Химико-термическая обработка стали, металлов и сплавов

Химико-термическая обработка

Химико-термическая обработка металлов подразумевает процедуру, которая заключается в изменении структуры металла. Фактически такая обработка проводится путем нагрева до нужной температуры и выдерживания деталей в специально подготовленных химических растворах. Подобный процесс осуществляется для того, чтобы насытить слои металлических заготовок необходимыми химическими компонентами.

В целом, химико-термическая обработка стали направлена на улучшение твердости, коррозионной устойчивости, а также стойкости к износу различных деталей. Она более привлекательна по отношению к прочим технологиям благодаря тому, что при увеличении прочности деталей наблюдается не столь существенное снижение пластичности.

Основными параметрами химико-термической обработки деталей является температура процесса, а также продолжительность выдержки. Варьируя их, можно получать разные результаты.

Особенности процесса

Особенность подобного процесса заключается в том, что при его проведении может применяться насыщение как одним компонентом, так и несколькими. При однокомпонентном насыщении используется только хром, углерод, бор или другой активный компонент.

В случае же многокомпонентной обработки может применяться сочетание различных элементов, к примеру бор и алюминий (такой процесс называют боролитирование). Также используются другие пары веществ. Стоит отметить, что в промышленности обычно применяется однокомпонентное насыщение.

После того, как будет совершена химико-термическая обработка, появится диффузионный слой. Под этим необходимо понимать изменение структуры и химического состава материалов, а также свойств наружного слоя и фаз элемента. Изменения диффузионного слоя зависят от состава компонентов.

Разновидности

Химико-термическая обработка деталей может осуществляться различными способами:.    Азотирование. В этом случае детали обогащаются азотом, что приводит к повышению их усталостной прочности, а также устойчивости к появлению коррозии.

1. Алитирование. Данный процесс подразумевает обработку алюминием. Его цель ‒ придание изделиям повышенной стойкости к разнообразным газам.
2. Цементация. Процедура происходит путем обогащения деталей углеродом. В результате этого изделия приобретают твердую оболочку с сохранением мягкой середины.
3. Борирование.

   Как нетрудно догадаться из названия, в этом случае стальные или другие детали подвергают воздействию бором. В результате проведения подобной процедуры поверхность изделий становится более стойкой к разнообразным средам, что также приводит к увеличению их долговечности.

4. Хромирование. Детали проходят насыщение хромом.

   Подобная химико-термическая обработка способна придать им устойчивость к преждевременному износу, появлению коррозии и окалины.

Преимущества процесса

Химико-термическая обработка материалов имеет ряд важных преимуществ, наиболее существенными из которых являются:

• высокий темп насыщения металлов;
• обеспечение равномерного распределения температуры во время обработки;
• низкий уровень термонапряжения;
• во время данного процесса практически полностью исключаются деформации.

Данный вид обработки привлекателен еще и потому, что подходит для большого количества разнообразных металлов. Подобная процедура нашла широкое распространение для придания прочности шестерням.

При заказе услуги у нас, Вы можете быть уверены в том, что химико-термическая обработка будет строго контролироваться на каждом этапе. Каждому клиенту при обращении к нам предоставляется индивидуальный подход.

Выполняем следующие виды работ: 

• Замер твердости материалов и изделий по заявке Заказчика Цена 200,00 руб./один замер 

• Определение марки материала и количество содержания химических элементов в сталях при помощи оптического спектрометра «Минилаб СЛ». Результат анализа материала считается информационным и не является основанием для решения спорных вопросов через арбитраж. 

Цена 800,00 руб./один образец 

— Минимальный размер оплаты при поставке деталей на термообработку из одной марки стали: 

• до 55 кг ( закалка+отпуск ) Цена 1500,0 

• до 20 кг ( цементация+закалка ) Цена 1500,0

Также, Вы можете заказать бесплатный обратный звонок и наш менеджер ответит на все интересующие вопросы.

