Диффузионная металлизация

2. Азотирование.

Азотирование – это процесс поверхностного насыщения стальных изделий азотом.

Азотирование обычно проводят » 60 час при температуре 500-600°С. В качестве азотосодержащей среды используется газ – аммиак. Этот процесс проводится в специальных герметически закрываемых сосудах – ретортах.

Перед азотированием изделие проходит термическую обработку – улучшение (закалка + высокий отпуск). Структура стали перед азотированием сорбит отпуска. На поверхности изделия создаётся слой нитридов, который и создаёт высокую твердость.

Нитриды металлов имеют тетрогональную решетку, а переход от кубической к тетрогональной ведет к увеличению объема.

Толщина азотируемого слоя d £ 0,3 - 0,6мм. Т.к. азотированный слой очень маленький, то детали поступают после проведения всей механической обработки.

Азотирование применяется для повышения:

1) твердости на поверхности изделия НV ≈ 1000 ед.

2) усталостной прочности

3) коррозионной стойкости

Этому процессу подвергают измерительный инструмент, поверхности прессформ, штампов.

Износостойкость азотируемой стали выше, чем цементованный и закаленной.

Для азотирования используется среднеуглеродистые легированные стали, содержащие нитридообразующие элементы Cr и Al (38ХМЮА, 30Х13). Такие стали называют нитрололами.

3. Цианирование и нитроцементация.

Заключается в диффузионном насыщении поверхностного слоя стального изделия одновременно углеродом и азотом. Насыщение из жидких сред (соли, содержащие цианистый натрий)- цианирование, из газовых сред (газ с 3 – 5% аммиака) - нитроцементация. В результате такой обработки на поверхности изделий возникает тонкий карбонитридный слой 0,2 – 0,3 мм, обладающий хорошим сопротивлением износу.

1. Низкотемпературное цианирование t=500-530°С

При этом процессе поверхностный слой насыщается в основном азотом и в меньшей степени углеродом.

Такой процесс используется для инструмента из быстрорежущей стали.

2. Высокотемпературное цианирование t=850-900°С

При этом процессе поверхность насыщается в основном углеродом (С=0,8-1,1%). Роль азота сводится к ускорению процесса науглероживания.

Т.о. - Закалка + низкий отпуск.

Применяет для средне и низкоуглеродистых сталей (углеродистых и легированных).

По сравнению с цементацией цианированный слой обладает более высоким сопротивлением износу, большей твёрдостью, лучшим сопротивлением коррозии. Цианирование повышает усталосную прочность.

4. Борирование.

Заключается в диффузионном насыщении поверхностного слоя изделия бором из боросодежащих сред BN, B₄C при температуре 860-900°С. Толщина борированного слоя d = 0,1 – 0,2 мм.

Достигается max. поверхностная твёрдость HRC»85-90 (НV=2000) за счёт боридов железа Fe₂B. Борирование проводится после термической обработки

Применяется для изделий, которые испытывают в работе повышенный ударно-абразивный износ (валки прокатных станов, втулки нефтяных насосов)

Диффузионная металлизация

Называется процесс диффузионного насыщения поверхностных слоев стали различными металлами: алюминием, хромом, кремнием. При этом процессе сталь приобретает ряд ценных свойств: жаростойкость, коррозионную стойкость, повышенную износостойкость и твердость. Металлизация бывает твердая, жидкая и газовая.

1. Алитирование

Насыщение алюминием. Чаще применяют алитирование в порошках. Детали упаковывают в ящики с рабочей смесью (алюминиевый порошок, фералюминий), выдерживают 3 – 12 часов при температуре 900 – 1050⁰С. Часто применяют алитирование в ваннах с расплавленным алюминием, куда добавляют 6-8% железа, чтобы исключить растворение деталей в алюминии. t = 700-800 ⁰С 45 – 90 мин. Иногда алитирование проводят напылением слоя алюминия на поверхность с последующим диффузионным отжигом при 900 – 1000 ⁰С. Глубина слоя 0,2 – 1,0 мм.

Цель: высокая окалиностойкость до 850 – 900 ⁰С т.к. при нагреве на поверхности образуется пленка окиси алюминия Al₂O₃, предохраняющая от окисления. Алитированный слой обладает хорошим сопротивлением коррозии в агрессивных средах.

Такому насыщению подвергаются топливники газогенераторных машин, чехлы термопар, детали разливочных ковшей и др. детали, работающие при высоких температурах.

2. Хромирование

Хромирование – насыщение поверхности стальных изделий хромом. Этот процесс обеспечивает повышенную устойчивость против газовой коррозии, (окалиностойкость) – до 800 ⁰С, высокую коррозионную стойкость в морской воде и азотной кислоте, повышает твердость и износостойкость.

Хромирование чаще ведут в порошках (50% феррохрома, 49% окиси алюминия) при t = 1000-1050 ⁰С несколько часов. Глубина слоя 0,15 – 0,20 мм.

Хромирование используется для деталей паросилового оборудования, клапанов, вентелей, патрубков.

3. Силицирование

Насыщение поверхности стали кремнием. Придает высокую коррозионную стойкость в морской воде, в азотной, серной и соляной кислотах.

Проводят в порошкообразных смесях (75% ферросилиция + 20% шамота + 5% Н₄Cl) или в газовой среде (SiCl₄). t = 950 - 1000 ⁰С Глубина слоя 0,3 – 1 мм. Несмотря на низкую твердость (HV 200 – 300), силицированный слой обладает высокой износостойкостью после пропитки маслом при t = 170 - 200 ⁰С.

Подвергают детали оборудования химической, бумажной и нефтяной промышленности (валики насосов, трубопроводы, гайки, болты и др.)