Термическая и химико термическая обработка металлов и сплавов: Химико-термическая обработка металлов и сплавов. Большая российская энциклопедия |

Содержание

Технология и оборудование термической и химико-термической обработки. Теория и технология термической обработки металлов и сплавов

Show simple item record

Технология и оборудование термической и химико-термической обработки. Теория и технология термической обработки металлов и сплавов

Author	Носков, Федор Михайлович
Author	Квеглис, Людмила Иосифовна
Author	Носков, Михаил Валерианович
Issued Date	2018
Bibliographic Citation	Носков, Федор Михайлович. Технология и оборудование термической и химико-термической обработки. Теория и технология термической обработки металлов и сплавов : учебное пособие / Ф. М. Носков, Л. И. Квеглис, М. В. Носков, 2018. — 332 с. — Текст : непосредственный : электронный.
ISBN	978-5-7638-3921-0
Description	Учебное пособие.
Description	Доступ к полному тексту открыт из сети СФУ, вне сети доступ возможен для читателей Научной библиотеки СФУ или за плату.
Abstract	Представлены сведения по теории термической обработки металлов и сплавов, а также по технологическим приемам и режимам обработки конкретных сплавов, применяемых в промышленности. Учебное пособие знакомит с практикой термической обработки, что придает теоретическому материалу прикладное значение и делает его более доступным. Предназначено для бакалавров направления 22.03.01 «Материаловедение и технологии материалов», профиль 22.03.01.07 «Материаловедение и технологии материалов в машиностроении».
Language	rus
publisher»>Publisher	СФУ
Rights	Для личного использования.
Subject	термическая обработка металлов
Subject	отжиг металлов
Subject	нагрев металлов при термообработке
Subject	закалка сплавов
Subject	отпуск сплавов
Subject	старение сплавов
Subject	термомеханическая обработка металлов
Subject	химико-термическая обработка металлов
Title	Технология и оборудование термической и химико-термической обработки. Теория и технология термической обработки металлов и сплавов
type»>Type	Book
UDC	621.785(07)
Corporate Contributor	Сибирский федеральный университет
Publisher Location	Красноярск
Institute	Политехнический институт
Full Text on Another Site	https://bik.sfu-kras.ru/elib/view?id=BOOK1-621.77%2F%D0%9D+844-854586
Identifier in IRBIS	RU/НБ СФУ/BOOK1/621.77/Н 844-854586

Files in this item

This item appears in the following Collection(s)

Учебные и учебно-методические издания [7558]

Show simple item record

Theme by

термическая обработка металлов и сплавов

Химико — термическая обработка металлов и сплавов

Химико-термическая обработка

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

Физические процессы ХТО

Основными параметрами химико-термической обработки

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

ХТО применяют с целью

Цементация

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

повышает твёрдость, износоустойчивость

для цементации на глубину 0,1 мм затрачивается 1 час

Термическая обработка после цементации

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

Цементация стали применяется

для следующих изделий:

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

Азотирование

процесс насыщения поверхности стали азотом

увеличивает поверхностную твёрдость, износостойкость, миктротвердость и коррозионную стойкость стали

Схема установки для азотирования

шахтные, ретортные и камерные печи

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

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

Металлы и сплавы, подвергаемые азотированию

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

Цианирование

процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя углеродом и азотом

увеличивает износостойкость жаростойкость, коррозионную стойкость стали

После цианирования проводят закаливание и низкий отпуск

Применение цианирования

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

Борирование

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

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

Методы и способы борирования

Увеличение срока службы борированных деталей машин и инструмента

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

Силицирование

насыщении поверхности стали кремнием.

