термическая обработка сталей

Химико термическая обработка стали заключается в изменении химического состава поверхностного слоя стального изделия путем насыщения его каким-либо другим веществом ( углеродом , азотом , цианом , хромом ) с целью повышения твердости , износостойкости или коррозионной стойкости поверхности и сохранение при этом высоких механических качеств самого изделия. Видами химико- термической обработки стали является цементация , азотирования, цианирования и хромирование.

Азотирования - насыщения азотом поверхностного слоя стального изделия при нагревании до 500... 700 ° С в атмосфере аммиака , при этом повышаются коррозионная стойкость, твердость , износостойкость и предел усталости стали. Азотированию подвергают легированные стали , содержащие в качестве легирующего вещества алюминий и прошли предварительную термическую и механическую обработку , кроме окончательного шлифования. Глубина азотированного слоя 0,01... 1,0 мм.

Термическая обработка придает стальным изделиям опреде ленные механические свойства : высокую твердость , повысив тем самым сопротивление износу , меньшую хрупкость для улучшения обработки или повышения ударной вязкости и т. Д. Это достигается нагревом и последующим охлаждением стали по строго определенным температурному режиму. В результате в нужном направлении изменяется структура стали , которая и определяет ее механические свойства.

Закалка - термическая обработка стали путем ее нагревания до определенной температуры , некоторой выдержки при этой температуре до завершения фазовых превращений с быстрым последующим охлаждением в воде , масле и других жидкостях. При закалке увеличиваются твердость и прочность , но снижается ударная вязкость. Закаленная сталь обладает большой хрупкостью , что делает ее малопригодной для практического использования.

Как было ранее отмечено , процессы дисперсионной выделения , коалесценции и растворения термодинамически неустойчивых частиц второй фазипроисходят непрерывно. Эти процессы происходят регенеративно , циклповторяется по циклу , поэтому сколько бы сплав ни состаривают предварительной усложнять режимы термической обработки , он при длительной тепловой видержкебудет менять свои свойства , охрупчивается в результате постоянноговиделения частиц упрочняющей фазы и изменения структурного состояния.

Часто после закалки рекомендуют проводить быстрее охлаждения - для предотвращения выделений избыточных фаз [20]. Однако , как будет показано далее, это лишнее , особенно при обработке сложных аустенитных сплавов , в которых даже при сравнительно быстрому охлаждениипроисходит кататермическое твердения , т. Е. Выделение упрочняющих фаз приохлаждении с высокой температуры. Этот процесс зависит от склонности сплавов кдисперсионному твердению , поэтому необходимо остановиться на этом важном явлении.

Выдержкой при высоких температуpax достигается растворения избыточных фаз в твердом растворе иполучение зерна необходимых размеров. Размер зерна сталей и сплавов зависит оттемпературы наверху и времени выдержки.

Вакуумная термическая обработка является современной альтернативой классической технологии термической обработки инструмента в соляных ваннах по ряду причин. Отпадает необходимость в проведении трудоемкой операции очистки поверхности от остатков солей и последующей подготовки к нанесению упрочняющих покрытий типа нитрида титана. Повышенная скорость нагрева изделий в смеси солей приводит к возникновению максимального градиента температур между поверхностью и сердцевиной, что определяет высокий уровень термических напряжений и, как следствие, деформацию инструмента. Большая скорость нагрева приводит также разнозернистых микроструктуры при аустенизации и последующей закалке. При термообработке изделий в смеси солей происходит частичное обезуглероживание и потеря легирующих элементов в поверхностном слое. В вакуумных электропечах эти явления можно практически полностью исключить. Возможность полного контроля процесса и точность поддержания режимов термообработки - одна из важнейших причин популярности вакуумных электропечей при термической обработке инструментальных сталей.

В первую очередь для обеспечения необходимых свойств изделий при термической обработке в вакуумных печах необходимо правильно выбрать условия охлаждения. Долгое время наиболее распространенными способами закаливания в вакуумных печах были: охлаждение в масле и охлаждения газом - азотом при давлениях менее 0,17 МПа. Для сильнолегированных сталей используется также охлаждение в вакууме. Эти способы охлаждения продолжают эффективно использовать и в настоящее время. Для обеспечения полной прокаливаемости инструмента большого сечения в настоящее время используются вакуумные печи с давлением инертного газа от 0,17 МПа до 2,0 МПа и еще больших давлениях (вакуум компрессионные электропечи). Для ускоренного нагрева садки при температурах ниже 800 ° С в вакуумных печах последнего поколения используют конвекционную передачу тепла за счет циркуляции газа - азота от нагревательного модуля к корзине. Данное техническое решение позволило заметно сократить время цикла термической обработки сада.

