Термическая обработка чугуна

  В чугунах, как и в сталях, происходят фазовые превращения в твердом состоянии, поэтому для них используются те же виды термической обработки, что и для стали (отжиг, нормализация, закалка с отпуском). Закалку и нормализацию для серого, высокопрочного и ковкого чугуна проводят для повышения твердости и износостойкости.

При нормализации отливки нагревают до 850-950⁰С, выдерживают при данной температуре и охлаждают на воздухе.

При закалке чугунные отливки нагревают до 850 – 930⁰С, выдерживают 0,5-3ч и охлаждают в воде или масле для получения матренситной структуры с твердостью 55-60 НRC. После закалки проводятотпуск, температура которого зависит от требуемой твердости. Для деталей, работающих на износ, температура отпуска составляет 250-350⁰С. Однако рациональнее чугунные отливки подвергать поверхностной закалке, так как в этом случае не наблюдается коробление и трещинообразование в деталях.

                                  Химико-термическая обработка

Это технологический процесс, заключающийся в диффузионном насыщении поверхностного слоя деталей различными элементами с целью изменения состава, структуры и свойств их поверхностного слоя.

В зависимости от того, какими элементами насыщают поверхностный слой стального изделия, различают цементацию(насыщение углеродом), азотирование (азотом), нитроцементацию (углеродом и азотом), хромирование(хромом), силицирование(кремнием) и др.  Химико-термическую обработку применяют для повышения твердости, износостойкости, сопротивления усталости и контактной выносливости, а также для защиты от электрохимической и газовой коррозии

Техпроцесс состоит из 3-х стадий: диссоциация химических соединений, адсорбция диффундирующих элементов на поверхности металла, диффузия- проникновение элемента вглубь металла.  Главными факторами, определяющими состав и структуру поверхностного слоя, являются температура процесса, концентрация активного химического компонента на поверхности и время выдержки в активной среде. Наиболее широко распространены в промышленности процессы химико-термической обработки – цементация, азотирование и нитроцементация.

   Цементация стали – это техпроцесс диффузионного насыщения ее углеродом. Цементация применяется для деталей, работающих в условиях трения и высоких контактных давлений (зубчатые колеса, валы, пальцы, распределительные валики, кулачки, червяки и т.д.). После цементации изделия подвергаются закалке и низкому отпуску. Для получения необходимых свойств детали после цементации обязательно подвергают термической обработке. Обычно после цементации структура стали крупнозернистая, что связано с выдержкой при высокой температуре. Для таких деталей проводится двойная закалка (первая закалка (или нормализация) проводится с температур 880-900⁰С для устранения перегрева цементированного слоя и придания ему высокой твердости;  вторую закалку проводят с нагревам до 760-780⁰С для устронение перегрева цеметованного слоя придания ему высокой твердости) и отпуск.

После закалки цементированные детали во всех случаях подвергают низкому отпуску при температуре 160-180⁰С для уменьшения закалочных напряжений и повышения сопротивления хрупкому разрушению.

Азотирование -это диффузионное насыщение азотом, в результате чего повышается твердость, износостойкость и предел выносливости ответственных деталей машин. 

При нитроцементации совмещают процессы газовой цементации и азотирования и используют смесь газов, содержащую СО, СОƨ, Нƨ», СН₄,NH₃. Температура и состав атмосферы контролируются и зависят от марки стали, требуемой структуры и глубины насыщаемого слоя детали. Различают два вида нитроцементации: высокотемпературная и низкотемпературная

Высокотемпературная нитроцементация осуществляется для деталей из конструкционных сталей при температурах 830-950˚С и из легированных - при 850-870˚С. продолжительность процесса 4-10 ч. После нитроцементации осуществляют закалку и низкий отпуск.

Низкотемпературная нитроцементация проводится для инструмента из быстрорежущей стали при Т =  550-570˚С. Длительность процесса 1,5-3 ч, толщина нитроцементованного слоя 0,02-0,04 мм, а его твердость 900-1200НV. Износостойкость инструмента повышается в 1,5-2 раза.

Перед низкотемпературной нитроцементацией детали подвергают закалке и высокому отпуску.

 Хромирование среднеуглеродистых сталей проводят для повышени твердости, износостойкости и коррозионной стойкости. Осуществляется из порошковой смеси, состоящей из феррохрома, оксида алюмилия и хлористого алюминия, при температуре 950-110˚С в течение 6-12 ч.

 Силицирование применяется для стальных и чугунных деталей с целью повышения коррозионной стойкости в морской воде, в азотной, серной и соляной кислотах, износостойкости и жаростойкости при температурах до 700-750˚С. Проводят в порошковых смесях, содержащих ферросилиций, или в газовых средах при Т =  950-1100˚С  в течение 2-12 часов.