Chemicko-tepelné zpracování oceli

Obecné informace. Co je chemicko-tepelné zpracování kovů?

Změna povrchové vrstvy produktu přeměnou chemického a fázového složení se nazývá chemicko-tepelná úprava (CHT). Chemicko-tepelné zpracování se používá ke zlepšení mechanických, tribologických a korozních vlastností ocelí a slitin, zvýšení povrchové tvrdosti a v důsledku toho i odolnosti výrobku proti opotřebení.

Když se uhlík používá jako saturační prvek, proces se nazývá nauhličování, když se v této kapacitě používá dusík, nazývá se nitridace. Pokud se použijí oba výše uvedené prvky – nitrokarburizace, karbonitrace nebo karbonitridace (všechny termíny jsou široce používány). Atomy nasyceného prvku, pronikající do povrchové vrstvy produktu, tvoří intersticiální pevné roztoky a také chemické sloučeniny s kovy, které tvoří základ oceli nebo slitiny.

Nitridace ocelí a slitin – Jedná se o jeden z typů chemicko-tepelného zpracování kovu. Dusík působí jako sytící prvek. Při zpracování pronikají atomy dusíku do krystalové mřížky kovu, deformují ji a vytvářejí vnitřní tlaková napětí, některé atomy vytvářejí chemické sloučeniny – nitridy, které v povrchové vrstvě vytvářejí krystalické struktury ve formě jehliček a kulovitých útvarů; nitridy tvrdokovu jsou mnohem větší než tvrdost kovu samotného. Výsledkem je, že finální difúzní povlak má jak zvýšené vnitřní tlakové napětí v povrchové vrstvě, tak zahrnutí nitridových formací legujících prvků, je to právě tato kompozitní struktura, která určuje fyzikální a mechanické vlastnosti celého produktu jako celku.

Karbonitridace oceli je chemicko-tepelný proces sycení povrchu oceli dusíkem a uhlíkem. Během tohoto procesu atomy uhlíku a dusíku difundují do kovové struktury a vytvářejí intersticiální a/nebo substituční pevné roztoky, čímž se zvyšuje tvrdost povrchové zóny materiálu. Hlavní výhodou procesu karbonitridace je možnost použití levných, snadno zpracovatelných nízkouhlíkových ocelí k dodání povrchových vlastností charakteristické pro dražší a obtížně zpracovatelné jakosti oceli.

Celý proces chemicko-tepelného zpracování lze rozdělit do 3 fází:

• disociace (přeměna saturujících prvků na chemicky aktivní, včetně atomární formy, vlivem teploty a/nebo elektromagnetického pole);
• adsorpce a difúze do kovové struktury;
• tvorba stabilních atomových vazeb s prvky krystalové mřížky ve formě pevných roztoků a chemických sloučenin.

Iontové chemicko-tepelné zpracování kovů

Iontové chemické tepelné zpracování (ICHT) je komplex nejprogresivnějších, zdroje šetřících a bezodpadových procesů – iontová nitridace a karbonitridace, které poskytují vynikající kvalitu a výkonnostní vlastnosti na všech ocelích, slitinách a kovokeramikách a jsou určeny pro různé produkty a nástroje ve všech průmyslových odvětvích.

Proces difúzního nasycení se provádí v prostředí plynu obsahujícího dusík při provozním tlaku v instalační komoře 0,4-10 mbar pod vlivem pulzního plazmatu (frekvence 10 kHz, napětí 400-800 V) vznikajícího mezi katodou ( části) a anodu (stěny vakuové komory). V důsledku fyzikálně-chemických reakcí probíhajících na povrchu dílů pokrytých vrstvou ionizovaného plynu se aktivně tvoří různé modifikace difúzních povlaků sestávající z nitridů a karbonitridů železa, chrómu, vanadu, titanu a dalších prvků. V závislosti na počáteční pevnosti kovu mají takové povlaky vysokou kvalitu a provozní vlastnosti, zejména:

• uhlíkové a nízkolegované oceli
  — h=0,2-1,1 mm, 350-650 HV; (35-58 HRC);
• středně legované oceli
  — h=0,1-0,8 mm, 650-1200 HV; (58-71 HRC);
• vysoce legované oceli a slitiny Ti
  — h=0,01-0,3 mm, 700-1300 HV; (60-73 HRC);
• nástrojové oceli
  — h=0,01-0,3 mm, 800-1300 HV; (64-73 HRC);
• cermety
  — h=0,01-1,0 mm, 350-650 HV; (35-58 HRC);
• litina
  — h=0,1-0,3 mm, 500-700 HV; (49-60 HRC).