Применение

ХТО применяют с целью:

• поверхностного упрочнения металлов и сплавов (повышения твердости, износостойкости, усталостной и коррозионно-усталостной прочности, сопротивления кавитации и т.д.);
• сопротивления химической и электрохимической коррозии в различных агрессивных средах при комнатной и повышенных температурах;
• придания изделиям требуемых физических свойств (электрических, магнитных, тепловых и т.д.);
• придания изделиям соответствующего декоративного вида (преимущественно с целью окрашивания изделий в различные цвета);
• облегчения технологических операций обработки металлов (давлением, резанием и др.).

Требуемые свойства диффузионных (поверхностных) слоев могут формироваться как в процессе химико-термической обработки (азотирование, хромирование, борирование и др.), так и при последующей термообработке (цементация, нитроцементация).

Ссылки

• Лексика.РУ – Морской словарь, ЦЕМЕНТАЦИЯ (рус.) . Архивировано из первоисточника 13 февраля 2012.
• Лексика.РУ – Технический железнодорожный словарь, ЦЕМЕНТАЦИЯ (рус.) . Архивировано из первоисточника 13 февраля 2012.
• Энциклопедия “Производство Труб” – Глоссарий (рус.) .

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое “Цементация стали” в других словарях:

Цементация стали — Цементация стали, разновидность химико термической обработки, заключающаяся в диффузионном насыщении поверхностного слоя изделий из низкоуглеродистой стали (0,1‒0,2% С) углеродом при нагреве в соответствующей среде. Цель Ц. ‒ повышение твёрдости… … Большая советская энциклопедия

ЦЕМЕНТАЦИЯ — стали химико термическая обработка диффузионное насыщение поверхности стальных изделий углеродом для повышения твердости, износостойкости и предела прочности. После цементации изделия подвергают закалке на мартенсит с последующим отпуском … Большой Энциклопедический словарь

ЦЕМЕНТАЦИЯ — лат., от caementum, цемент. Прокаливание вещества вместе с другим в плотно закрытых тиглях. Объяснение 25000 иностранных слов, вошедших в употребление в русский язык, с означением их корней. Михельсон А.Д., 1865. ЦЕМЕНТАЦИЯ превращение железа в… … Словарь иностранных слов русского языка

ЦЕМЕНТАЦИЯ — ЦЕМЕНТАЦИЯ, цементации, мн. нет, жен. 1. Покрытие, заполнение (скважин, трещин и т.п.) цементом для укрепления (тех.). Цементация горных пород в шахтах. Цементация скважин. 2. Насыщение поверхности мягкой стали или железа углеродом для создания… … Толковый словарь Ушакова

ЦЕМЕНТАЦИЯ — ЦЕМЕНТАЦИЯ, и, жен. 1. см. цементировать. 2. Насыщение поверхностных слоёв стали или железа углеродом для создания твёрдого поверхностного слоя (спец.). 3. Геологический процесс сцепления составных частей горных пород растворёнными минеральными… … Толковый словарь Ожегова

ЦЕМЕНТАЦИЯ (химико-термическая обработка) — ЦЕМЕНТАЦИЯ стали, химико термическая обработка диффузионное насыщение поверхности стальных изделий углеродом для повышения твердости, износостойкости и предела прочности. После цементации изделия подвергают закалке на мартенсит с последующим… … Энциклопедический словарь

ЦЕМЕНТАЦИЯ — насыщение поверхностного слоя мягкой стали углеродом для придания ей высокой поверхностной твердости с сохранением вязкой сердцевины. В броне Ц. подвергается только наружная поверхность. Самойлов К. И. Морской словарь. М. Л.: Государственное… … Морской словарь

ЦЕМЕНТАЦИЯ — 1) процесс насыщения углеродом поверхностного слоя изделий из железа или мягкой стали. Ц. дает возможность получить большую твердость на поверхности изделия с сохранением его мягкой нехрупкой середины. Производится Ц. путем нагревания изделия… … Технический железнодорожный словарь

ЦЕМЕНТАЦИЯ ЖЕЛЕЗА — свойство железа под влиянием высокой температуры, в присутствии веществ, содержащих углерод, соединяться с этим последним и таким образом приближаться по содержанию углерода к стали. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка.… … Словарь иностранных слов русского языка

ЦЕМЕНТАЦИЯ — (1) в цветной металлургии гидрометаллургический процесс извлечения металлов из растворов хим. восстановлением более электроотрицательными металлами. Применяется для извлечения меди, серебра, золота и др.; (2) Ц. стали химико термическое насыщение … Большая политехническая энциклопедия

Информация о файле

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

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-

31.Азотирование стали, его назначение, технология, область применения, структура диффузионного слоя.

