхности 61 HRC по сравнению со всеми другими исследованными нержавеющими сталями.

ВВЕДЕНИЕ

Нержавеющая сталь с поверхностной закалкой является привлекательной для применений, требующих сочетания высокой твердости поверхности, превосходной прочности сердечника и хорошей коррозионной стойкости, например подшипников и шестерен, которые подвергаются воздействию морской среды. К сожалению, процессы науглероживания и азотирования могут снизить коррозионную стойкость обычных нержавеющих сталей для науглероживания и азотирования.Точно так же коррозионная стойкость закаленных нержавеющих сталей может быть снижена после стандартной термообработки. Как науглероженные, так и закаленные нержавеющие стали образуют нежелательные богатые хромом карбиды, такие как M ₂₃ C ₆ и M ₇ C ₃ в поверхностном слое с высоким содержанием углерода, тем самым снижая коррозионную стойкость закаленной поверхности. ^1,2,3 Азотированные нержавеющие стали могут демонстрировать аналогичную низкую коррозионную стойкость из-за образования богатых хромом нитридов, которые осаждаются в азотированном слое.Твердые поверхностные слои достигаются как в науглероженных, так и в азотированных нержавеющих сталях, но коррозионная стойкость иногда не лучше, чем у науглероженных или азотированных легированных сталей. Науглероживание или азотирование при температурах выше сольвуса для карбидов M ₂₃ C ₆ и M ₇ C ₃ ограничивает образование вредных фаз, богатых хромом, но обычно вызывает значительный рост зерна и приводит к плохой ударной вязкости. ⁴ Для аустенитных нержавеющих сталей, таких как UNS S31603, были разработаны методы низкотемпературного науглероживания, которые развивают твердость поверхности до 1200 HV с улучшенной коррозионной стойкостью, но толщина корпуса ограничена 10–40 мкм.⁵

(PDF) Механическое поведение науглероженной аустенитной нержавеющей стали AISI 316L

Типом отказа были в основном скалывание, усталостное разрушение,

и пластичные ямки с некоторым вторичным растрескиванием от слияния микропустот

Таким образом, процесс науглероживания пачки при

650 ° C или выше оказался непригодным для повышения усталостной стойкости

аустенитной нержавеющей стали AISI 316L, а науглероживание

при температуре ниже 650 ° C не дало никаких преимуществ.

! 436 — <+ 0 <) <3: 7

Авторы благодарят Министерство науки и технологий

и Национальный исследовательский фонд Южной Африки за

, предоставившее финансирование для этого исследования. Они также благодарят г-на

Ричарда Купертуэйта из отдела передовых материалов,

Mintek, за помощь в построении изображений и анализе на сканирующем электронном микроскопе.

 <2 <; <34 <7

AGARWAL, N., KAHN, H., AVISHAI, A., MICHAL, G., ERNST, F., and HEUER, A.H.

2007. Повышенное сопротивление усталости аустенитной нержавеющей стали 316L за счет низкотемпературного параравновесного науглероживания

. Acta Materialia, т. 55,

нет. 16. С. 5572–5580.

AKITA, M. и TOKAJI, K. 2006. Влияние науглероживания на усталостные характеристики надреза

в аустенитной нержавеющей стали AISI 316. Технология поверхностей и покрытий,

т. 200, нет. 20-21. С. 6073–6078.

СТАНДАРТЫ ASTM. 2000. Методы испытаний металлов и аналитические процедуры.

Металлы — Механические испытания; Повышенные и низкотемпературные испытания, т.

03.01.

АЗАР В., ХАШЕМИ Б. и ЯЗДИ Р.М. 2010. Влияние дробеструйного упрочнения на усталостное и коррозионное поведение

нержавеющей стали 316L в растворе Рингера.

Технология поверхностей и покрытий, т. 204, нет. 21-22. С. 3546–3551.

BAIN, E.C. and GRIFFITHS, W.E. 1927. Знакомство с никелевыми сплавами железо-хром-

. Труды Американского института минералов и

Metallurgical Engineering, vol.75. С. 166–213.

BELL, T. 2002. Обработка поверхностей аустенитной нержавеющей стали. Поверхность

Инжиниринг, т. 18, нет. 6. С. 415–422.

BERRÍOS, J.A., TEER, D.G., and PUCHI-CABRERA, E.S. 2001. Усталостные свойства нержавеющей стали

316L, покрытой различными покрытиями TiNx. Поверхность и

Технология покрытий, т. 148, нет. 2-3. С. 179–190.

