Химиялық – термиялық өңдеу үдерісінде жүретін заңдылықтар

Дәріс №15

Болатты химиялық –термиялық өндеу.

1. Химиялық – термиялық өңдеу үдерісінде жүретін заңдылықтар.

2. Бір фазалық және көп фазалық диффузиялық аймақтар және олардың қалыптасуы.

3. Қанықтыру түрлері.

4. Қанықтыру режимін таңдау және тағайындау. Қанықтырудан кейінгі термиялық өңдеу.

Кілт сөздер: химиялық –термиялық өндеу, алиттеу, азоттандыру, циандау, хромдау.

Химиялық – термиялық өңдеу үдерісінде жүретін заңдылықтар.

Химия-термиялық өңдеу үстінен шынықтыруға қарағанда жоғары жылдамдықты болып келеді. Оның басқа да ерекшеліктері бар. Олар:

1. Бұйымның сыртқы пішініне қарамастан (қарапайым немесе күрделі пішінді бұйым) үстінгі бөлігінде бірдей қалыңдықты, орнықты қабат алуға болады.

2. Үстінен шынықтаруға қарағанда үстіңгі және ортанғы бөліктер қасиетінде үлкен айырмашылық бар. Химия-термиялық өңдеуде қасиеті арасындағы айырмашылық құрылуы мен құрамы арқылы анықталады. Ал үстінен шынықтыруда тек құрылуы арқылы.

3. Қыздыру салдары келесі термиялық өңдеуде жойылуы мүмкін. Ал үстінен шынықтыруда қыздыру салдары жойылмайды, себебі ол соңғы операция болып саналады.

Әдетте химиялық-термиялық өңдеу кезінде детальді элементке бай ортаға орналастырады.

Химиялық-термиялық өңдеу (ХТӨ) деп тетіктің беттік қабатының құрамын, құрылымын және қасиеттерін қажетті бағытта өзгерту мақсатымен термиялық және химиялық әсер етулер үйлесуінен құралатын өңдеуді атайды. Және бұл жерде металл материалының сәйкес элементпен (C, N, B, Cr, Si, Ti және т.б.), оны жоғары температурада сыртқы ортадан (қатты, газды, булы, сұйық) атомды күйде диффузиялау жолымен, беттік қанығуы жүзеге асады.

ХТӨ келесі өзара байланысқан негізгі сатылар енеді:

1) белсенді атомдар-дың қанықтыру ортасында пайда болуы және олардың өңделетін металл бетіне диффузиялануы;

2) пайда болған белсенді атомдарды қанықтыру бетімен адсорбциялау;

3) диффузия – адсорбцияланған атомдардың металл ішінде жылжуы.

ХТӨ өте маңызды кезеңі – диффузия. Металдарда алмастыратын қатты ерітінділер пайда болғанда, диффузия негізінен бос орын механизмі бойынша өтеді. Енгізетін қатты ерітінділер пайда болғанда түйін аралықтар диффузиясы механизмі жүзеге асады.

Диффузияның әсерінен диффузиялық қабат пайда болады. Ол қабаттың үстінен шынықтыру қабатына қарағанда химиялық құрамы, құрылысы және қасиетінде айырмашылық болады. Диффундіретін элемент концентрациясы металдың үстіңгі бөлігінен астыңғы бөлігіне дейін азая береді. Ол үдеріс төменде (1-сурет) көрсетілген.

1-сурет. Диффундіретін элемент концентрациясының металдың үстіңгі бөлігінен астыңғы бөлігіне дейін азаюы.

ХТӨ техниканың әр түрлі салаларында кең пайдаланылуы машиналар мен механизмдердің көпшілік тетіктері, максимум кернеулер металдың беттік қабаттарында пайда болатын криогенді немесе жоғары температураларда тозу, кавитация, циклдік жүктеме, коррозия жағдайында жұмыс істейтіндігімен түсіндіріледі. Металдар мен қорытпаларды беттік беріктендіру, сонымен қатар коррозиядан қорғау мақсатымен ХТӨ машина тетіктерінің сенімділігі мен ұзақ тұрақтылығын жоғарылатады.

Цементациялау - болат детальдардың беткі қабатын 900...950 ⁰С температураға дейін көміртекпен диффузиялык қанықтыру үрдісі. Көміртегі мөлшері төмен болаттар (15X, 15XP, 20XH, 20X, 20XГP, 20XHР, 18XГT, 12XHГЗ және т.б.) ғана цементтендіріледі. (0,25 % дейін).

Бұйымдардың қыздырылуы көміртегін жеңіл беретін ортада жүреді. Өңдеу режимдері таңдалынып, беткі қабатты белгілі бір тереңдікке дейін көміртегімен қанықтырады. Цементациялау тереңдігі құрылысында феррит пен перлит көлемдері бірдей болатын бұйымның беткі қабатынан орта зонаға дейінгі ара қашықтықтығы.

Цементациялау дәрежесі – беткі қабаттағы көміртегінің орташа мөлшерде болуы (әдетте шамамен 1,2 %).

Көміртегі мөлшерінің жоғары болуы екінші цементит санының пайда болуына және жоғары морт сынғыштыққа алып келеді. Тәжірибе кезінде цементтендіруді қатты және газды карбюризаторда қолданады.Цементтендірілмеген бұйым беті алдын-ала мыс немесе сазбен (электролиттік әдіспен) қапталады.

Карбюризатор түріне қарай цементациялау екіге бөлінеді: қатты карбюризаторда және газбен цементациялау.

Қатты карбюризаторда цементациялау кезінде толықтай дайын емес бұйымдарды темір жәщіктерге салып, қатты карбюризатормен жабады.10-40% мөлшерде BaCO₃, Na₂CO₃ көмірқышқыл тұздарымен қосылған ағаш көмір қолданылады. Жабық жәшіктерді пешке салып, 930-950⁰С температурада ұстайды. Оттегі әсерінен көмір толық жанбай СО көміртек оксиді пайда болады, реакциясы нәтижесінде атомарды көміртек бөлініп шығады.

2C+O=2CO;

2СО→СО2 + С,

көмірқышқылды барийден:

BaCO3→BaO+CO2;

CO2+C→2CO;

2CO→CO2+C,

көмірқышқылды натрийден:

Na2CO3+C→Na2O+2CO;

2CO→CO+C.

Пайда болған көміртек атомдары бұйым бетімен адсорбцияланып, металл түбіне диффузияланады.

Бұл әдістің кемшіліктері:

-Уақыттың көп жұмсалуы (0,1мм тереңдікте цементтендіру үшін 1 сағат уақыт жұмсалады)

-Үрдістің өнімділігі төмен

Газбен цементациялау үрдісі газбен толтырылған герметикалық камерасы бар пештерде іске асады.Көміртекқұрамды газдар активті газдар болып табылатын газ-тасығыш, көміртегі оксиді(CO2), метан(CH4), пропан(C3H8), этан(C2H6) және басқа да көмірсутек құрайтын азот, сутегі, су буынан тұрады.

Цементациялау тереңдігі төзімділік ұзақтығы мен қыздыру температурасымен анықталады.

Әдістің артықшылығы:

-қабаттағы көміртегінің белгілі бір концентрациясын алу мүмкіндігі (құрайтын газдардың қатынасын өзгерту арқылы көміртегі мөлшерін қадағалауға болады)

-жай термиялық өңдеу әсерінен үрдістің ұзақтығының қысқаруы

-үрдістің толық механикаландырылуы мен автоматтандырылуы

Бұл әдіс өнімді жаппай немесе көп сериялы өндірісте қолданылады.