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

Методы и способы силицирование

вакуумная электропечь для силицирования

Силицированию подвергают детали, используемые

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

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

Сульфидирование

насыщение поверхности серой

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

Сульфоцианирование

насыщение поверхности ферросплава серой, азотом и углеродом

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

Применение сульфидирования и сульфоцианирования

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

Фосфатирование

обработка металла фосфорнокислыми солями для появления на поверхности защитной пленки

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

Фосфатированию подвергаются:

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

Гидроабразивное фосфатирование один из лучших способов защиты металла от коррозии

Диффузионная металлизация

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

Диффузионную металлизацию можно проводить в:

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

Алитирование (алюминирование)

покрытие поверхности стальных деталей алюминием

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

Применение алитирования (алюминирования)

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

Хромирование

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

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

Применение хромирования

пары трения, работающие на износ в агрессивных средах:

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

для наращивания сопрягаемой поверхности в случае прослабленной посадки.

Никелирование

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

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

Применение никелирования

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

Титанирование

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

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

Методы и способы титанирования

Применение титанирования

Формообразующий и режущий инструмент

Оцинкование

покрытие металла слоем цинка для защиты от коррозии.

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

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

Виды цинкования

Оцинкованный прокат

Применение оцинкованных изделий

Термическая обработка металлов: определение, назначение, преимущества

Термическая обработка является первым соображением, которое необходимо учитывать при попытке изменить свойства. Это механический процесс, который включает нагрев металла при определенной температуре стандартным методом охлаждения для получения желаемых свойств. Сегодня вы познакомитесь с определением, назначением, классификацией, преимуществами и недостатками термической обработки металлов.

Подробнее: Список лучших клеев для металла

Термическая обработка стали и металлов…

Пожалуйста, включите JavaScript

Термическая обработка стали и металлов

Содержание

Термическая обработка металлов определение:

Прежде всего, вам нужно знать, что такое термическая обработка. Многие источники дали свое определение, которое не устраивает, потому что большая часть их определения содержит только нагревание и охлаждение металлов, что вполне правильно, но неполно. Так вот вопрос, что такое термическая обработка?

Термообработка — это процесс металлообработки, который включает изменение физических, а иногда и химических свойств материала. Можно также сказать, что это способ изменения физических или механических свойств металла методами нагревания и охлаждения без изменения формы обрабатываемого металла.

Подробнее: Обычные типы металлов и их свойства

Теперь вы можете видеть, что цель термической обработки состоит в том, чтобы улучшить или уменьшить структурные и физические свойства металла, чтобы он служил определенной цели или для дальнейшей обработки металла. Этот процесс достигается за счет нагревания металла и способа его охлаждения. Существует три этапа термической обработки: нагревание, замачивание и охлаждение. Эти три стадии будут объяснены далее, поскольку они участвуют во всех основных процессах термообработки.

Цель термической обработки металлов

Ниже приведены различные цели термической обработки металлов:

Для повышения пластичности и ударной вязкости
Повышение износостойкости и коррозионной стойкости металла.
Улучшение электрических и механических свойств.
Гомогенизируйте структуру для удаления сердцевины.
Сфероидизация мельчайших частиц.
Повышение обрабатываемости и прочности.
Уточнение размера зерна.
Снятие внутренних напряжений.

Подробнее: Разные виды металлов и их классификация

Посмотрите видео ниже, чтобы узнать о работе термической обработки металлов:

https://www.youtube.com/watch?v=gkIm-NoUigA

Преимущества и недостатки термической обработки металлов:

Термическая обработка имеет много преимуществ, иначе не произошло бы налаживание разных процессов. Термическая обработка помогает получить желаемые механические и химические свойства, снизить напряжения и предотвратить их снятие и деформацию при эксплуатации. В то время как недостатки включают искажение, окисление поверхности или другие загрязнения, дополнительную стоимость и т. д.

Подробнее: Разница между металлами и неметаллами

Это все, что касается этой статьи, в которой объясняются определение, назначение, классификации, преимущества и недостатки термической обработки металлов. Я надеюсь, что вы многому научились из этого поста, если да, пожалуйста, поделитесь им с другими студентами. Спасибо за чтение, увидимся в следующий раз!

