Влияние предварительной термообработки на результаты ХТО

            Высокотемпературное азотирование  проводят при температурах выше  эвтектоидного превращения (600…12000С). Этот вид азотирования применяют для ферритных и аустенитных сталей, тугоплавких металлов (титан, молибден, ниобий, ванадий и др.).  [5]

 

4. Маршрутная технология изготовление изделия

Для получение нужной твердости материала окончательную термообработку (закалка и отпуск). Закалку проводим при температуре 840-860 ۫С в печи марки СШЗ-6.6/10 структура при этой ТО будет мартенсит закалки, Для снижения хрупкости и увеличения пластичности и вязкости, после закалки применяю высокий отпуск при температуре 550-650۫С в печи СШЗ-6.6/7 структура после данной ТО будет сорбит отпуска. Термоулучшение проводят также на образцах свидетелях из того же материала что и деталь. Для того чтобы узнать микроструктуру и возможные дефекты, образцы свидетели зачищают и определяют твердость а деталь подвергают испытанием на определения дефектов. После термоулучшения деталь подвергаем чистовой обработке на шлифовальных и полировочных станках.

 

                        5. Технология газового азотирования.

В общем виде технологический процесс изготовления азотируемых изделий можно представить в виде следующих последовательных этапов:

• Предварительная термообработка с целью сообщения стали требуемого комплекса механических свойств. Закалку и отпуск при 525…6800С обычно проводят в грубых заготовках, а для деталей малого сечения – непосредственно в прокатных прутках (для диаметров меньше 50 мм).
• Механическая обработка детали, включая шлифование. Передшлифование ответственных деталей со сложной конфигурацией следует проводить стабилизирующий отпуск для снятия внутренних напряжений (550…6000С, 3…10 часов с последующим медленным охлаждением).
• Защита мест не подлежащих азотированию. Для защиты от азотирования отдельных участков изделия наибольшее распространение получил метод гальванического покрытия их оловом.
• Азотирование
• Окончательное шлифование или доводка изделия в соответствии с заданными допусками.

Лучшее сочетание механических свойств, износостойкости и теплостойкости для инструмента из быстрорежущей стали достигается при толщине слоя 0,01…0,025 мм. Поэтому такой инструмент рекомендуется азотировать при 510…5200С. Продолжительность процесса при получении слоя толщиной 0,01…0,025 мм для мелкого инструмента (диаметром < 15 мм) составляет 15…20 минут, для более крупного      (16…30 мм) – 25…35 минут и крупного – 60 минут. Можно вести процесс при 5600С в течении 10…20 минут.

После указанных режимов азотирования образуется слой с высокой твердостью –     HV 1340…1460 и теплостойкостью (HV700 сохраняется до 7000С). [5]

Лучшие результаты получены при азотировании в атмосфере аммиака, разбавленного продуктами его предварительной диссоциации, так как при этом уменьшается азотный потенциал атмосферы, что исключает образование на поверхности пленки хрупкой нитридной фазы и при некотором снижении твердости                             (до 1100…1200HV) обеспечивает значительное повышение работоспособности режущего инструмента (в 2…4 раза). [6]

 

 

                             6. Структура азотированного слоя.

Первоначально на поверхности образуется слой ненасыщенного α-раствора. Через отрезок времени τ на поверхности достигается концентрация насыщенияСαmax. Обычно за толщину слоя принимают зону α`-фазы, в которой выделились избыточные кристаллы    γ`-фазы. Дальнейшее поступление из внешней среды азота приводит к пересыщению       α-фазы, так как химический потенциал азота в газовой среде выше, чем в насыщенном      α-растворе. Это вызывает перекристаллизацию α – γ. (Рис. 3)

Чаще первые кристаллы γ`-фазы образуются в местах выхода границ зерен             α-раствора на поверхность. Поскольку пересыщение имеется только на поверхности,      γ`-фаза образует сплошной слой, который с течением времени растет.

 

Рисунок 3. Зависимость изменения концентрации азота по толщине слоя h от продолжительности азотирования при температуре ниже эвтектоидной. [5]

 

Образование γ`-фазы приводит к скачкообразному повышению концентрации на величину, соответствующую ширине двухфазной области α + γ в системе Fe-N. Далее происходит диффузия азота от поверхности к границе раздела фаз γ` - α. В процессе диффузии слой γ`-фазы утолщается и фронт перекристаллизации α – γ` перемещается вглубь изделия. Распределение концентрации азота по толщине слоя для этого периода формирования слоя отвечает кривой τ3 на рисунке 3.

При достижении предела насыщения в γ`-твердом растворе, на поверхности образуются зародыши гексагональной ε-фазы, устойчивой при более высоких концентрациях азота (см. рис. 3).

