Организационно-правовые формы автотранспортных предприятий

3. Защита участков, не  подлежащих азотированию, тонким слоем олова

4. Азотирование.

5. Окончательное шлифование  или доводка изделия.

Длительность процесса зависит от требуемой толщины  азотированного слоя. Чем выше температура  азотирования, тем ниже твердость  азотированного слоя и больше толщина  слоя. Снижение твердости азотированного слоя связано с коагуляцией нитридов легирующих элементов. Обычно при азотировании желательно иметь слой толщиной 0,3-0,6 мм. Процесс азотирования при 500-520 °С в этом случае является продолжительным и составляет 24-60 ч.

 

10.3. Цианирование

 

Цианированием называют процесс диффузионного насыщения  поверхностного слоя стали одновременно углеродом и азотом при температуре 820-950 °С в расплавленных солях, содержащих группу NaCN.

Среднетемпературное цианирование. В этом процессе изделие нагревают до 820-860 °С в расплавленных солях, содержащих NaCN. Для получения слоя небольшой толщины (0,15-0,35 мм) процесс ведут при температуре 820-860. Продолжительность процесса обусловлена требуемой толщиной слоя и составляет 30-90 мин.

После закалки следует  низкотемпературный отпуск (180-200 °С). Твердость цианированного слоя после термической обработки HRC 58-62. Цианированный слой по сравнению с цементованным обладает более высокой износостойкостью и эффективно повышает предел выносливости. Этот вид цианирования применяют для упрочнения мелких деталей.

Высокотемпературное цианирование. Для получения слоя большей толщины (0,5-2,0 мм) применяют высокотемпературное или глубокое цианирование при 930-950°С. Время выдержки составляет 1,5-6 ч.

После высокотемпературного цианирования детали охлаждают на воздухе, а затем для измельчения зерна закаливают с нагревом в соляной ванне или печи и подвергают низкотемпературному отпуску.

Процесс цианирования по сравнению с процессом цементации требует меньшего времени для получения слоя заданной толщины, характеризуется значительно меньшими деформациями и короблением деталей сложной формы и более высоким сопротивлением износу и коррозии.

Недостатком цианирования является высокая стоимость, ядовитость цианистых солей и необходимость в связи с этим принятия специальных мер по охране труда.

 

10.4. Нитроцементация

 

Нитроцементацией  называют процесс диффузионного  насыщения поверхностного слоя стали одновременно углеродом и азотом при температуре 840-860 °С в газовой среде, состоящей из науглероживающего газа и аммиака. Продолжительность процесса 4-10 ч. Основное назначение нитроцемеитации - повышение твердости, износостойкости и предела выносливости стальных деталей.

После нитроцементации следует закалка непосредственно из печи, реже после повторного нагрева применяют и ступенчатую закалку. После закалки проводят отпуск при 160-180°С.

Твердость слоя после  закалки и низкого отпуска 58-60 HRC, 570-690 HV. тали.

Толщина нитроцементованного слоя составляет обычно 200- 800 мкм. Она не должна превышать 1000 мкм. При большей толщине появляются дефекты, снижающие механические свойства стали.

Нитроцементации обычно подвергают детали сложной конфигурации, склонные к короблению. Нитроцементация имеет следующие преимущества по сравнению с газовой цементацией. Процесс происходит при более низкой температуре (840- 860 °С вместо 910-930 °С); толщина слоя меньше; получаются меньшие деформации и коробление деталей; повышается сопротивление износу и коррозии.

 

10.5. Борирование

 

Борированием  называют химико-термическую обработку, заключающуюся в диффузионном насыщении поверхностного слоя стали бором при нагреве в соответствующей среде. Борирование чаще выполняют при электролизе расплавленной буры (Na₂B₄O₇). Изделие служит катодом. Температура насыщения 930-950 °С, выдержка 2-6 ч. Процесс можно вести и без электролиза. В этом случае насыщение ведут при температуре 850- 900 °С.

Диффузионный слой состоит  из боридов FeB и Fe₂B. Толщина слоя 0,1-0,2 мм. борированный слой обладает высокой твердостью (1800-2000 HV), износостойкостью (главным образом, абразивной), коррозионной стойкостью, окалиностойкостью (до 800 °С) и теплостойкостью.

