Химико-термическая обработка стальных отливок заключается в помещении отливок в активную среду определенной температуры для сохранения тепла, чтобы один или несколько химических элементов могли проникнуть на поверхность. Химико-термическая обработка позволяет изменить химический состав, металлографическую структуру и механические свойства поверхности отливки. Обычно используемые процессы химико-термической обработки включают цементацию, азотирование, карбонитридирование, борирование и металлизацию. При проведении химико-термической обработки отливок следует комплексно учитывать форму, размеры, состояние поверхности и термическую обработку поверхности отливки.
1. Цементация
Науглероживание означает нагрев и изоляцию отливки в науглероживающей среде с последующим проникновением атомов углерода на поверхность. Основной целью цементации является увеличение содержания углерода на поверхности отливки при формировании определенного градиента содержания углерода в отливке. Содержание углерода в науглероженной стали обычно составляет 0,1–0,25%, чтобы обеспечить достаточную вязкость и прочность сердечника отливки.
Поверхностная твердость науглероженного слоя обычно составляет 56–63HRC. Металлографическая структура науглероженного слоя — мелкоигольчатый мартенсит + небольшое количество остаточного аустенита и равномерно распределенные зернистые карбиды. Сетчатые карбиды не допускаются, а объемная доля остаточного аустенита обычно не превышает 15–20%.
Твердость сердцевины отливки после цементации обычно составляет 30–45HRC. Металлографическая структура ядра должна представлять собой низкоуглеродистый мартенсит или низший бейнит. Не допускается наличие массивного или выделенного феррита по границе зерна.
В реальном производстве существует три распространенных метода цементации: твердая цементация, жидкая цементация и газовая цементация.
2. Азотирование
Азотированием называется процесс термообработки, при котором атомы азота проникают в поверхность отливки. Азотирование обычно проводится при температуре ниже Ac1, и его основной целью является улучшение твердости, износостойкости, усталостной прочности, стойкости к схватыванию и стойкости к атмосферной коррозии поверхности отливки. Азотирование стальных отливок обычно проводят при температуре 480–580°С. Отливки, содержащие алюминий, хром, титан, молибден и вольфрам, такие как низколегированная сталь, нержавеющая сталь и инструментальная сталь горячей формовки, подходят для азотирования.
Чтобы обеспечить стержню отливки необходимые механические свойства и металлографическую структуру, а также уменьшить деформацию после азотирования, перед азотированием необходима предварительная обработка. Для конструкционной стали перед азотированием требуется закалка и отпуск, чтобы получить однородную и тонкую отпущенную структуру сорбита; для отливок, которые легко деформируются при азотировании, после закалки и отпуска требуется также обработка отжигом для снятия напряжений; отливки из нержавеющей стали и жаропрочной стали, как правило, подлежат закалке и отпуску для улучшения структуры и прочности; для аустенитной нержавеющей стали можно использовать термообработку на раствор.
Время публикации: 21 июля 2021 г.