Vyztužené produkty mají vysokou tvrdost, únavu a kontaktní pevnost a nejlepší rozsah otěruvzdorných a antikorozních vlastností:

• koeficient tření s mazivem – 0,03-0,05;
• koeficient tření za sucha – 0,1-0,3;
• odolnost proti korozi odpovídá vysoce legované oceli 12H18Н10Т (AISI 321, 1.4541);
• kontaktní únavová pevnost a trvanlivost jsou 1,5-2krát vyšší.

Obecně platí, že výše uvedené vlastnosti převyšují vlastnosti chromovaných a jiných chemicko-tepelných povlaků 2-4krát.

Výhody a rozdíly

Hlavní výhody a rozdíly nových technologií ve srovnání se stávajícími procesy chemického zpracování a galvanizace (cementace, kyanidace, pecní a katalytická nitridace, chromování atd.):

• ekologická čistota, nezávadnost a bezodpadové procesy;
• úspora zdrojů díky prudkému snížení elektřiny 2-5krát (průměrná spotřeba 0,05 kWh na 0,1 kg produktu) a pracovních plynů 1-100krát (200 láhev čpavku na 1 měsíce provozu zařízení );
• zvýšení produktivity, snížení pracovní náročnosti a nákladů na zpracování 2-4krát;
• zlepšení kvality povlaků díky rovnoměrnému, kontrolovanému a bezchybnému vytváření vytvrzených vrstev;
• minimální změna rozměrů a zachování dokončovacích parametrů v tolerancích projektové dokumentace, což eliminuje dodatečné mechanické opracování tvrzených výrobků;
• použití jednoduchých a levných metod ochrany dílů při lokálním kalení, které nahrazují škodlivé a drahé galvanické a jiné izolační chemické povlaky;
• vytváření specializovaných typů ochranných povlaků, které mají speciálně orientovanou a nastavitelnou strukturu a mají jedinečný soubor vlastností z hlediska odolnosti proti opotřebení a odolnosti proti praskání;
• vývoj expresní analýzy pro diagnostiku kvality nátěrů během 2-5 minut;
• má 50 let zkušeností v oblasti výzkumu a vývoje (R&D), stejně jako zkušenosti s produkční implementací prioritních konstrukčních řešení a know-how.

Vývojem technologií povrchového iontového plazmového ošetření ve vaší výrobě šetříte materiálové zdroje, zlepšujete ekologickou situaci ve vašem podniku, přispíváte k mnohonásobnému zvýšení produktivity a zvyšujete kvalitu produktů na dříve nedosažitelnou úroveň. Moderní technologie, počítačové řízení režimů chemické úpravy a možnost rychlé regulace parametrů procesu nitridace – to vše přispívá k modernizaci a zlepšení technické úrovně tepelné výroby.

Jsme připraveni vyřešit vaše problémy a provést celou řadu prací na zavádění nových technologií do sériových a budoucích produktů, vypracování pokynů a regulační technické dokumentace, školení personálu a servis. Pro vytvoření progresivního projektu vy zadáte objednávku a my provedeme zbytek – poradenství, inženýring, dodávku a konfiguraci zařízení na klíč, implementaci komplexu pokročilých technologií a služeb.

Naše kompetence a pokročilé zkušenosti zaručují dosažení nejlepších výsledků při realizaci projektu s optimálním poměrem ceny, kvality a času.

Сферы применения

Oblasti použití technologií iontového chemicko-tepelného zpracování jsou velmi rozsáhlé, to zahrnuje všechna průmyslová odvětví bez výjimky, níže uvádíme hlavní oblasti s uvedením podniků, kde naše technologie a zařízení působí (viz také fotografie zesílených výrobků):

Palivo a energie, petrochemický průmysl — rotory, plunžry a válce sacích čerpadel (SSP), tyče, tyče, nápravy, hřídele, šnekové páry, ozubená kola, závitové uzávěry, spojky, adaptéry, části karoserie, pouzdra, hydraulické válce, různé části turbín a kompresorů, uzavírací ventily atd. V důsledku zpracování se zvyšuje odolnost proti opotřebení a korozi, zvyšuje se provozní spolehlivost a životnost výrobků.

Například v Permu je zvládnuta sériová výroba sacích tyčových čerpadel SShN PKNM a Elkam-Neftemash. Bezdeformační kalení párů válec-plunžr zajišťuje 2násobné zvýšení záruční životnosti a 5násobné zvýšení MCI. Bezporuchový provoz čerpadel SShN u OJSC LUKOIL-Perm již pokračuje přes 10 let. V podniku byla vytvořena podobná výroba čerpadel SShN v Kazachstánu (20 tisíc kusů ročně). Munaymash.