Борирование применяют  для повышения износостойкости  втулок нефтяных насосов, вытяжных, гибочных и формовочных штампов, деталей пресс-форм и машин для литья под давлением. Стойкость указанных деталей после борирования возрастает в 2-10 раз.

 

10.6. Силицирование

 

Насыщение поверхности  стали кремнием называют силицированием. Силицирование придает стали высокую коррозионную стойкость в морской воде, в азотной, серной и соляной кислотах и несколько увеличивает устойчивость против износа.

Силицированный слой является твердым раствором кремния  в a-железе. Силицированный слой отличается повышенной пористостью, толщина его 300-1000 мкм. Несмотря на низкую твердость 200- 300 HV, Силицированный слой обладает высокой износостойкостью после предварительной пропитки маслом при 170-200 °С.

Силицированию подвергают детали, используемые в оборудовании химической, бумажной и нефтяной промышленности (валики насосов, трубопроводы, арматура, гайки, болты и т. д.). Силицирование широко применяют для повышения сопротивления окислению при высоких температурах сплавов молибдена.

 

10.7. Диффузионное насыщение металлами

 

Поверхностное насыщение стали алюминием, хромом, цинком и другими элементами называют диффузионным насыщением металлами. Изделие, поверхность которого обогащена этими элементами, приобретает ценные свойства, к числу которых относятся высокая жаростойкость, коррозионная стойкость, повышенная износостойкость и твердость.

В зависимости от метода переноса диффузионного элемента на насыщаемую поверхность различают следующие основные способы диффузионного насыщения металлами: 1) погружение в расплавленный металл, если диффундирующий элемент имеет низкую температуру плавления (например, алюминий, цинк); 2) насыщение из расплавленных солей, содержащих диффундирующий элемент (с электролизом и без электролиза); 3) насыщение из сублимированной фазы путем испарения диффундирующего элемента; 4) насыщение из газовой фазы (контактным и неконтактным методом).

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

Алитирование - насыщение поверхности стали алюминием. В результате алитирования сталь приобретает высокую окалиностойкость (до 850-900 °С), так как в процессе нагрева на поверхности алитированных изделий образуется плотная пленка окиси алюминия Аl₂O₃, предохраняющая металл от окисления. Алитированный слой обладает также хорошим сопротивлением коррозии в атмосфере и морской воде.

Толщина слоя 200-1000 мкм. Твердость  алитированного слоя (на поверхности) до 500 HV, износостойкость низкая. Алитированию подвергают топливники газогенераторных машин, чехлы термопар, детали разливочных ковшей, клапаны и другие детали, работающие при высоких температурах.

Хромирование - насыщение поверхности стальных изделий хромом. Этот процесс обеспечивает повышенную устойчивость стали к газовой коррозии (окалиностойкость) при температуре 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.

Твердость слоя, полученного хромированием железа, 250-300 HV, а хромированием стали - 1200-1300 HV.

Хромирование используют для деталей паросилового оборудования, пароводяной арматуры, клапанов, вентилей, патрубков, а также деталей, работающих на износ в агрессивных средах.

11. ЛЕГИРОВАННЫЕ СТАЛИ И СПЛАВЫ

 

11.1. Влияние легирующих элементов

 

Прежде всего необходимо определить, что называется легированной сталью и легирующим элементом.

В соответствии с классификацией, все примеси (химические элементы), содержащиеся в стали, можно разделить на четыре группы:

1. Постоянные или обыкновенные  примеси. К этой группе относятся  марганец и кремний, а также алюминий и титан, которые как кремний и марганец, применяются в качестве раскислителей, эти элементы присутствуют в любой хорошо раскисленной стали (в кипящей стали содержание кремния, алюминия и титана очень невелико), потому что введение их в металл необходимо при производстве стали; к постоянным (обыкновенным) примесям следует отнести серу и фосфор, потому что полностью освободиться от них при массовом производстве стали невозможно. Содержание этих элементов находится в спокойной стали обычно в пределах: 0,3-0,7 % Мn; 0,2-0,4 % Si; 0,01-0,02 % Аl; 0,01 - 0,05 % Р и 0,01-0,04 % S; 0,01-0,02 % Ti.

