Карбонитрирование стали – особый способ химико-термической обработки стальных деталей, который предусматривает улучшение свойств прочности, стойкости к усталости металла и устойчивости к коррозии. Суть такой обработки заключаться в усилении верхних слоев стали путем насыщения ее азотом и углеродом. Процесс насыщения происходит путем диффузного обмена, в процессе окунания металлов в расплав солей.
Содержание
- Технология карбонитрации стали
- Свойства карбонитрированного слоя
- Применяемое оборудование
- Вам также могут быть интересны статьи:
Технология карбонитрации стали
Карбонитрация может проводиться деталями любых размеров, из любых сплавов стали и чугуна. Причем возможно подвергать обработке только отдельные участки детали, повышение твердости которых необходимо. Для этого процесса применяется состав солей, в основе которых лежат меламин и дицианидиамид. Соли расплавляются при температуре свыше 550 градусов. Длительность выдержки обрабатываемых деталей может значительно разниться. Для небольших предметов, в основном режущего инструмента, достаточно получаса вдержки. Большие предметы могут обрабатываться более 4 часов. Расчет времени проводится на основе размеров предмета, требуемых конечных характеристик и необходимый толщины карбонизированного слоя.
Технология не слишком сложная, главное соблюдать требуемый диапазон рабочих температур и учитывать марку стали обрабатываемых деталей.
Стоит отметить, что с помощью такой химико-термической обработки можно полностью заменить процессы закалки, хромирования, цементации и гальванизации.
Она помогает добиться повышенных характеристик прочности стали, устойчивости к коррозии и воздействию высоких нагрузок.
В конце обработки на поверхности стали образуется несколько слоев. Первый слой – карбонидный, защищающий сердцевину. С каждым новым слоем концентрация азота и углерода в составе стали уменьшается.
Традиционная технология выглядит следующим образом:
- предмету придается конечная форма и требуемые геометрические параметры, после чего он направляется на обработку (если требуется полировка, размеры детали можно немного увеличить);
- проводится первичная обработка, в которую входит очистка от загрязнений, окисления и обезжиривается поверхность;
- нагрев и опускание в соленую смесь;
- после карбонитрации сталь охлаждается (можно применять различные методы, используя воду, масло, или оставляя на воздухе);
- конечная очистка, промывка и просушка.
Эта технология становиться все более популярной из-за ряда преимуществ, выделяющих ее среди аналогов. К ним можно отнести:
- Качество верхнего слоя. Карбонитридная структура значительно превышает характеристики нитридных, так как она более пластичная и не такая хрупкая.
- Экологичность. Данный процесс наиболее экологически чистый среди аналогов, так как в процессе производства практически не выделяются испарения.
- Равномерность. В расплавленных солях металл равномерно прогревается, из-за чего диффузные процессы более качественные.
- Отсутствие деформации. Температуры расплавленных солей недостаточно для того, чтобы на поверхности предмета образовалось напряжение и произошла деформация. Изначальные и конечные геометрические параметры детали не отличаются.
- Повышение стойкость. Обработанные предметы становятся более стойкими к нагрузкам, воздействию коррозии и становятся более долговечными. Каждый из этих параметров может превышать первоначальные более чем на 70%.
- Пластичность покрытия. Готовое покрытие становится менее хрупким, что особо важно в процессе эксплуатации готовых деталей, особенно режущих кромок. При этом снижается коэффициент трения, что также значительно увеличивает срок эксплуатации.
- С помощью карбонитрации сталь даже низких марок, пример, стали 20 марки, которые не отличаются прочностными характеристиками, можно улучшать, приближая их свойства к параметрам дорогих марок стали, которые сложнее обрабатывать. Это позволяет экономить не только на покупке сырья, но и на процессе обработки.
- Обработанные детали не требуют дополнительной обработки. После выполнения карбонитрации, деталь или предмет можно полноценно эксплуатировать. В некоторых случаях требуется поверхностная обработка, которая не влияет на физические свойства.
Из-за безопасности и простоты технологии, ее можно выполнять даже в домашних условиях, но проще воспользоваться услугами, которые предоставляют некоторые предприятия и небольшие мастерские. Особенно если требуется разовая обработка, так как нецелесообразно устанавливать специальную печь и искать подходящую солевую смесь.
Подобная обработка широко распространена для следующих предметов:
- режущий инструмент, в том числе ножи, сверла для электроинструмента, фрезы для станков;
- формы для прессов, предусматривающих воздействие высокого давления;
- элементы пары трения и зубчатых передач, в том числе шестерни, валы и колеса;
- детали и элементы насосных установок.
Номенклатура обрабатываемых предметов постоянно растет, очень часто производители для надежности обрабатывают весь спектр производимых деталей, независимо от того, требуется она или нет. Это обусловлено простотой и относительной дешевизной такой процедуры.
Свойства карбонитрированного слоя
Процесс карбонитрации довольно прост, но для успешного завершения обработки стоит строго придерживаться технологии и не пренебрегать ни одним из пунктов. В конечном итоге готовый результат должен иметь следующие свойства:
- Толщина карбонидного слоя должна составлять более 0,01 мм и менее 0,6 мм.
- Твердость полученного слоя должна соответствовать показателям диапазона 400-1200 HV.
- Должна отсутствовать хрупкость обработанного слоя.
- Коэффициент трения материала снижается более чем в полтора раза.
- Стойкость стали к износу должна увеличиться в два и боле раз.
- Усталостная прочность обработанного материала повышается в полтора раза.
- Обработанная деталь не должна терять форму, искривляться и коробиться.
- Устойчивость к коррозийным процессам повышается более чем в 2 раза.
Если обработанный материал не соответствует хотя бы одному из вышеуказанных свойств, это может свидетельствовать о нарушении технологии выполнения и несоответствии готового результата с первоначальными требованиями.
Например, высокий коэффициент трения негативно влияет на износостойкость деталей, сохранность карбонидного слоя, сохранение геометрических параметров во время эксплуатации и срок эксплуатации.
Применяемое оборудование
Оборудование для карбонитрации представлено на рынке различными моделями, которые отличаются мощностью, степенью автоматизации и количеством выполняемых работ. Для промышленных предприятий лучше всего подходят модульные линии обработки, которые состоят из подготовительного, основного, экологического модулей. Некоторые модели дополняются модулями промывки и охлаждения.
- Подготовительный модуль – состоит печи, в которую загружается смесь солей и обрабатываемый материал, в зависимости от требований может компоноваться оборудованием для мойки и обезжиривания деталей. На этом этапе детали подготавливаются к обработке, очищаются и подогреваются.
- Основной – состоит из оборудования для карбонитрации. Может дополняться оборудованием в зависимости от типа обрабатываемых предметов. В этом модуле может быть установлена печь двух типов: печь-ванна и электронная, предусматривающие нагрев до 1000 градусов. Установка печи и другого оборудования производиться таким образом, чтобы в случае поломки их можно было оперативно заменить.
- Модуль охлаждения и промывки — на этом этапе обработанные детали охлаждаются в подходящей среде, и очистки от следов соли.
- Экологический – предусматривает избавление от отходов, фильтруя их и собирая в специальных стоках.
На сегодняшний день можно найти качественное оборудование как импортного, так и отечественного производства, причем большинство производителей предоставляют услуги индивидуального планирования. В процессе разработки проекта учитывается необходимая мощность, количество процессов обработки, размеры и особенности производственного цеха и другие пожелания клиента.
Источник: