Силицирование стали — цель, технологии, применение

Химико-термическая обработка стали – это процесс, при котором происходит изменение не только поверхностных слоев, но и химического состава и структуры металла. Применяют данный вид обработки в ситуациях, когда возникает необходимость получения твердой детали, износоустойчивой и при этом сохраняющей вязкость сердцевины. Отличительные признаки такого металла – стойкость к коррозии, повышенная степень сопротивления.

Общие сведения

Силицирование стали – процесс насыщения металлической поверхности кремнием. Он не получил значительное распространение в промышленности, но в большинстве случаев может использоваться для изменения отдельных качеств материала. Среди свойств этого процесса отметим такие моменты:

1. Минусом силицирования стали считается то, что получить гомогенную поверхность, которая не будет иметь пор, как правило невозможно. Более того, очень и очень трудно достичь результата, при котором на поверхности материала концентрация кремния будет велика, а сам слой при этом станет иметь плотное сцепление с сердцевиной.
2. Если силицирование проходит в плохо красочной обстановке, то на поверхности стали и прочих сплавов может возникать феррит.
3. Очень большая насыщенность среды, в которой проходит химико-термическая обработка, оказывается основой увеличения хрупкости стали. При влиянии ударной нагрузки есть вероятность образования трещин и других недостатков.

Не обращая внимания на очень и очень много минусов этого способа обработки стали и прочих сплавов, он в наши дни стал часто используется заграничными металлургическими компаниями. Примером назовем силицирование тугоплавких металлов и титана.

Цель силицирования состоит в образовании кислостойкой поверхности, которая станет иметь самый маленький критерий пористости. По мимо этого происходит выборочное перестроение атомной решётки, благодаря чему повышаются качества стойкости к износу.

Этому процессу подвергают очень разные марки стали с невысоким и средним содержанием углерода. Также силицирование проходит для изменения параметров слоя поверхности деталей, которые делаются из ковкого или очень прочного чугуна, титана либо иных сплавов.

Бесчисленные исследования, которые направлены на изучение этого процесса, говорят о систематическом росте заинтересованности и возможном улучшении процесса силицирования. Но, на данный момент времени большинство применяемых тех. процессов не дают возможность получать заготовки отличного качества.

Характеристика химико-термической обработки

Сущность данного вида обработки стали заключается в том, что химический состав поверхностного слоя меняется искусственным путем. Цель процедуры – увеличение степени прочности поверхности и износостойкости детали.

Состав поверхности изменяется благодаря тому, что в него проникают разные элементы. Это приводит к изменению свойств металла. Осуществляется химико-термическая обработка посредством помещения детали в среду, которая содержит в себе атомы вещества, необходимые для покрытия стального листа. Складывается термическая обработка из трех этапов:

Химико-термическая обработка стали

• диссоциация;
• адсорбция;
• диффузия.

Первый этап – диссоциация – осуществляется посредством создания газовой среды и включает такие процессы, как разложение молекул определенного соединения и образование атомов, проявляющих активность в отношении стальной детали. В процессе адсорбции сталь поглощает свободные активные атомы, находящиеся в газовой смеси или растворе.

Третий этап, получивший название диф­фузионной металлизации стали, заключается в проникновении атомов, подвергшихся адсорбции, вглубь металла. Воздействия внешних сил на этом этапе нет. Процесс осуществляется за счет теплового движения атомов вещества. Если три этапа химико-термической обработки выполнены без ошибок, то полученный слой покрытия будет прочным.

Способ химико-термической обработки стальных изделий

Электролизное силицирование

Силицирование молибдена или стали может проходит при использовании электролизной технологии, которая учитывает применение который предназначен для химико-термической обработки оборудования. Составными элементами традиционного оборудования считаются:

1. Печь-ванна, в которую погружается заготовка и подвергается нагреву.
2. Система питания, которая может вырабатывать и подавать частые или электрические токи.
3. Система автоматизированного контроля заданных режимов и температурной регулировки.

Микроструктура слоев ионного силицирования

В производственных условиях силицированию подвергают детали во время установки газовых или электрических печей, которые дают возможность достичь необходимой температуры для нагревания деталей. При газовом силицировании температура среды работы может увеличиваться до температуры 1050 градусов по Цельсию. По этому очень часто тигли делают из специализированой керамики, которая может выдерживать влияние столь большой температуры.

Среди свойств процесса производства отметим такие моменты:

• Детали, которые будут подвергаться рассматриваемому способу обработки, устанавливаются в которые предназначены для этого емкостях. Для выполнения технологии материалы заготовки и устройства должны контактировать.
• Проходит заполнение тигля расплавом с кремнием.
• Проходит организация электрохимической защиты от коррозии.
• В качества анодов применяются стержни, изготавливающиеся из угля или графита.
• Заготовка заранее высушивается, после этого медленно опускают в расплав.
• Проверив надежность крепления всех компонентов проходит подача тока.
• В зависимости от того, каким составом предоставлен применяемый электролит нагрев среды проходит до температуры 950-1100 градусов по Цельсию, время выдержки составляет 3-5 часов.

По окончанию процесса насыщения ток электролиза выключается, после этого детали вынимаются и подвержены последующей отделке, очень часто, закалке. Охлаждение деталей проходит на чистом воздухе, после этого в первую очередь выполняют промывку поверхности.

При насыщении кремнием поверхности обрабатываемых деталей рассматриваемым методом необходимо учесть, что размеры могут изменяться. Собственно поэтому после окончания силицирования часто проводят шлифовку поверхности.

В качестве красочной среды могут применяться щелочные металлы и силикаты, часто в состав прибавляются хлориды и фториды, а еще вещества, которые увеличивают текучесть применяемых силикатов.

К положительным качествам этого способа отнесем такие моменты:

1. Небольшой период выдержки и возможность одновременной обработки нескольких деталей формируют хорошую производительность.
2. Организовать процесс обработки очень просто.
3. Низкая цена веществ, которые применяются для получения среды.
4. Имеется возможность получить одинаковый насыщенный слой.
5. Метод замечательно подойдет для использования в массовом производстве.

Минус заключается только в трудности подготовки среды.

Ñîãëàøåíèå îá èñïîëüçîâàíèè ìàòåðèàëîâ ñàéòà

Ïðîñèì èñïîëüçîâàòü ðàáîòû, îïóáëèêîâàííûå íà ñàéòå, èñêëþ÷èòåëüíî â ëè÷íûõ öåëÿõ. Ïóáëèêàöèÿ ìàòåðèàëîâ íà äðóãèõ ñàéòàõ çàïðåùåíà.

Äàííàÿ ðàáîòà (è âñå äðóãèå) äîñòóïíà äëÿ ñêà÷èâàíèÿ ñîâåðøåííî áåñïëàòíî. Ìûñëåííî ìîæåòå ïîáëàãîäàðèòü åå àâòîðà è êîëëåêòèâ ñàéòà.

Жидкостное силицирование деталей

Технология силицирования в жидкости значительно проще, если сравнивать с приведенным выше методом. Процесс увеличения стойкости к износу и стойкости к кислоте в этом случае имеет следующие характерности:

• Изобилие может проходит в печах фактически в самой разной конструкции, что значительно уменьшает расходы на шаге организации производства. Могут применяться печи, которые подойдут для проведения ионного силицирования.
• Процесс насыщения в этом случае может проходит при температуре от 900 до 1100 градусов по Цельсию. Время выдержки составляет 2-10 часов. После выгрузки деталей из ванной они должны охлаждаться или подвергаться закалке.
• Среди свойств этого процесса необходимо отметить то, что при нагревании среды могут возникать газы, для отведения которых следует ставить вентиляционные вытяжки с бортовым отсосом.
• В качестве среды работы применяется состав, который построен на смешивании силикатных щелочных и разных добавок, активных восстановительных веществ. Создаваемая жидкость очень часто может применяться еще раз.
• На величину слоя поверхности оказывает влияние соотношения концентрации ключевых реагирующих веществ.

Микроструктура чугуна при жидкостном силицировании

Для достижения требующегося состояния слоя поверхности что после силицирования проводят закалку стали с дальнейшей шлифовкой для устранения очень разного рода недостатков.

Преимущества приведем перечислением следующих параметров:

• Применяемое оборудование обладает многофункциональностью.
• Технология проста в применении.
• Достигается большое качество поверхности даже замысловатых форм.
• Равномерность получаемого слоя.
• Относительно низкая температура проводимого процесса.
• Низкая стоимость применяемой среды.

Такой способ получил высокое распространение в промышленности.

Îòïðàâèòü ñâîþ õîðîøóþ ðàáîòó â áàçó çíàíèé ïðîñòî. Èñïîëüçóéòå ôîðìó, ðàñïîëîæåííóþ íèæå

Ñòóäåíòû, àñïèðàíòû, ìîëîäûå ó÷åíûå, èñïîëüçóþùèå áàçó çíàíèé â ñâîåé ó÷åáå è ðàáîòå, áóäóò âàì î÷åíü áëàãîäàðíû.

Силицирование в порошкообразных смесях

Насыщенная среда может быть представлена порошком с самыми разными веществами, которые имеют в составе кремний. Для того чтобы в период выполнения обработки деталей смесь не спекалась в ее состав добавляют и остальные примеси: окись магния, шамот, окись алюминия и остальные. Значительно сделать быстрее процесс обработки в состав добавляется 1-5% хлористый аммоний или другие энергичные добавки. Важное требование использования порошкообразного вещества – все элементы обязаны быть измельчены чтобы получить однородную массу. В другом случае нельзя обеспечить однородность насыщения слоя поверхности детали.

Среди свойств этой технологии отметим:

• Обработка может проходит в защитных контейнерах или вакууме. Наиболее обыкновенный способ состоит в применении специализированного закрытого бокса с очень высокой герметичностью, во время изготовления которого применяют сплав, обладающий тугоплавкостью.
• Цель силицирования состоит в получении гомогенной поверхности, которая будет владеть очень высокой устойчивостью к износу. Результат может зависеть от степени герметичности контейнера.
• Силицирование стали может проходит в печи фактически самой разной конструкции, основное обеспечить нагрев среды до необходимой температуры.
• Силицирование титана в упаковочном контейнере идет при температуре 1000-1200 градусов по Цельсию. Время выдержки подбирается в согласии с тем, какой толщины необходимо получить слой с очень высокой концентрацией кремния.
• Как только процесс обработки был закончен контейнер достается из печи и охлаждается на воздухе. Изделие после извлечения необходимо почистить от смеси, после отлично вымыть и высушить. Раньше применяемый состав при еще одном применении обновляется приблизительно на 15%.
• Проводя силицирование молибдена и сталей необходимо брать во внимание тот фактор, деталь и применяемая смесь должны отлично контактировать. Величина контактной поверхности и размер частиц влияют на то, как хорошо пройдёт силицирование тугоплавких металлов и титана, а еще стали.

Анализируя силицирование во время использования порошкообразной среды необходимо учесть, что этот способ один из наиболее доступных на данное время.

Хорошими качествами назовем такие моменты:

• Маленькая цена порошка дает возможность уменьшить отпускная цена приобретаемых деталей.
• Равномерность покрытия которое получается увеличивает рабочие качества.
• Простота технологии уменьшает денежные растраты.

Вакуумная печь для силицирования

Таким образом меняют свойства деталей.

Ïîäîáíûå äîêóìåíòû

Цианирование стали

Данный процесс несколько отличается от цементации и заключается в том, что поверхностный слой стальной элемента насыщается не только углеродом, но еще и азотом. В промышленности используют высоко- и низкотемпературное цианирование, в то время как цементация не позволяет производить несколько видов операций.

Высокотемпературное цианирование

Основная задача данного процесса – сделать деталь более твердой, износостойкой. Осуществляется манипуляция в ваннах, которые наполняют нейтральными солями: BaCl2, NaCl, Na2CO3 и некоторыми другими. Роль карбюризаторов выполняют соли KCN и NaCN, действующее вещество которых – циан. Он способствует тому, что стальная деталь насыщается азотом и углеродом. Процесс осуществляется при температуре до 900 ОС.

Чтобы слой, подвергнутый цианированию, стал максимально прочным, детали закаливают или в масле, или в воде, в течение полутора часов. Чтобы количество циана не уменьшалось (он постепенно выгорает), в ванну добавляют маленькие порции цианистых солей.

Низкотемпературное цианирование

Данный процесс уместен в том случае, если деталь должна соответствовать критериям повышенной прочности, износостойкости. Температура, необходимая для достижения поставленных целей, находится в диапазоне от 550 до 570 ОС (быстрорежущая сталь) и 510–520 ОС (высокохромистая сталь).

Осуществляется процедура в соляной ванне, содержимое которой представляет собой равные доли NaCN и KCN. Глубина полученного слоя – от 0,01 мм (при продолжительности цианирования в 10 мин) до 0,06 мм (при длительности процесса до 60 минут).

Важно, что соли циана – это яд, поэтому ванны, наполненные подобными веществами, всегда изолированы и закрыты защитными колпаками. Обязательно использование отсасывающей вентиляционной системы.

Газовое силицирование

В процессе такого вида цементации, как силицирование, верхний слой стали насыщают кремнием, который делает деталь стойкой к воздействию кислот, износостойкой, жаростойкой. Силицирование может быть выполнено в одном из трех цементаторов.

Твердое силицирование. В качестве среды принято брать ферросицилий и шамот. Для сокращения количества времени можно добавить хлористый алюминий. Температуры такой цементации достаточно высоки – до 1200 ОС. Если выдержать деталь в течение 10 часов, то толщина слоя составит 0,7 миллиметра.

Жидкое силицирование. Для данного вида цементации используют хлористую соль, в которую добавлен ферросилиций. Температура выдержки – 1000 ОС.

Газовое силицирование

Газовое силицирование. Обладает самым важным значением в промышленности. Процесс проходит весьма интенсивно. Температура выдержки может достигать 1050 ОС, время – от 2 до 6 часов, толщина слоя – до 1 миллиметра.

Важная особенность поверхностного слоя, который насыщен кремнием – пористая структура. Масло может немного изменить ситуацию, для этого деталь необходимо проварить в нем при температуре 200 ОС. Полученный материал будет довольно жаростойким и прочным.

Видео по теме: Термическая обработка металла закалка и отпуск

Борирование стали

Обработка стальной детали бором осуществляется при температуре в 900–950 ОС. Цель процедуры – повышение стойкости к износу и прочности детали. Толщина слоя может составлять от 0,05 до 0,15 мм. Он обладает отличными показателями стойкости к воздействию различных абразивных веществ, не поддается коррозии. Чаще всего борирование уместно в том случае, если необходимо придать прочность штамповому оборудованию или буровому инструменту.

Насыщение поверхностного слоя атомами такого металла, как бор, происходит при нагревании. Слой покрытия может быть как одинарным, так и двойным. Борирование бывает газовым, электролизным или жидким.

Газовое борирование. Процедура имеет много общего с цементацией или азотированием. Осуществляется она в камере печи. В качестве среды используется диборан, треххлористый бор, триметил. Данные вещества разбавляют:

• Аргоном.
• Аммиаком.
• Азотом.
• Водородом.

Борирование стали

Температура, при которой происходит насыщение – 900 ОС, время воздействия – 2–6 ч. Толщина полученного боридного слоя составляет 0,1 или 0,2 миллиметра.

Электролизное борирование. Данная технология в большинстве ситуаций применяется при электролизе расплавленной буры. Температура в ванне достигает 950 ОС, длительность выдержки – до 6 часов. Детали, поверхностный слой которых подвергли борированию, служат катодами, монтируемыми на подвески.

Жидкостное борирование. Сталь насыщается бором посредством расплавленных солей NaCl, BCl2, возможно использование добавок – карбида брома или ферроброма.

Технология борирования обладает явно выраженным преимуществом перед цементацией и другими видами химико-термической обработки стали, у нее самые высокие показатели прочности поверхности.

Поделитесь в соц.сетях:

Оцените статью: (Пока оценок нет) Загрузка...