Диффузионное насыщение стальных деталей углеродом и азотом

Диффузионное насыщение стали углеродом, азотом и совместно этими элементами – наиболее распространенные в промышленности процессы химико-термической обработки.

Углерод и азот легко усваиваются поверхностью стали, образуют с железом твердые растворы внедрения и сравнительно быстро диффундируют на значительную толщину.

Цементация стали

Технологический процесс диффузионного насыщения стали углеродом называется цементацией. Обычно после цементации сталь подвергают закалке и низкому отпуску. После такого комплексного процесса концентрация углерода на поверхности стальной детали составляет 0,8 – 1%, структура низко отпущенного мартенсита с мелкими сфероидальными карбидами хорошо сопротивляется износу, твердость поверхности равна 750 – 950HV. Сердцевина детали, содержащая 0,08 – 0,25%С, остается вязкой. Поверхности, не подлежащие цементации, защищают гальваническим омеднением; толщина медного слоя составляет 0,02 – 0,05 мм. Цементации обычно подвергают такие детали машин, которые должны иметь износостойкую рабочую поверхность и вязкую сердцевину: зубчатые колеса, валы и пальцы, распределительные валики, кулачки, червяки и т.д.

Карбюризаторы

Исходную среду для цементации (науглероживания) принято называть карбюризатором. В основном применяют два способа цементации: в твердом и в газовом карбюризаторе. Несмотря на различные названия, процесс цементации в твердом и газовом карбюризаторе идет через газовую фазу. Наиболее распространенный твердый карбюризатор состоит в основном из древесного угля в добавкой 20 – 25% BaCo3 для интенсификации процесса и 3 – 5% CaCo3 для предотвращения спекания частиц карбюризатора. Детали, подлежащие цементации, и карбюризатор упаковывают в контейнер (стальной ящик) и нагревают в печи до 910 - 930 ºС. При нагреве уголь взаимодействует с кислородом остаточного воздуха по реакции

2C + O2 CO

Кроме того, оксид углерода образуется в результате реакции

BaCo3 + С  BaO + 2CO

На поверхности деталей протекает ведущая процесс цементации реакция диспропорционирования

 2CO  CO2 +C

в результате которой активный углерод адсорбируется насыщаемой поверхностью, находящейся в аустенитном состоянии, а CO2 взаимодействует с углем, образуя новые порции CO.

Таким образом, в результате обратимой реакции диспропорционирования углерод переносится на насыщаемую поверхность.

При газовой цементации в качестве карбюризатора используют разбавленный природный газ (состоящий почти полностью из метана), контролируемых атмосфер, получаемых в специальных генераторах, а также жидких углеводородов (керосин, бензол и до.), каплями подаваемых в герметичное рабочее пространство печи, где они образуют активную газовую среду. Основная ведущая реакция при наличии метана

CH4 2 + С

В ряде случаев (эндотермическая контролируемая атмосфера) при наличии в газе СО возможна также реакция 2CO  CO2 +C. В зависимости от состава газовой смеси и содержания углерода в стали атмосфера в рабочем пространстве печи может быть науглероживающей, обезуглероживающей и нейтральной. Нейтральному составу газовой смеси соответствует определенная равновесная концентрация углерода на поверхности стальной детали. Эту концентрацию углерода принято называть углеродным потенциалом контролируемой атмосферы. Следовательно, науглероживание будет происходить в том случае, если концентрация углерода на поверхности стали будет меньше углеродного потенциала газовой смеси при данной температуре.

Дата: 2019-02-18, просмотров: 1211.