Толщина ε-фазы зависит и от азотного потенциала атмосферы. С увеличением степени диссоциации аммиака толщина ε-фазы уменьшается. Это вызвано снижением концентрации азота на ее поверхности и уменьшением градиента концентрации по ее толщине.

 

Рисунок 4. Микроструктура азотированного слоя: нитридная зона (белая полоса); зона внутреннего азотирования (темно-травящаяся полоса – азотистый твердый раствор и нитриды); х200 [6]

                          7. Оборудование для азотирования.

            Для проведения закалки используется печь СШЗ-6.6/10,а для отпуска печь СШЗ-6.6/7

Для проведения процесса азотирования можно использовать печь полунепрерывного действия типа США – 8.12/6.

Печь цилиндрической формы. Максимальная рабочая температура – 6500С. Печь футерована огнеупорным и теплоизоляционным кирпичом. Нагревательные элементы – зигзагообразные и расположены на стенке шахты. Для равномерного распределения температуры нагревательные элементы разделены на две зоны – верхнюю и нижнюю.

Муфель установлен на подставку. Уплотнением между муфелем и печью служит песочный затвор, а между муфелем и крышкой – водоохлаждаемая прокладка. 

Принудительная циркуляция атмосферы осуществляется с помощью центробежного вентилятора. Для создания направленности циркуляции газа в муфеле, в нижней части сделан экран, а на крышке укреплён направляющий аппарат (диффузор). Газ проходит сверху вниз между муфелем и экраном, а затем снизу вверх внутри экрана у загруженных в муфель деталей.

В результате направленной интенсивной циркуляции газа и расположения нагревательных элементов создаётся равномерная температура по всему объёму муфеля.

 

                              

 

 

                              8. Дефекты азотированных изделий. 

Дефекты, вызванные нарушением режимов предварительной термической или механической обработки:

Вспучивание (вздутие) металла – образование на поверхности азотированных деталей отдельных пузырей круглой или овальной формы, которое охватывает всю поверхность детали или ее часть (Рис. 5,6).

Рисунок 5. Внешний вид детали после азотирования со вспучиванием поверхности металла. [6]

 

 

 

Рисунок 6. Микроструктура азотированного слоя в зоне вспучивания. [6]

 

Причины образования дефекта:

Вспучивание произошло из-за наличия на поверхности изделия обезуглероженного слоя, о чем свидетельствует ферритная полоса в зоне дефекта и ее отсутствие на участке, где дефекта нет, а также из-за нитридной фазы игольчатого строения.

Обезуглероженный слой образовался в процессе нагрева деталей под закалку при проведении операции улучшения. При механической обработке после улучшения он был снят неравномерно (в зоне отсутствия дефекта – полностью, в зоне дефекта – частично).

Методы устранения дефекта:

При проведении операций предварительной термической обработки следует принимать меры, исключающие возможность обезуглероживания поверхности изделия (защитные атмосферы).

При шлифовании (после улучшения) необходимо предусматривать допуск на съем металла, гарантирующий удаление обезуглероженного слоя.

Пониженная прочность сердцевины:

Причины образования дефекта:

Пониженная твердость сердцевины вызвана значительным количеством структурно-свободного феррита, который мог образоваться вследствие низкой температуры закалки, недостаточной выдержки или при значительном подстуживании перед охлаждением.

Методы устранения дефекта:

            Контроль параметров технологического  процесса.

            Контроль качества микроструктуры  и твердости до и после азотирования  по образцу-свидетелю. Если детали  имеют пониженную твердость сердцевины  после азотирования, их шлифуют, чтобы снять азотированный слой, когда не был использован допуск  на окончательной операции. Проводят  повторную предварительную ТО, азотирование  и повторный контроль качества. Если был использован весь  допуск – детали бракуют.

Пятнистая твердость слоя:

Причины образования: Неудовлетворительная подготовка поверхности детали перед азотированием.

Методы устранения дефекта: Тщательно проводить подготовку поверхности. Исправить дефект можно сошлифовав слой, имеющий пятнистую твердость и провести повторное азотирование.

Хрупкость и шелушение азотированного слоя:

Причины образования дефекта: Хрупкость и шелушение в основном вызываются пересыщением слоя азотом, образованием на поверхности сплошной корки ε-фазы.

Методы устранения дефекта: Необходимо применять двухступенчатый режим азотирования. Повышение температуры отпуска до 6800С при предварительной ТО также снижает хрупкость слоя.

Во избежание шелушения охлаждение деталей после азотирования необходимо проводить в восстановительной или слабоокислительной среде. Детали имеющие шелушение являются окончательным браком.

Выкрашивание – Локальное разрушение азотированного слоя на глубину до 0,05 мм за счет его отделения от основной толщины диффузионного слоя. Точечное выкрашивание появляется при доводочных операциях. Поверхность деталей под выкрошенным слоем темная, окисленная.