BERRÍOS-ORTZ, J.A., LABARBERA-SOSA, J.G., TEER, D.G., и PUCHI-CABRERA, E.S.

2004.Усталостные свойства нержавеющей стали 316L, покрытой различными покрытиями ZrN

. Технология поверхностей и покрытий. 179, нет. 2-3.

с. 145–157.

CESCHINI, L. и MINAK, G. 2008. Усталостное поведение при низких температурах

аустенитная нержавеющая сталь AISI 316L, науглероженная. Поверхность и покрытия

Технология, т. 202, нет. 9. С. 1778–1784.

КОЛЛИНС, Г.А., ХАТЧИНС, Р., ШОРТ, К.Т., ТЕНДИС, Дж., Л.И., X. и Саманди, М.

1995.Азотирование аустенитной нержавеющей стали методом плазменной иммерсионной ионной имплантации

. Технология поверхностей и покрытий. 74-75. С. 417–424.

ДЭВИС, Дж. Р. 1994. Справочник ASM: науглероживание и нитроцементация. ASM

International, Materials Park, Огайо:

DEFREITAS, M., REIS, L., DAFONTE, M., and LI, B. 2011. Влияние устойчивого кручения

на возникновение и распространение усталостной трещины при вращательном изгибе:

Многоосная усталость и смешанное растрескивание.Инженерная трещина

Механика, т. 78, нет. 5. С. 826–835.

ФЕВЕЛЛ, М.П., МИТЧЕЛЛ, Д.Р.Г., ПРИСТ, Д.М., ШОРТ, К.Т., и КОЛЛИНС, Г.А.

2000. Природа вспученного аустенита. Поверхность и покрытия

Технология, т. 131, вып. 1-3. С. 300–306.

FONG, C. и TROMANS, D. 1988. Кристаллография трещин коррозионной усталости, стадия 1

в аустенитной нержавеющей стали (316L). Металлургические операции A, vol.

19А. С. 2765–2773.

GAO, N., BROWN, M.W., and MILLER, K.J. 1995. Морфология роста трещин и

микроструктурных изменений в нержавеющей стали 316 при циклическом ползучести-усталости.

Усталость и разрушение инженерных материалов и конструкций, т. 18, нет.

12. С. 1407–1422.

GELFI, M., LAVECCHIA, G.M., LECIS, N., and TROGLIO, S. 2005. Соотношение

между остаточным напряжением по всей толщине покрытий CrN-PVD и

очагами зарождения усталости. Технология поверхностей и покрытий.192, нет.

2–3. С. 263–268.

GROSSKREUTZ, J.C. и WALDOW, P. 1963. Основание и усталостное разрушение алюминия

. Acta Metallurgica, т. 11, вып. 7. С. 717–724.

HULL, D. 1999. Фрактография, наблюдение, измерение и изучение трещин

Топография поверхности. Издательство Кембриджского университета, Кембридж, Великобритания.

ДЖЕЙМС Р. Д. 1981. Конечная деформация за счет механического двойникования. Архив для

Рациональная механика и анализ, т.77, нет. 2. С. 143–176.

ДЖЕНКИНС, C.H.M., БАКНАЛЛ, E.H., ОСТИН, C.R., и МЕЛЛОР, Г.А. 1937. Примерно

сплавов

для использования при высоких температурах. Часть IV: Состав сплавов

никеля, хрома и железа. Журнал Института железа и стали, вып.

136. С. 187–222.

JIN-BO, B. and CHEN, S.-Y. 1988. Вторичное растрескивание при росте поверхностной трещины

при растягивающем усталостном нагружении. Инженерная механика разрушения,

т.30, нет. 2. С. 161–167.

KING, J.E. и COTTERILL, P.J. 1990. Роль оксидов в распространении усталостных трещин.

Материаловедение и инженерия, т. 6. С. 19–31.

LAMPMAN, S. 1997. Целостность и производительность сварных швов. ASM International,

Materials Park, Огайо.

LIANG, J.H., WANG, C.S., TSAI, W.F., and AI, C.F. 2007. Параметрическое исследование

азотированной аустенитной нержавеющей стали AISI 304, полученной плазменной иммерсией

ионной имплантацией.Технология поверхностей и покрытий. 201, вып. 15.

с. 6638–6642.