Азотирование
стали – ХТО, заключающаяся в диффузионном
насыщении поверхностного слоя стали
азотом при нагревании в соответствующей
среде. Твердость азотированного слоя
стали выше, чем цементованного, и
сохраняется при нагреве до высоких
температур (450–500 °C), тогда как
твердость цементованного слоя, имеющего
мартенситную структуру, сохраняется
до 200–225 °C. Азотирование чаще проводят
при 500–600 °C.

Назначение
азотирования

• Упрочнение поверхности

• Защита от коррозии

• Повышение усталостной
  прочности

32.
Конструкционная легированная сталь,
её назначение, классификация, особенности
состава и термической обработки каждой
группы конструкционной стали –
цементируемой, улучшаемой, пружинно-рессорной,
шарикоподшипниковой и азотируемой.

(Низко-,
средне-, высокоуглеродистые; низко-,
среднелегированные; ТО-по назначению)

1)Цементируемые

(сталь
низкоуглеродистая; цементация + закалка
+ низкий отпуск)

2)Улучшаемые

(среднеуглеродистая;
закалка + высокий отпуск)

3)Пружинно-рессорные

(высокоуглеродистая;
Мn-Г
и Si-С
– легирование; ТО: закалка + средний
отпуск)

4)Сталь
для азотирования

(среднеуглеродистая;
Аl-Ю
– легирование; ТО: улучшение + азотирование)

5)Шарикоподшипниковые

(ТО:
Отжиг + закалка + отпуск)

33.Инструментальная
легированная сталь, её классификация,
особенности состава и термической
обработки каждой группы.

(высокоуглеродистые;
низко-, средне-; высоколегированные; ТО:
закалка + низкий отпуск)

1)Сталь
для мерительного инструмента и режущего

(+
Cr-Х)

2)Быстро-режущая
сталь

((+
Сr-Х;
+W)
закалка + 3 средних отпуска)

3)Штамповый
инструмент

((Cr,
W,
V)
для холодных штампов; для горячих
штампов)

34.
Алюминий и сплавы алюминия, их
классификация, свойства, применение.

Дюралюминий
– деформируемый сплав алюминия (для
производства проката и поковок).

Силумины
– литейные сплавы алюминия
(для
производства отливок).

Большинство 
алюминиевых сплавов  имеют худшую
электро- и теплопроводность, 
коррозионную стойкость и свариваемость
по сравнению с чистым алюминием.

За
счет того, что предел текучести сплавов
в несколько раз превышает предел
текучести чистого алюминия, алюминиевые
сплавы уже могут использоваться в
качестве конструкционного материала
с разным уровнем нагрузок (в зависимости
от марки сплава и его состояния).

Из
алюминиевых сплавов изготовляют корпусы
судов, палубные надстройки, коммуникацию
и различного рода судовое оборудование.

Основное преимущество при внедрении
алюминия и его сплавов по сравнению со
сталью — снижение массы судов, которая
может достигать 50 … 60 %. В результате
представляется возможность повысить
грузоподъемность судна или улучшить
его тактико-технические характеристики
(маневренность, скорость и т.д.).

Какие стали азотируются

Для азотирования применяются как углеродистые стали, так и легированные, в которых доля углерода 0,3-0,5%. Наилучший результат можно получить при использовании стали с легирующими металлами, которые образуют наиболее термостойкие и твердые нитриды. Так, наиболее результативен процесс азотирования для легированных сталей, которые имеют в своем составе алюминий, молибден, хром и подобные металлы. Стали с таким составом называют нитраллоями. Молибден, в частности, предупреждает отпускную хрупкость, вызванную медленным остыванием стали после процесса насыщения азотом. Характеристики стали после азотирования:

• Твердость углеродистой стали — HV 200-250 ;
• Легированной — HV 600-800;
• Нитраллоев до HV 1200 и даже выше.

