Насыщение поверхностных

понент А в высокотемпературной модификации у. Ниже ?Эвг компонент Л находится в форме а, не растворяющей В, и при температурах ниже <„вт насыщение поверхности в результате диффузии В в А невозможно.

Диффузионное насыщение поверхности металлов производят из твердой фазы (при непосредственном контакте твердых защитных элементов с поверхностью насыщаемого металла), паровой фазы (при переносе защитных элементов в виде паров), газообразной фазы (при взаимодействии газовой фазы, содержащей наносимый элемент в виде химического соединения, с поверхностью насыщаемого металла) и жидкой фазы (при взаимодействии расплава соли, содержащей наносимый элемент, с поверхностью насыщаемого металла или при непосредственном контакте с нею расплавленного наносимого металла).

Насыщение поверхности стали кремнием называют силицирппанпем. Снлнцнронмпис придает стали высокую коррозионную стойкость в морской воде, и азотной, серной и соляной кислотах и несколько уиеличпиаег устойчивость против износа.

В последние годы насыщение металлами (например, хромом) проводя! путем испарения диффундирующего элемента в вакууме. Насыщение поверхности стального изделия двумя и большим числом компонентов (AI и Si, Cr и Si, В и А1 и др.) позволяет в ббльшей мере изменить свойства их поверхности. Многокомпонентное насыщение стали получило ограниченное применение. Ниже дана характеристика наиболее часто применяемых процессов диффузионной металлизации.

А литирование — насыщение поверхности стали алюминием. В результате алитпрования сталь приобретает высокую окалиностойкость (до 850—900 °С), так как в процессе нагрева на поверхности аллитированных изделий образуется плотная пленка окиси алюминия AI2O:j, предохраняющая металл от окисления. Алити-рованный слой обладает также хорошим сопротивлением коррозии в атмосфере и морской воде.

Хромирование — насыщение поверхности стальных изделий хромом. Этот процесс обеспечивает повышенную устойчивость стали против газовой коррозии (ока-ли нестойкость) — до 800 °С, высокую коррозионную стойкость в таких средах, как вода, морская вода и азотная кислота. Хромирование сталей, содержащих свыше 0,3—0,4 % С, повышает также твердость и износостойкость.

При диффузионной металлизации сталь может насыщаться и другими металлами. Так, применяется насыщение поверхности стали Be (бериллизация). Бериллизованный слой характеризуется большой твердостью и высокой жаростойкостью. Кроме того, известны тита-нирование (ТЛ), цинкование (Zn), ниобирование (Mb), молибденирование (Мо), ванадирование (V), вольфрамирование (W), цирконирование (Zr) и др.

цементация — насыщение поверхности стальных деталей углеродом на глубину 0,8 ... 1,5 мм с целью получения после отпуска повышенной твердости поверхностного слоя, износостойкости и сопротивления усталости;

БОРЙРОВАНИЕ — насыщение поверхности изделий из стали и нек-рых др. металлов бором для повышения твёрдости (до 1400 HV), теплостойкости, износостойкости и коррозионной стойкости. Б. применяют при изготовлении втулок грязевых насосов, штампов, пресс-форм и др.

риллия при 1000—1200° С в течение шести часов. Анализ кривых показывает, что они удовлетворительно описываются параболической временной зависимостью. Это свидетельствует о том, что в условиях проведения термического отжига насыщение поверхности образцов определяется процессом диффузии компонентов через реакционный слой, а равновесная концентрация на фазовых границах слоя устанавливается в течение первого часа отжига. Исключением является начальная стадия бериллирования вольфрама при 1000 и 1050° С, когда рост слоя определяется не диффузией, а по-видимому, скоростью реакции образования интер-металлидной фазы. Появление высших бериллидов не вызывает изменений кинетической кривой насыщения. Однако на вольфраме

Положительное влияние фреттинг-коррозии показывает диффузионное насыщение поверхности детали хромом, бромом и ванадием и комплексно бором и медью, хромом и углеродом [48]. Это объясняется высокой твердостью и износостойкостью диффузионных слоев.

Исследованиями окалиностойкости молибдена, вольфрама, ниобия, тантала, хрома установлено, что молибден окисляется в шесть раз интенсивнее, чем вольфрам, а вольфрам в три раза быстрее, чем ниобий и тантал (рис. 394). Столь высокие скорости окисления молибдена и вольфрама объясняются низкой температурой плавления окислов МоО3 и WO3 (795° для МоО3). Окислы Nb2O5 и Та2О5 устойчивы до 1370°С. Однако в результате большой растворимости кислорода в ниобии и тантале происходит значительное насыщение поверхностных слоев кислородом и вследствие этого существенное изменение свойств металла.

Нитроцементация — насыщение поверхностных слоев углеродом и азотом в газовой среде с последующей закалкой — обеспечивает им высокую прочность, износостойкость и сопротивление заеданиям. Нитроцементация обладает достаточно высокой скоростью протекания процесса — порядка 0,1 мм/ч и выше; она получает все более широкое распространение. В связи с малыми деформациями она позволяет во многих случаях обойтись без последующего шлифования. При необходимости минимальных деформаций применяется низкотемпературная Нитроцементация. Содержание азота в поверхностном слое позволяет применение менее легированных сталей, чем при цементации, а именно 18ХГТ, 25ХГТ, 40Х и др.