Введение в термообработку стали

Эта статья была обновлена 26 апреля 2023 г. Первоначально она была опубликована 12 октября 2018 г.

Термическая обработка позволяет инженерам и металлургам адаптировать свойства металлических деталей, чтобы они лучше подходили для конкретных применений. Но чтобы получить максимальную отдачу от этих термообработок, инженеры должны быть знакомы с их более тонкими деталями.

Но существует множество различных термических обработок, включая закалку, отпуск, старение, снятие напряжений и поверхностное упрочнение. Чтобы избежать путаницы, рассмотрим наиболее распространенные из них, многие из которых связаны со сталью.

Отжиг

В процессе отжига сталь нагревают до состояния равновесия (как определено ее фазовой диаграммой). Это изменяет физические свойства металла, такие как его твердость, но также могут быть локальные химические изменения, зависящие от фазовых переходов. Отжиг обычно проводят после механической обработки, такой как шлифование, и даже после других термообработок, таких как закалка.

Закалка и отпуск. При закалке сталь нагревают выше критической температуры и выдерживают до тех пор, пока микроструктура полностью не изменится на аустенитную фазу. Затем сталь подвергается закалке — процессу быстрого охлаждения стали путем помещения ее в воду, масло или раствор полимера, чтобы «заморозить» ее микроструктуру. Жидкость, используемая для закалки, определяет скорость охлаждения горячего металла, которая, в свою очередь, определяет, какой будет микроструктура стали после закалки. Диаграмма времени-температуры-преобразования металла (диаграмма ТТТ) предсказывает, будет ли полученная микроструктура мартенситной, бейнитной или перлитной.

Сталь после закалки становится чрезвычайно твердой и хрупкой, поэтому ее обычно подвергают еще одному этапу — отпуску, чтобы снизить твердость и повысить пластичность.

ПОДРОБНЕЕ: Наплавка для мягких сплавов

При отпуске сталь нагревается до точки ниже ее критической температуры, так что она сохраняет свою мартенситную структуру. Однако при достаточно длительном отпуске он превращается в смесь феррита и мелких карбидов; размер карбидов зависит от температуры отпуска. Температура и время отпуска точно контролируются, поскольку они определяют окончательную твердость металла. В целом закалка делает сталь более мягкой и пластичной. Но более низкие температуры отпуска позволяют стали сохранять твердость при снятии внутренних напряжений; более высокие температуры снижают твердость.

Детали, изготовленные из закаленной и отпущенной стали, могут иметь необходимую твердость и прочность в зависимости от области применения, для которой они предназначены. Затем детали могут быть обработаны до их окончательного состояния. Закалка и отпуск деформируют металл, поэтому перед окончательной обработкой детали всегда проходят обе обработки. Даже для деталей, которые подвергаются большему количеству процессов термообработки для изменения свойств поверхности, закалка и отпуск определяют основные свойства детали, такие как твердость, прочность и пластичность.

Снятие стресса. Снятие напряжения, этап отжига, следует за шлифованием, холодной обработкой, сваркой и окончательной обработкой. Это также делается после того, как металл был закален и отпущен до желаемой микроструктуры и прочности. Это означает, что необходимо уделять особое внимание тому, чтобы заготовки не подвергались отжигу (снятию напряжения) слишком близко к их температурам отпуска. Это предотвращает изменение ранее достигнутой твердости и микроструктуры.

Снятие напряжения устраняет внутренние дислокации или дефекты, делая металл более стабильным в размерах после окончательной обработки. Снятие напряжения не должно изменять физические свойства металла; изменения твердости и прочности на самом деле нежелательны.

Дисперсионное твердение. Дисперсионное твердение — это этап отжига (также известный как старение), который упрочняет металл. Он используется только для деталей, подвергнутых закалке. и представляют собой перенасыщенный раствор, что означает, что металл находится в неравновесном состоянии по отношению к присутствующим фазам.