2. Скрытые примеси.  Это кислород, водород и азот, присутствующие в любой стали в очень малых количествах. Методы их химического определения сложны, поэтому содержание этих элементов в обычных технических условиях не указывается.

3. Случайные примеси.  К этой группе относятся примеси,  попадающие в сталь из шихтовых материалов или вследствие каких-либо случайных причин.

Так, уральские руды содержат небольшое количество меди, и она  попадает в сталь, выплавленную из этих руд. Сталь, выплавленная из керченских руд, имеет мышьяк, так как эти руды содержат мышьяк. Переплавка луженого, оцинкованного и другого скрапа приводит к тому, что в металл попадают олово, цинк, сурьма, свинец и т. д.

Стали, выплавленные на так  называемой первородной шихте без  использования скрапа (лома), основного источника загрязнения, не содержат случайных примесей. Они также очень чистые по сере и фосфору.

4. Легирующие элементы. Элементы, специально вводимые в  сталь в определенных концентрациях с целью изменения ее строения и свойств, называются легирующими элементами (от греческого слова «лега»-сложное).

В связи с этим стали, в которые для получения требуемых  свойств специально вводят легирующие элементы, называют легированными сталями (легированные стали иногда называют специальными).

Примеси первых трех групп  в той или иной степени неизбежное следствие технологического процесса производства стали и естественно, что в указанных концентрациях их нельзя рассматривать как легирующие элементы, а стали, содержащие эти экс-при-меси, но в больших количествах, следует относить к легированным сталям.

Например, сталь, содержащая всего 0,05-0,1 % ванадия (V) или 0,1 % титана (Ti) считается легированной ванадиевой или титановой сталью, поскольку эти элементы специально вводили в сталь для получения требуемых свойств. При наличии элементов в количестве примерно 0,1 % такое легирование называется микролегированием.

Для получения в стали  более 0,7 % Мп последний следует вводить  в нее в количествах сверх  требуемого по технологии выплавки. Поэтому, например, сталь с 1,0 % Мп является уже  легированной марганцовистой сталью, а марганец такой концентрации считается легирующим элементом.

 

11.2. Распределение легирующих элементов в стали

 

В промышленных легированных сталях, которые являются многокомпонентными системами, легирующие элементы могут находиться:

а) в свободном состоянии;

б) в форме интерметаллических соединений с железом или между  собой;

в) в виде оксидов, сульфидов  и других неметаллических включений;

г) в карбидной фазе - в виде раствора в цементите  или в виде самостоятельных соединений с углеродом - специальных карбидов;

д) в форме раствора в железе.

Рассмотрим перечисленные  возможности.

1. Свинец, серебро, медь не образуют соединений с железом; кроме того, серебро и свинец нерастворимы в твердом железе, а растворимость меди составляет примерно 1 %. Поэтому при наличии в стали даже весьма малых количеств свинца, серебра или меди (меди выше 1 %) они будут находиться в свободном состоянии в виде металлических включений. Стали, легированные серебром, а также медью при содержании ее более 1 %, применения не имеют. Следовательно, случай, когда легирующий элемент присутствует в стали в свободном состоянии, встречается весьма редко и подробного рассмотрения не заслуживает.

2. Образовывать интерметаллические соединения могут большинство применяемых легирующих элементов. Однако эти соединения образуются лишь при таких содержаниях легирующих элементов, которые практически не встречаются в обычных промышленных сталях. Поэтому можно считать, что в обычных массовых сталях интерметаллические соединения легирующих элементов не встречаются.

В высоколегированных сталях и сплавах образуются интерметаллические соединения, что имеет большое значение для этих сплавов.

3. Образовывать оксиды и другие неметаллические соединения могут многие элементы, имеющие большее сродство к кислороду, чем железо. Поэтому в процессе производства стали такие элементы, введенные в последний момент плавки, раскисляют сталь, отнимая кислород у железа.