Byly vyvinuty technologie pro posílení produktů vrtných a hlubinných čerpacích zařízení (DPE), součástí a mechanismů mobilních vrtných souprav, rotorů hlubinných motorů, hydraulických válců, tyčí, spojek, pakrů, uzamykacích a rychlospojek, adaptérů, hadic a BT subs, různá vysoce těsná závitová spojení . Probíhá komplex výzkumu a vývoje pro posílení odstředivých čerpadel a systémů šroubových čerpadel Sériová výroba těchto produktů vyhovuje potřebám všech společností produkujících ropu a plyn v Rusku (NK LUKOIL, Rosněfť, GAZPROM). Synergický závod (Perm), Pobočka Gazenergoservice – závod RTO. Prokyon Perm, Profthermo (Naberezhnye Chelny).

Těžké strojírenství, těžba a stavba lodí – různé kinematické převody, jednotky a mechanismy s hmotností jednotlivých dílů do 5 tun: planetové převodovky, šípová, kuželová, čelní a šikmá kola, ozubené hřídele, excentry, pouzdra, klece, kola, satelity, bubny. PZTM (Kazachstán), UralMash, Dalenergomash, Kaluga Turbine Plant.

Automobilová a traktorová technika, výroba motorů — různé typy ozubených kol, hřídele, nápravy, klikové hřídele a vačkové hřídele, přesné válce a plunžry, vložky, kotouče, šrouby, pinoly, vedení, ventily, pružiny, kulové čepy, synchronizační kroužky, tyče, šneky, spojky, třecí kotouče, různé detaily tření. GAZ, MAZ, Závod mechanických pohonů Pskov (PZMP), Uralkran, ZVEZDA.

Stavba leteckých motorů, přesná mechanika — všechny části motorů a převodovek jsou vyrobeny z legovaných, nerezových a žáruvzdorných ocelí. Nitridace umožňuje vytvářet minimální difúzní vrstvy s nejvyšší tvrdostí, eliminuje opotřebení a radikálně zjednodušuje konstrukci motorů, v důsledku toho se zvyšuje poměr tahu k hmotnosti motorů a provozní spolehlivost. Části řídicích a navigačních zařízení a systémů, ozubená kola, triby, sektory s modulem 0,2-0,4 mm. MotorSich, NPO Saturn, Omsk Motor-Building Design Bureau, MSTU pojmenované po. Bauman, závod Michurinsky „Progress“, ANPP „TEMP-AVIA“, Arzamas.

Hydraulika, prášková metalurgie – válce, tyče, vložky, zvedací šrouby, válečky, díly převodovek, otáčkoměry, ozubená kola, čepy, písty, díly převodových mechanismů, válečky, klíny, čepy, synchronizační kroužky, hřebeny, poloviny spojek. Po zpracování se zvyšují jakostní a výkonnostní vlastnosti výrobků (tvrdost, odolnost proti opotřebení, únavová a kontaktní pevnost, antikorozní vlastnosti) a odpadá pracné brusné operace díky beznapěťovému kalení a zachování původní drsnosti. dílů, jejich spotřeba kovu a náklady jsou sníženy. Shakhty Plant Gidroprivod, Omskgidroprivod, Hydrosila, Volchansky Aggregate Plant, Dimitrovgrad Powder Materials Plant.

Výroba plastových a hliníkových profilů — vytlačovací šneky, vytlačovací válce, tyče, trny, matrice, razníky a další díly. I po krátkodobém ošetření iontovou nitridací se zvyšuje povrchová tvrdost, mnohonásobně se zvyšuje životnost výrobků, snižuje se přilnavost plastu a hliníku a v důsledku toho se zvyšuje produktivita procesu. Saturn (Naberezhnye Chelny), IOLLA (Perm).

Nástroje a vysoce přesná výroba pro jaderný průmysl: formy, raznice, razidla, razníky pro zpracování kovů, plastů, skla a pryže za tepla i za studena – zvyšuje odolnost proti opotřebení, odolnost proti praskání, snižuje přilnavost kovů, zvyšuje životnost 2-6x; řezné nástroje: vrtáky, závitníky, výstružníky, frézy, vpichy, protahovače, frézy, frézy – v důsledku použití krátkodobých kombinovaných procesů CHT se zvyšuje tvrdost, zlepšují se řezné vlastnosti, zvyšuje se odolnost proti opotřebení 2-4krát a obrábění produktivita se zvyšuje. Chepetsky Mechanical Plant, Izhora Plants, Elekon Plant (Kazan), Irbitsky Mechanical Plant „Nitsa“.

Vojenské produkty: Závod č. 9, JSC Central Design Bureau Titan (PO Barrikady) (a mnoho dalších továren, které vyrábějí související produkty).

Sledujte novinky naší společnosti.

Chemicko-tepelné zpracování kovů je zahřívání a udržování kovových materiálů při vysokých teplotách v chemicky aktivním kapalném, pevném nebo plynném prostředí.