В этих сплавах перенасыщенный мартенсит нагревают до температуры от 932° до 1022°F (от 500° до 550°C) и выдерживают от 1 до 4 часов. Это позволяет осадкам равномерно зарождаться и расти. В результате получается недеформированная сталь с высоким пределом текучести и растяжения с лучшими свойствами износа, чем до закалки.

Не все ферросплавы получают пользу от закалки. Однако превосходными кандидатами являются мартенситные нержавеющие стали, такие как 17-4, 15-5 и 13-8, а также мартенситно-стареющие стали. (Термин «стареющий» объединяет слова «мартенситный» и «старение».) Эти стали обладают превосходной прочностью и ударной вязкостью без потери ковкости, но они не могут хорошо удерживать режущую кромку.

Индукционная закалка. Индукционная закалка очень похожа на закалку, но с одним существенным отличием: индукционная закалка нагревается избирательно. Это связано с тем, что при индукционной закалке нагрев осуществляется магнитными катушками, разработанными в соответствии с геометрией детали. Это позволяет усилить защиту критически важных деталей, но не ядра. Вместо этого сердцевина сохраняет прочность и пластичность металла.

ПОДРОБНЕЕ: Преимущества азотирования и нитроцементации

Индукционная закалка может быть выполнена на сталях с содержанием углерода более 0,3 мас.%, а также на деталях с размерами и геометрией, для которых инженеры могут разработать подходящие индукционные катушки. Индукционная закалка также значительно сокращает время обработки, необходимое для закалки деталей, и снижает риск обезуглероживания. В отличие от традиционного нагрева и закалки, индукционная термообработка представляет собой поверхностно-ограниченную термообработку с глубиной закалки от 0,5 до 10 мм.

ПОДРОБНЕЕ: Предотвратите будущие повреждения с помощью надлежащей обработки поверхности

Цементация

Цементируемая термообработка, которая включает азотирование, нитроцементацию, цементацию и нитроцементацию, изменяет химический состав детали, в отличие от отжиг. Основное внимание уделяется свойствам поверхности и создает закаленные поверхностные слои толщиной от 0,01 до 0,25 дюйма, в зависимости от времени обработки и температуры. Увеличение толщины закаленного слоя обходится дороже из-за более длительного времени обработки, но увеличенный срок службы детали может быстро оправдать дополнительные затраты.

Науглероживание и нитроцементация. Науглероживание хорошо подходит для деталей, которые нуждаются в большем упрочнении поверхности для повышения износостойкости, но также нуждаются в более мягком сердечнике для прочности. Это высокотемпературный процесс от 1650° до 1740°F (от 900° до 950°C), который добавляет и диффундирует углерод в сталь. Эти температуры выше критической температуры стали, поэтому последующая закалка превращает богатую углеродом поверхность в твердый мартенсит, в то время как сердцевина остается более мягкой ферритной и/или перлитной структурой. Толщина закаленного слоя зависит от того, как долго детали выдерживают при температурах науглероживания.

Науглероживание делает твердые и долговечные детали из более дешевых легированных и низкоуглеродистых сталей, таких как 1008, 1018 и 8620. Для сплавов с содержанием углерода выше 0,3 мас.% обработка может иметь неприятные последствия, поскольку углерод в исходном сплаве в сочетании с дополнительным углеродом делает всю деталь твердой и хрупкой мартенситной. Не было бы более мягкого внутреннего ядра. Следует также отметить, что высокая температура процесса может деформировать детали.

Добавление азота, карбонитрирование, может повысить твердость сталей с низким содержанием углерода, в которых недостаточно легирующих элементов, способствующих упрочнению. Нитроцементация обычно выполняется при температурах несколько ниже, чем при цементации, поэтому детали не так сильно деформируются, но требуется больше времени, чтобы сделать одинаково толстые слои. Поверхности, созданные карбонитрированием, тоньше, но по сравнению с поверхностями, полученными путем науглероживания, они тверже и лучше противостоят высоким температурам обработки, например, при отпуске и снятии напряжений.