На повышение износостойкости влияет насыщение поверхностных слоев элементами, образующими высокотвердые соединения карбидов, нитридов, боридов металлов, а также способность более мягких структур (аустенит) удерживать высокотвердые кристаллы в поверхностном слое и упрочняться в процессе деформирования при трении (например, высоколегированные стали аустенитного класса).

Химико-термическая обработка. При химико-термической обработке изменяется химический состав поверхностных сдоев деталей, что позволяет получить мелкозернистую структуру, высокую твердость, прочность и износостойкость деталей. Существует ряд способов такой обработки: цементация -насыщение поверхностных слоев стали углеродом; азотирование— насыщение азотом; цианирование — одновременное насыщение углеродом и азотом; борированне-насыщение бором и др. Глубина насыщения невелика, обычно ОД—1 мм.

МЕТАЛЛИЗАЦИЯ — 1) М. распылением — покрытие изделий из различных материалов тонким слоем металла распылением его в расплавленном виде спец. аппаратами (с помощью сжатого воздуха). Производится в декоративных целях (М. металлич., дерев, и др. изделий), для исправления пороков поверхности металлич. изделий, повышения их износостойкости или корроз. стойкости. 2) М. диффузионная — насыщение поверхностных слоев металлич. изделий (гл. обр. стальных) различными элементами, преим. металлами (алюминием, хромом, цинком, бериллием, бором, кремнием и др.), путём диффузии их из внеш. среды при высокой темп-ре. Осн. цель — повышение жароупорности, корроз. стойкости, кислотоупорности, твёрдости, износостойкости изделий.

ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА металлов — тепловая обработка металлов в химически активной среде для изменения хим. состава, структуры и св-в поверхностного слоя металлич. изделия. Широко применяется Х.-т. о. стали: насыщение поверхностных слоев углеродом (цементация), азотом (азотирование), углеродом и азотом (цианирование), алюминием (алитирование), хромом (хромирование), кремнием (силицирование) и т. п.

К термодиффузионным способам можно отнести известные разновидности химико-термической обработки — цементацию, азотирование, цианирование и относительно новые — ионное азотирование и карбонитрацию. Общая черта этих процессов — насыщение поверхностных слоев деталей и инструмента различными элементами за счет диффузии из окружающей среды при повышенных температурах с образованием насыщенных твердых растворов и износостойких химических соединений диффундируемого элемента с основным компонентом сплава.

Результаты исследований показали, что ЗТВ у всех сталей состоит из двух слоев. Первый слой представляет собой светлую нетравящуюся полосу (белый слой), наблюдаемую и при других видах высокоскоростного локального нагрева (электронно-лучевого, электроискрового и др.). Некоторые исследователи [4] высказывают предположение о том, что одной из причин образования нетравящихся белых слоев может быть высокотемпературное насыщение поверхностных слоев стали азотом воздуха. Микротвердость этого слоя значительно выше микротвердости исходного материала.

высокопрочной стали, проводимом при низких темп-pax и незначит. выдержках. Для предотвращения охрупчивания поверхностных слоев при термич. обработке необходимо строго регламентировать состав ванн для таких операций, как светлая закалка, светлый отпуск и др., совершающихся в солевых ваннах сложного состава. Раскисление солевых закалочных ванн добавками желе-зосинеродистого калия приводит к резкому охрупчиванию, так как при этом происходит насыщение поверхностных слоев углеродом и особенно азотом с повышением твердости после закалки до 700 кг/мм?. К охрупчиванию и значительному снижению Н. могут приводить и такиетех-нологич. операции, как кислотное травление и обезжиривание. При обеспечении Н. материала в паяных соединениях следует иметь в виду, что припой в твердом состоянии оказывает, как правило, незначительное влияние на прочность и пластичность, и следовательно на Н.; однако в процессе пайки, когда имеется контакт с расплавленным припоем паяемых заготовок, имеющих высокие остаточные напря-

Цементация Насыщение поверхностных слоев стальных изделий углеродом на заданную глубину. Применяется для деталей, у которых требуются твердая поверхность и вязкая сердцевина. В зависимости от вида карбюризатора различают твердую, жидкостную и газовую цементацию

Опыт показывает, что физико-механические свойства материалов иногда существенно зависят от методов и условий их определения, Так, например, твердость по Бринеллю может зависеть от размера применяемого для испытаний шарика, прилагаемой нагрузки и других факторов. Прочностные характеристики зависят от формы и размеров применяемых образцов, динамики приложения нагрузки и скорости деформирования. Коэффициент трения и износ зависят от большого числа факторов (давления, скорости скольжения, температуры и др.). Поглощение жидких сред (воды, масла, бензина) может зависеть от размеров образца. Например, большой по размерам образец не сможет равномерно пропитаться жидкостью по всему объему, произойдет в основном насыщение поверхностных слоев. Поэтому поглощающая способность большого образца будет меньше такой способности маленького образца. На тепловую усадку будет влиять режим термообработки.