LIU, C., BI, Q., LEYLAND, A., и MATTHEWS, A. 2003. Электрохимическое исследование импедансной спектроскопии

коррозионного поведения сталей

с покрытием PVD в 0,5 N водном растворе NaCl: Часть II . Наука о коррозии, т. 45,

нет. 6. С. 1257–1273.

ЛИУ, П. 2006. Количественный анализ многофазных сталей из феррита и

аустенита. Кандидатская диссертация, Университет Линчёпинга.

LU, K., LU, L., и SURESH, S. 2009. Укрепление материалов путем разработки

когерентных внутренних границ на наномасштабе. Наука, т. 324, нет. 5925.

с. 349–52.

ЛУКАШ, П. и КУНЦ, Л. 2004. Роль устойчивых полос скольжения в утомлении.

Философский журнал, т. 84, нет. 3-5. С. 317–330.

MATULA, M., HYSPECKA, L., SVOBODA, M., VODAREK, V., DAGBERT, C., GALLAND, J.,

STONAWSKA, Z, and TUMA, L. 2001. Межкристаллитная коррозия AISI 316L

Сталь

.Характеристика материалов, т. 46. С. 203–210.

MINGOLO, N., TSCHIPTSCHIN, A.P., и PINEDO, C.E. 2006. Об образовании расширенного аустенита

во время плазменного азотирования аустенитной нержавеющей стали AISI 316L

. Технология поверхностей и покрытий. 201, вып. 7.

с. 4215–4218.

RENEVIER, N., COLLIGNON, P., MICHEL, H., and CZERWIEC, T. 1999. Низкотемпературное азотирование

нержавеющей стали AISI 316L и титана в дуговом разряде низкого давления

.Технология поверхностей и покрытий. 111, нет. 2-3.

с. 128–133.

РИТЧИ, Р.О. и LANKFORD, J. 1986. Малые усталостные трещины: постановка проблемы

и возможные решения. Материаловедение и инженерия, т.

84. С. 11–16.

РОЙЛАНС, Д. 2001. Введение в механику разрушения. Массачусетский институт

технологий.

SAMANDI, M., SHEDDEN, B.A., SMITH, D.I., COLLINS, G.A., HUTCHINGS, R., и

TENDYS, J.1993. Микроструктура, коррозия и трибологические свойства аустенитной нержавеющей стали

, имплантированной плазменной иммерсией. Поверхность и

Технология покрытий, т. 59, нет. 1-3. С. 261–266.

ШЕВМОН, Г.П. 1963. Диффузия в твердых телах. Макгроу Хилл, Токио.

ТВЕРГААРД, В. 2008. Влияние Т-напряжения на рост трещины при смешанном режиме I-III

нагружения. Международный журнал твердых тел и структур, вып. 45, нет. 18-19.

с. 5181–5188.

ВЭИ, С., JINHUA, Z., LIUJIE, X., и RUI. J. 2006. Влияние углерода на микроструктуры

и свойства быстрорежущей стали с высоким содержанием ванадия.

Материалы и конструкция, т. 27, нет. 1. С. 58–63.

ЯН, Ф., ИНЬ, С. М., Ли, С. X. и Чжан, З. Ф. 2008. Механизм зарождения трещин

экструдированного магниевого сплава AZ31 в режиме очень многоцикловой усталости.

Материаловедение и инженерия A, vol. 491, нет. 1-2. С. 131–136.

ЯТЕС, Дж. Р. и МОХАММЕД, Р.А. 1996. Определение скорости распространения усталостной трещины

при смешанном (I + III) нагружении. Международный журнал

усталости, т. 18, нет. 3. С. 197–203.

ZAPFFE, C.A. 1949. Нержавеющие стали. Американское общество металлов, материалов

Парк, Огайо.

ЗАВАТТИЕРИ, П.Д. и ESPINOSA, H.D. 2001. Анализ уровня зерен начала

и распространения трещин в хрупких материалах. Acta Materialia, т. 49, нет. 20.

с. 4291–4311.

◆

Механическое поведение науглероженной аустенитной нержавеющей стали AISI 316L

 ———  (%. = 11 & ===== ================================== —- 1191

▲

Плазменная науглероживание аустенитной нержавеющей стали AISI 316L при низкой температуре

[1] Z.Л. Чжан, Т. Белл, Surf. Eng, Vol. 1-2 (1985), стр.131-136.

[2] Э.Menthe, A. Bulak, J. Olfe, A. immermann, K. -T. Ри, прибой. Пальто. Technol, Vol. 133-134 (2000) стр. 259-263.