Азотирование и нитроцементация. Альтернативой высокотемпературной цементации и карбонитрации являются азотирование и нитроцементация. Они также создают упрочненные поверхностные слои и аналогичную износостойкость, но распространяют азот по всему поверхностному слою (а не углерод).

Типичные диапазоны температур для азотирования составляют от 840° до 1070°F (от 450° до 575°C), что является докритической температурой обработки. Это означает, что детали могут быть обработаны в их окончательном обработанном состоянии и практически не подвергаются деформации, поэтому требуется небольшая механическая обработка после азотирования. Более низкие температуры также сохраняют правильную микроструктуру сердцевины и физические свойства, модифицируя поверхностный слой для данного применения. Одна рекомендация при выборе азотирования: сообщайте специалисту по термообработке о любых температурах снятия напряжения, старения или отпуска, чтобы предотвратить изменение свойств сердцевины.

В отличие от науглероживания, которое ограничивается сталями с низким содержанием углерода, широкий спектр сплавов может быть нитридным с поверхностной твердостью от 600 до 1200 Hv. Но стальные сплавы, наиболее подходящие для азотирования, обычно содержат номинальное количество микролегирующих элементов: Cr, V, Ti, Al и Mo. Азотирование может значительно улучшить качество нержавеющих и инструментальных сталей, содержащих более (10 мас.%) хрома. Азотированные стали также могут иметь твердость поверхности значительно выше 70 HRC, что идеально подходит для долговременной износостойкости.

Азотирование не ограничивается только этими ферросплавами; низкоуглеродистые стали также могут быть закалены. В дополнение к созданию закаленной износостойкой поверхности азотирование также образует составную зону — богатые азотом слои, образующиеся на поверхности, которые являются твердыми, износостойкими (эквивалент> 60 HRC) и , устойчивыми к коррозии. Это позволяет рассматривать низкоуглеродистые и низколегированные стали для работы в суровых условиях.

Глубина закалки нитридных и нитроцементированных сплавов обычно составляет от 0,005 до 0,030 дюйма в зависимости от продолжительности процесса и температуры. Более глубокие затвердевшие слои требуют больше времени. Толщина зоны соединения может достигать 0,002 дюйма, и это зависит от азотируемого сплава, а также от времени и температуры. Глубина зоны также зависит от того, какой метод азотирования используется: газовый или ионный (плазменный).

Газовое азотирование использует крекинг-аммиак в качестве источника ионов азота и проводится под избыточным давлением. Он хорошо подходит для пакетной обработки больших объемов и обеспечивает получение однородных поверхностей на деталях с глубокими отверстиями или каналами. Газовое азотирование не рекомендуется для пористых деталей, поскольку поток газа через поры может вызвать сильное охрупчивание.

Ионное азотирование лучше всего подходит для селективного азотирования, поскольку оно позволяет изолировать детали от ионов (плазмы) для предотвращения азотирования. Это делается путем приложения разности электрических потенциалов между анодом и деталью (катодом) в вакууме. Эта разность потенциалов образует светящуюся пурпурную азотную плазму, которая выталкивает ионы азота на открытые поверхности детали.

Плазменное азотирование хорошо подходит для сплавов, таких как нержавеющая сталь, поскольку оно быстро разрушает пассивные оксидные поверхности. Как правило, стали с ионным азотированием имеют более тонкие зоны соединения, чем детали с газовым азотированием, из-за постоянного распыления плазмы. Но это может быть преимуществом для некоторых приложений, таких как зубчатые колеса, где контактные напряжения могут повредить поверхности со слишком большим количеством составных зон.

ПОДРОБНЕЕ: Процессы термообработки: Глоссарий

Нитроцементация обычно выполняется при температуре выше 1070°F (575°C) и используется источник углерода. Добавленный углерод образует более твердый и износостойкий слой. Он также может образовывать более толстые составные зоны, а слой более твердый и износостойкий, чем созданный с помощью азотирования.