Исходя из вышеизложенного очевидно, что вакуумные электропечи категорически необходимые для решения задач высококачественной термической обработки инструмента. Правда, процесс термообработки всегда связан с неконтролируемым возникновением деформаций. Они могут быть больше или меньше за счет изменений микроструктуры инструмента, но они всегда присутствуют. Однако при термообработке в вакуумных электропечах деформация инструмента существенно меньше, чем при термообработке в соляных ваннах. Вклад в деформацию инструмента вносят много факторов: высокое содержание легирующих элементов в инструментальной стали, слишком высокая скорость нагрева инструмента, продолжалась изотермический выдержка, оптимален температура аустенизации, неудачный выбор условий закалки и другие.

При достижении необходимого перераспределения легирующих элементов в ходе аустенизации инструментальную сталь следует достаточно быстро охлаждать для обеспечения мартенситного превращения. Большинство инструментальных сталей, как правило, приобретают мартенситную структуру в температурном интервале 315-95 ° С Скорость охлаждения инструментальной стали в каждой конкретной охлаждающей среде (вакуум, газ - азот, калильное масло) для полного укрепления определяется ее химическим составом. Сильно легированные инструментальные стали достигают предельной прочности при небольших скоростях охлаждения. Как правило, небольшие скорости охлаждения обеспечивают оптимизированную микроструктуру и твердость инструмента при минимальных искажениях и склонности к растрескиванию. В случае сильнолегированных инструментальных сталей, полученных при температурах свыше 1095 ° С, скорость охлаждения с 980 до 650 ° С критична для оптимизации термообработки и вязкости материала.

Термомеханическая обработка ( ТМО ) стали - совокупность операций термической обработки с пластической деформацией , которая проводится либо выше критических точек ( ВТМО ) , или при температуре переохлажденного ( 500... 700 ° С ) аустенита ( НТМО ). Термомеханическая обработка позволяет получить сталь высокой прочности ( до 270 МПа). Формирование структуры стали при ТМО происходит в условиях повышенной плотности и оптимального распределения дислокаций. Окончательными операциями ТМО являются немедленная закалка во избежании развития рекристаллизации и низкотемпературный (Т = 100... 300 ° С) отпуск.

Борирование стали - химико -Термическое обработка насыщением поверхностных слоев стальных изделий бором при температурах 900... 950 ° С. Цель борирования - повышение твердости , износостойкости и других свойств стальных изделий. Диффузный слой толщиной 0,05... 0,15 мм , состоящий из боридов FeB и Fе2В , обладает весьма высокой твердостью , стойкостью к абразивному износу и коррозионной стойкостью. Борирование особенно эффективно для повышения устойчивости ( в 2... 10 раз) бурового и штамповой инструментов.

Азотирования стали - химико -Термическое обработка поверхностным насыщением стали азотом путем длительной выдержки ее при нагревании до б00... 650 ° С в атмосфере аммиака NН3. Азотировали стали обладают очень высокой твердостью (азот образует различные соединения с железом , алюминием , хромом и другими элементами, обладают большей твердостью , чем карбиды ). Азотировали стали обладают повышенной сопротивляемостью коррозии в таких средах , как атмосфера , вода, пар.

Нитроцементация ( цианирования ) стали - химико -Термическое обработка с одновременным поверхностным насыщением изделий азотом и углеродом при повышенных температурах с последующими закалкой и отпуском для повышения износо- и коррозионной стойкости , 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 цианирования в расплавленных солях , содержащих группу NaCN.

Основные виды цементации - твердая и газовая. Газовая цементация является более совершенным технологическим процессом , чем жесткая. В случае газовой цементации можно получить заданную концентрацию углерода в слое ; сокращается продолжительность процесса; обеспечивается возможность полной механизации и автоматизации процесса; упрощается термическая обработка деталей.

Термическая обработка необходима для : исправить структуру и измельчить зерно сердцевины и цементованного слоя; получить высокую твердость в цементованном слое и хорошие механические свойства сердцевины. После цементации термическая обработка состоит из двойной закалки и отпуска. Недостаток такой термообработки - сложность технологического процесса , возможность окисления и обезуглероживания.

3) диффузионно - перемещение адсорбированных атомов внутри металла. Развитие процесса диффузии приводит к образованию диффузионного слоя - материала детали на поверхности насыщения , отличается от первоначального по химическому составу , структуре и свойствам.

Азотирования стали - КТО , заключающийся в диффузионном насыщении поверхностного слоя стали азотом при нагревании в соответствующей среде. Твердость азотированного слоя стали выше , чем цементованного , и сохраняется при нагревании до высоких температур ( 450-500 ° C) , тогда как твердость цементованного слоя имеет мартенситную структуру, сохраняется до 200-225 ° C. Азотирования чаще проводят при 500-600 ° C.

2402.4042ms

Похожие статьи

Вход для пользователей