Одновременно с тем, как твердость посредством легирующих составных становится выше, толщина азотированного слоя – ниже. Наиболее тонкий слой образуют стали с элементами хрома, вольфрама, никеля, молибдена.

Рекомендованные марки стали

Применение той или иной марки стали зависит от последующей эксплуатации металлического элемента. Рекомендованные марки для азотирования в зависимости от назначения изделий:

• При необходимости получения деталей с высокой поверхностной твердостью – марка стали 38Х2МЮА. Стоит отметить, что в ней содержится алюминий, который приводит к низкой деформационной стойкости изделия. Тогда как применение марок, не содержащих алюминия, значительно снижает твердость поверхности и ее износостойкость, хотя дает возможность создания более сложных конструкций;
• Для станкостроения применяют улучшаемые легированный стали марки 40Х, 40ХФА ;
• Для деталей, подвергающихся циклическим нагрузками на изгиб – марка стали 30Х3М, 38ХГМ, 38ХНМФА, 38ХН3МА;
• Для топливных агрегатов, детали которых должны быть изготовлены с высокой точностью – марка стали 30Х3МФ1 . Для получения более высокой твердости азотонасыщенного слоя, эту марку стали легируют кремнием.

Особенности термической обработки быстрорежущих сталей

Для увеличения эксплуатационных качеств быстрорежущей стали могут применяться стандартные методы обработки. Однако при этом учитывается состав металла. Примером назовем то, что процесс закалки предусматривает нагрев среды до температуры, которая позволяет обеспечить условия для растворения различных примесей и добавок.

Для уменьшения показателя аустенита в структуре могут применяться две технологии:

1. Для повышения качества термической обработки нагрев проводится в несколько этапов. При этом выдержка проводится при определенной температуре, а также проводится многократный отпуск.
2. Отпуск подразумевает охлаждение заготовки до низкой температуры, которая часто составляет — 800 градусов Цельсия.
3. Закалка должна проводится при достаточно высокой температуре, так как только в этом случае происходит полное перестроение кристаллической решетки.
4. Для охлаждения используется самая различная среда. Примером назовем применение масла иди соляных ванн. Обычная вода становится причиной появления самых различных дефектов, к примеру, трещин или окалин. После этого приходится выполнять дополнительную обработку для удаления дефектов.

Микроструктура быстрорежущей стали Р6М5: а) литое состояние; б) после ковки и отжига; в) после закалки; г) после отпуска

Кроме этого улучшение характеристик проводится следующим образом:

1. Проводится насыщение поверхностного слоя цинком. Для того чтобы оказать требуемое воздействие на поверхность подобная операция предусматривает нагрев поверхности до 5600 градусов Цельсия. Выдержка может проходить в течение от 5 до 30 минут.
2. Также может происходить насыщение поверхности азотом. Чаще всего подобная процедура проводится в газовой среде. Выдерживается заготовка или деталь в течении 10-40 минут, температура нагрева варьирует в пределе 550-6600 градусов Цельсия.
3. В некоторых случаях химический состав металла изменяется путем сульфидирования поверхности. Подобным образом можно повысить твердость и прочность поверхности.
4. В качестве дополнительной обработки на поверхность напыляется различный материал. За счет этого существенно изменяются эксплуатационные качества инструмента или детали.

Сегодня часто встречается ситуация, когда поверхность обрабатывается паром, что позволяет существенно повысить характеристики поверхностного слоя. Зачастую дополнительная обработка проводится в случае, когда режущая кромка была полностью подготовлена.

Укладка керамики на гипсокартон

Когда подготовка гипсокартонного основания выполнена правильно, технология укладки плитки на ГКЛ, за исключением некоторых моментов, не отличается от отделки другого основания.

Учитывая, что гипсокартон, даже влагостойкий (ГКЛВ), не является водостойким отделочным материалом, при укладке плитки на гипс нужно использовать влагостойкие плиточный клей и затирку, чтобы защитить ГКЛ от возможного прямого контакта с водой через поры раствора при повседневном уходе за керамической поверхностью, особенно частом на кухне.

