книги / Чугуны. Структура и термическая обработка

Окончание табл. 37

71

Окончание табл. 38

37

Антикоррозионное азотирование можно применять для любого железоуглеродистого сплава. Цель азотирования чугунов – повышение твердости, износостойкости, предела выносливости и коррозионной стойкости. Глубина, твердость и хрупкость слоя азотирования должны быть указаны в конструкторской документации. Качество обработки гарантируется правильным выбором материала детали, т.е. марки чугуна, качественной технологией изготовления детали и четким выполнением разработанных режимов азотирования. Антикоррозионное азотирование проводят при температуре 500–700 oС с выдержкой 0,5–1,0 ч на глубину до 0,06 мм.

Азотирование для повышения износостойкости весьма длительный процесс (до 70 ч) и для обычных нелегированных серых чугунов применяется ограниченно. Примеры химического состава чугунов для азотирования приведены в табл. 39 4, 12 .

Таблица 39

Состав чугунов, подвергаемых азотированию

Азотирование проводят в среде диссоциированного аммиака при степени диссоциации 30 %, температуре 550–580 oС на глубину до 0,4 мм. Твердость слоя достигает 800–1000 кг/мм2 и зависит от конкретной марки чугуна. Рекомендуется 1, 13 18, 19 применение азотирования для высокопрочного магниевого чугуна. В этом случае режим процесса: t = 650 oС, время выдержки

74

3–5 ч, степень диссоциации аммиака 30–45 %. Глубина слоя 0,3 мм, твердость порядка 800–900 кг/мм2, слой нехрупкий. Возможный дефект – неравномерность твердости слоя, что связано с неравномерностью распределения магния в структуре чугуна. Для предотвращения дефекта необходимо перед азотированием проводить отжиг отливки с нагревом на 720–740 oС.

Обязательное условие получения качественного, стабильного и однородного по твердости азотированного слоя на разных чугунах – подготовка структуры металлической основы к азотированию: сорбитизация структуры – применение предшествующей термической обработки. Используют нормализацию или улучшение (закалка + высокий отпуск при t = 600 oС). При азотировании чугуна, как и при азотировании стали, происходит небольшое увеличение объема детали, изменение размеров. Это необходимо учитывать на стадии технологической подготовки производства при разработке маршрута изготовления детали и назначении видов и режимов термической обработки перед азотированием. После азотирования шлифование на размер (чистовая механическая обработка) применяют только в случае очень жестких требований по допускам на размер.

Часто азотирование применяют для гильз цилиндров и других деталей двигателей внутреннего сгорания. Рис. 25 показывает эффективность влияния азотирования на износ чугунных гильз. Как следует из рисунка, при большом увеличении пробега износ азотируемой поверхности увеличивается незначительно.

ПриазотированиимагниевогоВЧпорежиму«t =650…700oС, время 12–24 ч» достигается максимальная микротвердость

H50 = 9000…10 000 МПа.

ИзносостойкостьазотированныхколенваловизВЧв2,5–5 раз выше неазотируемых. Глубина слоя при одинаковых режимах азотирования зависит от исходного состава ВЧ; так, у Ni–Mo- чугунов получается слой до 0,26–0,28 мм; у Cr–Ni–Mo – до

0,31–0,45 мм.

75

Хромирование

Цель диффузионного хромирования – повышение поверхностной твердости, износостойкости, а также жаростойкости и коррозионной стойкости.

Хромирование применяют для деталей, работающих в условиях различного вида износа; при высоких и криогенных температурах в средах, вызывающих химическую и электрохимическую коррозию; работающих на усталость – механическую и термическую.

Различают следующие методы диффузионного хромирования: твердый, из паровой фазы (контактный и неконтактный), газовый (контактный и неконтактный), жидкий 18, 19 . Следовательно, насыщение хромом можно вести в твердой, жидкой и газообразной хромсодержащей среде. Рекомендуемая температура 950–1050 oС и выдержка 4–6 ч. Повышение температуры сверх 1050 oС нецелесообразно, так как возможно оплавление поверхности.

Структура хромированного слоя чугуна состоит из сложных железохромистых карбидов, распределенных в альфа-матрице.

В качестве активаторов процесса, позволяющих получить карбидный слой большей толщины, следует использовать хлористый или йодистый аммоний, что хорошо видно по данным, приведенным в табл. 40.

Таблица 40

Влияние режима газового хромирования в смеси 50 % FeCr + 45 % Al2O3 + 5 % активатора на толщину и микротвердость слоя на ковком чугуне

77

Твердость слоя достигает 1100–1600 кг/мм2. Применяется преимущественно твердое хромирование в смеси, состоящей из порошка малоуглеродистого феррохрома (50–60 %), глинозема (35–45 %) и хлористого аммония (4–5 %). Температура процесса 1000–1050 oС, выдержка до 25 ч. Глубина полученного слоя 0,02–0,05 мм, для ковкого чугуна до 0,2 мм. Объемные изменения детали незначительны.

Сера и фосфор уменьшают восприимчивость чугуна к хромированию. Структура слоя существенно зависит от вида чугуна и структуры металлической основы. Например, структура слоя на перлитном сером чугуне после газового хромирования состоит из карбидов Cr типа (Cr,Fe)23C6 и (Cr,Fe)7C3, а на ферритном ковком чугуне образуется карбонитридный слой состава Cr2(N,C), под которым находится карбидный слой состава Cr23С6. Микротвердость слоя в первом случае порядка 18 000 МПа, во втором – более 18 000 МПа.

Алитирование

Основное назначение насыщения поверхности чугуна алюминием (алитирование) – повышение сопротивления газовой коррозии и особенно сопротивления коррозии в сернистых средах при повышенных температурах.

Алитирование можно проводить в порошковых средах (смесь порошка Al, Al2O3 и NH4Cl), в газовых – парах AlCl3 в смеси с другими газами и в расплавах алюминия.

Глубина алитированного слоя зависит от вида процесса, температуры и выдержки и составляет 0,1–0,4 мм. Рекомендуемые технологические параметры алитирования приведены в табл. 41.

Перед алитированием поверхность деталей должна быть тщательно подготовлена. Подготовка включает: травление, обезжиривание, промывку, сушку.

78

Таблица 41

Рекомендуемые технологические параметры алитирования

Глубину слоя после алитирования можно увеличить последующим диффузионным отжигом (рис. 26).

Рис. 26. Зависимость толщины слоя на сером чугуне

(3,17 % С; 2,46 % Si и 0,57 % Mn) от продолжительности алитирования в смеси из 65 % FeAl (68 %Al) + 33,5 %Al2O3 + 1,5 % NH4Cl

при температуре, С: 1 – 950; 2 – 1000; 3 – 1050

Фазовый состав (определенный рентгеноструктурным методом) и распределение фаз по толщине слоя показаны на рис. 27, а распределение Al, Si и Mn – на рис. 28, изменение микротвердости после алитирования – на рис. 29.

Для получения качественного слоя при алитировании в расплаве алюминия необходимо зеркало ванны защитить от окисления специальным флюсом, например использовать комбинированный флюс состава 35 % NaCl, 35 % KCl, а после их расплавления плюс 20 % ZnCl2 и 10 % Na3AlF6.

79