[3] Б.Лариш, У. Бруски, Х. -Дж. Шпионы, прибой. Пальто. Technol, Vol. 116–119 (1999), с.205–211.

[4] Ф.Борджоли, А. Фоссати, Э. Гальванетто и др. Surf. Пальто. Technol, Vol. 200 (2005), стр 2474-2480.

[5] С.F.M. Борхес, С. Хеннеке, Э. Пфендер, Surf. Пальто. Technol, Vol. 123 (2000), стр.112-121.

[6] С.Чжао, C.X. Ли, Х. Донг, Т. Белл, Sur. Пальто. Technol. Vol. 191 (2005), стр 195-200.

[7] Фан-Шионг Чен, Чи-Ненг Чанг, Серфинг.Пальто. Technol, Vol. 173 (2003), с.9–18.

[8] Ю. Уэда, Н.Канаяма, К. Ичи, Т. Оиши и др. Прибой. Пальто. Technol, Vol. 193 (2005), стр. 50-54.

[9] Ю.Sun, Журнал технологий обработки материалов, Vol. 168 (2005), стр 189-194.

[10] М.Цудзикава, Д. Ёсида, Н. Ямаути, Н. Уэда, Т. Соне, С. Танака, Surf. Пальто. Technol, Vol. 200 (2005), стр 507-511.

Разработка CSS 421 ™, высокоэффективной науглероживающей нержавеющей стали для высокотемпературных аэрокосмических применений

Сегодняшние задачи аэрокосмической техники требуют материалов, которые могут работать в условиях экстремальных температур, высоких нагрузок и суровых, агрессивных сред.В этой статье представлен технический обзор продолжающейся разработки CSS-42L ™ (патент США № 5,424,028) ^[1]. Этот сплав представляет собой корпус — науглероживаемый сплав нержавеющей стали, пригодный для использования при температурах до 427 ° C (800 ° F), особенно подходящий для высокопроизводительных подшипников качения, шестерен, валов и крепежных деталей.

Номинальный химический состав CSS-42L ™ включает: (по весу) 0,12% углерода, 14,0% хрома, 0,60% ванадия, 2,0% никеля, 4,75% молибдена и 12,5% кобальта. Тщательная балансировка этих компонентов в сочетании с плавлением VIM-VAR позволяет получить сплав, который можно науглероживать и термообработать для достижения высокой твердости поверхности (> 58 HRC на 1 мм (0.040 дюймов)) с отличной коррозионной стойкостью. Горячая твердость науглероженного корпуса равна или лучше, чем у всех конкурирующих марок, и превышает 60 HRC при 427 ° C (800 ° F). Вязкость разрушения и ударопрочность термообработанного материала сердечника также были подробно оценены и оказались лучше, чем у стали M50-NiL. В ходе испытаний, проведенных на сегодняшний день, было показано, что коррозионная стойкость эквивалентна коррозионной стойкости стали 440С.

Ключевые слова:

подшипники, коррозия, науглероживание, нержавеющая сталь

Информация об авторе:

Burrier, HI
Старший специалист по исследованиям, компания Timken, Кантон, Огайо

Томаселло, CM
Главный инженер-исследователь, менеджер по металлургическим услугам и менеджер по исследованиям, Latrobe Steel Company — Дочерняя компания Timken Company, Латроб, Пенсильвания

Balliett, SA
Главный инженер-исследователь, менеджер — Металлургические услуги и менеджер — Исследования, Latrobe Steel Company — Дочерняя компания Timken Company, Латроб, Пенсильвания

Мэлони, JL
Главный инженер-исследователь, менеджер по металлургическим услугам и менеджер по исследованиям, Latrobe Steel Company — дочерняя компания Timken Company, Латроб, Пенсильвания

Milam, DL
Специалист по развитию, The Timken Company, Кантон, Огайо

Огден, WP
Менеджер по технологиям, дочерняя компания Timken Company, Ливан, Нью-Гэмпшир