Опорную рейку под начальный ряд плитки следует крепить к материалу каркаса саморезом по металлу или к стене саморезом по бетону.

Прежде чем начать класть керамическую плитку на гипсокартон, рассчитайте кафель по ширине

Классификация среды в которой проходит цементация стали

Обогащение стали углеродом и изменение атомной решетки металла может проводиться в разной среде:

• твердой;
• газообразной;
• жидкой;
• электролитическом растворе.

Также возможно проведение цементирования с помощью паст.

Каждый из способов обработки требует отдельного рассмотрения, так как обладает своими особенностями.

Цементация с использованием твердой среды

Чтобы обработка прошла успешно, необходимо использовать твёрдый карбюризатор. На производстве для этого используют смесь древесного угля, полученную из дуба и берёзы. Дополнительно, к углю добавляется соль угольной кислоты, которая насыщена кальцием или другими щелочными металлами. Чтобы углерод выходил быстрее и насыщал сталь, заранее подготовленную смесь дробят до мелкой фракции. Она просеивается сквозь несколько сит, чтобы на выходе получились одинаковые крупицы размером в 10 мм.

Рабочий процесс:

1. Когда смесь подготовлена, её помещают в ящики.
2. Позже в них закладываются заготовки. Ящики герметизируются со всех сторон и разогреваются до 800 градусов.
3. Температура медленно повышается до 950 градусов.

Длительность обработки будет зависеть от того, какую толщину углеродного слоя необходимо получить на выходе.

Древесный уголь (Фото: Instagram / coalbaltic)

Цементация в газовой среде

Обработка в газовой среде применяется при изготовлении двигателей. Сталь обогащается углеродом только на 2 мм вглубь. В качестве газов используются любые смеси, обогащенные углеродом.

Этапы обработки:

1. Заготовки помещаются в герметичную печь. Она разогревается до 950 градусов.
2. Постепенно, в печь начинает подаваться газ, насыщенный углеродом.
3. Выдерживается заготовка в течение 12 часов.

На поверхности стали нарастает слой 1,2 мм. Если нужно ускорить обработку, температуру могут поднимать свыше 1000 градусов. Благодаря этому, процесс сокращается на 4 часа.

Цементация в жидкой среде

Под словами «жидкая среда» подразумеваются расплавленные соли.

Этапы обработки:

1. Ванны с расплавленной солью разогревают до 850 градусов.
2. В них опускают заготовки и оставляют на продолжительное время.

Чтобы получить цементируемую сталь в жидкой основе, максимальная толщина слоя должна составлять 0.5 мм. Чтобы получить такой результат, необходимо выждать 3 часа.

Ванны с расплавленной солью

Цементация в вакууме

Чтобы ускорить процесс обработки стали, применяется способ цементации в вакууме. Этапы обработки:

1. Изначально, заготовки раскладываются в печи. Она герметизируется.
2. Внутри создаётся вакуум.
3. Начинается разогрев печи до определённой температуры.
4. Выдержка в среднем занимает 60 минут.
5. Далее, камера заполняется углеводородным газом. Верхние слои обогащаются углеродом.
6. В печи повторно создаётся вакуум.

Науглероженный слой требуемой толщины получается только после трёх стадий создания вакуума и подачи углеводорода под давлением. Охлаждаются заготовки в печи, с помощью инертных газов.

Цементация пастами

Один из популярных способов цементации — обработка с помощью паст. Они состоят из пыли древесного угля. Пасты наносятся на заготовку. Состав накладывается таким слоев, чтобы он был больше в 8 раз, чем требуемая толщина углеродного слоя. Далее, заготовки помещаются в индукционную печь и разогреваются до температуры в 1000–1100 градусов.

Цементация в электролитическом растворе

Процесс обработки подразумевает под собой помещение заготовок в раствор электролита. Изначально, он нагревается до 450–1050 градусов. Далее, в раствор подаётся напряжение в 150–300 вольт. Происходит обогащение металла углеродом.

Обработанные изделия (Фото: Instagram / zubixdetal)

Стяжка из бетона