Ve většině případů se provádí chemicko-tepelné zpracování s cílem obohatit povrch kovových výrobků saturačními složkami nebo nasycenými prvky. Výsledkem chemicko-tepelného zpracování je vznik difúzní vrstvy, to znamená, že dochází ke změně struktury, chemického složení, fázového složení a vlastností povrchových vrstev. V závislosti na použité saturační složce se chemicko-tepelné procesy dělí na:

1. Jednosložkový. Procesní data zahrnují hliníkování, silikonování, chromování, boridování a nauhličování.
2. Vícesložkový. Tyto procesy zahrnují chromoaluminizaci, boroaluminizaci, chromosilikát a nitrokarburizaci.

V moderním průmyslu jsou nejběžnějšími procesy chemicko-tepelného zpracování cementace, nitridace, kyanidace a nitrokarburizace. Ve většině případů se chemicko-tepelnému zpracování podrobují slitiny na bázi železa, tvrdé slitiny a slitiny na bázi žáruvzdorných kovů. Metody chemicko-tepelného zpracování se dělí do tří hlavních skupin:

1. Nasycení z plynné fáze.
2. Nasycení z pevné fáze.
3. Nasycení z kapalné fáze.

Mezi hlavní cíle chemicko-tepelného zpracování patří: usnadnění technologických operací zpracování kovů a slitin, povrchové kalení kovů a slitin, dodání potřebného dekorativního vzhledu, zvýšení odolnosti proti chemické a elektrochemické korozi a dodání potřebných fyzikálních vlastností výrobkům.

Cementování oceli. Cementování ve vakuu a pevném prostředí

Nauhličování oceli je difúzní nasycení povrchu oceli uhlíkem pro zlepšení jejích výkonnostních charakteristik.

„Chemicko-tepelné zpracování oceli“
Pomoc od odborníka na téma práce
Řešení problému s AI za 2 minuty
Najděte řešení svého problému mezi 1 000 000 odpověďmi

Mezi hlavní provozní vlastnosti oceli patří tvrdost a odolnost proti opotřebení. Po nauhličení si ocel musí zachovat dostatečně viskózní strukturu. K dosažení těchto požadavků jsou zapotřebí vysoké teploty a prostředí, které uvolňuje volný uhlík. Pro nauhličení povrchové vrstvy se ocel zahřívá na teplotu v rozmezí 850 až 950 stupňů Celsia. Při této teplotě se aktivuje uvolňování uhlíku, který následně proniká do mezikrystalického prostoru oceli. Cementování je poměrně zdlouhavý proces. Rychlost pronikání uhlíku je pouze 0,1 milimetru za hodinu. Cementování oceli se provádí v prostředích nazývaných karburátory. Mezi ně patří:

• plynové prostředí,
• solidní prostředí,
• tekuté médium,
• vakuum

Nauhličování oceli se široce používá při zpracování dílů, které pracují při rázovém zatížení. Vysoká tvrdost povrchu zajišťuje dlouhou životnost a viskozita jádra umožňuje kompenzaci rázového zatížení.

Jako pevná média se používají směsi solí kyseliny uhličité s alkalickými kovy a dřevěným uhlím. Množství dřevěného uhlí v tomto případě může dosáhnout 90%. K přípravě takové směsi se složky rozdrtí, velikost částic by neměla být větší než 10 milimetrů, ale neměly by tam být žádné mikroskopické částice ve formě prachu a drobků. K získání hotové směsi se používá jedna ze dvou metod. V prvním se v suchém stavu důkladně promíchá sůl a uhlík a ve druhém se ze soli získá roztok. Pro získání roztoku se sůl rozpustí ve vodě a poté se výsledný roztok použije k navlhčení dřevěného uhlí. Vlhkost uhlí by neměla přesáhnout 7 %, proto se předsuší. Proces nauhličování oceli v pevném prostředí lze rozdělit do následujících fází:

1. Ocelové díly jsou umístěny ve speciálních kovových boxech a posypány uhlíkovou kompozicí.
2. Krabice se uzavřou a vloží do předehřáté pece.
3. Nejprve se zahřeje na teplotu 700 až 800 stupňů Celsia.
4. Provádí se vizuální kontrola ohřevu – krabice by měly mít jednotnou barvu, bez tmavých skvrn.
5. Teplota stoupá na 850 – 950 stupňů Celsia.
6. Doba výdrže závisí na požadované tloušťce vrstvy.

Při vakuové cementaci se proces skládá z následujících kroků: díly se umístí do studené pece; Po utěsnění a zahřátí se vytvoří vakuum; trouba se zahřeje na požadovanou teplotu; dojde k expozici; poté se pod tlakem dodává uhlovodíkový plyn; v další fázi dochází k difúznímu zavedení uhlíku a v komoře se vytváří podtlak; proces se opakuje, dokud není dosaženo požadované hloubky; V konečné fázi se kov ochladí na pokojovou teplotu.