Комитет / Подкомитет: A01.06

DOI: 10.1520 / STP12140S

Низкотемпературное науглероживание / азотирование аустенитных нержавеющих сталей

Каждый день нас окружают материалы, изготовленные из аустенитных нержавеющих сталей. Кухонная посуда, посуда, контейнеры для пищевых продуктов, ювелирные изделия… и это лишь некоторые из приложений, без которых мы не можем представить нашу повседневную жизнь. Аустенитные нержавеющие стали также необходимы для таких отраслей, как химическая, биомедицинская, фармацевтическая и нефтехимическая.Одной из наиболее привлекательных характеристик аустенитных нержавеющих сталей является высокая коррозионная стойкость, что особенно важно в кислой и морской среде. Присутствующий в металле хром, образующий химически и механически стабильный слой оксида хрома при воздействии кислорода, защищает материал от коррозии. Кроме того, добавляется никель, чтобы придать материалу «аустенитную» структуру, дополнительно улучшая коррозионную стойкость и улучшая формуемость. К сожалению, одним из наиболее существенных недостатков аустенитных нержавеющих сталей является изначально низкая твердость.Кроме того, аустенитные нержавеющие стали нельзя подвергать термообработке, как обычные стали, что ограничивает их применимость к приложениям, не несущим нагрузку, в противном случае может произойти сильный износ и механические поломки.

Обычные стали можно обрабатывать азотом или углеродом при высоких температурах для повышения твердости. К сожалению, этот вариант не подходит для аустенитных нержавеющих сталей. Высокотемпературное азотирование / науглероживание вызывает образование соединений хрома, что резко снижает коррозионную стойкость.Напротив, можно использовать низкотемпературные обработки, которые вводят азот или углерод в кристаллическую структуру аустенита без удаления хрома из стали. Аустенитная структура расширяется, создавая твердый, но все же устойчивый к коррозии слой.

В этой диссертации методы науглероживания / азотирования как в плазме, так и в газе были использованы для формирования слоев расширенного аустенита на различных аустенитных нержавеющих сталях.

Науглероживание стали в домашних условиях

Содержание

Цементация в твёрдом карбюризаторе [ править | править код ]

Цементация в газовом карбюризаторе [ править | править код ]

Цементация в кипящем слое [ править | править код ]

Цементация в растворах электролитов [ править | править код ]

Цементация в пастах [ править | править код ]

Технология цементации стали

Цементация в твердой среде: возможность проведения в домашних условиях

Азотирование: суть процесса и преимущества, по сравнению с цементацией

Карбонитрация стали

Преимущества технологии карбонитрации стали

Этапы карбонитрации

Совершенствование комплексного азото-углеродного насыщения – низкотемпературная карбонитрация

Общая информация о процессе

В какой среде возможна цементация стали

Разновидности металла, который можно обрабатывать

Цементуемые стали с помощью газа

Ян Корецкий. Цементация стали. Пер. с чешск. Л.: Судпромгиз, 1962г., 230 с.: ил. — Термическая обработка и плавка металлов

Сталь цементация — Справочник химика 21

Цементация металла в домашних условиях графитом. Советы мастеру. Химико-термическая обработка стали. Науглероживание стали в домашних условиях

Общая информация о процессе

В какой среде возможна цементация стали

Разновидности металла, который можно обрабатывать

Цементуемые стали с помощью газа

Сущность процесса цементации

Проведение цементации стали в твердой среде

Цементация деталей в газовой среде

Химико-термическая обработка стали | Обработка металла – стали и цветных металлов

Технология цементации стали. Закалка в домашних условиях видео.

Цементация стальных изделий

Способы выполнения цементации

Химико-термическая обработка стали

Закалка и науглероживание металлов — Кустарь

Науглероживатель: производство, особенности, применение

Производство науглероживателя

Особенности выбора

Область применения

Общие сведения о процессе цементации стали

Классификация среды, в которой проходит цементация стали

Процесс цементации стали своими руками

Применение газа

Услуги по закалке

Цементация никелем — завод металлообработки, услуги электронно-сборочные и гальванические работы

Область применения

Преимущества цементации никелем

особенности технологии и марки стали для цементации

Марки стали под цементацию

Особенности технологии цементации

С применением твердого карбюризатора

Газовая технология цементации

Низкотемпературная науглероживание поверхности нержавеющих сталей (Технический отчет)

Науглероживание — Rolled Alloys, Inc.

Испытания на цементацию

Содержание углерода,% по массе, до и после испытания

Вакуумная цементация

Разработка усовершенствованной нержавеющей стали для науглероживания и азотирования | NACE CORROSION

(PDF) Механическое поведение науглероженной аустенитной нержавеющей стали AISI 316L

Плазменная науглероживание аустенитной нержавеющей стали AISI 316L при низкой температуре

Разработка CSS 421 ™, высокоэффективной науглероживающей нержавеющей стали для высокотемпературных аэрокосмических применений

Низкотемпературное науглероживание / азотирование аустенитных нержавеющих сталей

Добавить комментарий Отменить ответ