Силицирование

Для существенного увеличения срока службы ответственных деталей при их производстве применяются различные методы химико-термической обработки. Подобного рода воздействие оказывает влияние исключительно на поверхностные слои, в которых проходит перестроение структуры по причине износа и коррозии, концентрации напряжения. Среди всех применяемых методов изменения качеств поверхностного слоя выделим . Проводится эта процедура по различным технологиям, о которых далее поговорим подробно.

Силицирование

Содержание

• Общие сведения
• Электролизное силицирование
• Жидкостное силицирование деталей
• Силицирование в порошкообразных смесях
• Применение газовой среды
• Заключение
  • Вам также могут быть интересны статьи:

Общие сведения

Силицирование стали – процесс насыщения поверхности металла кремнием. Он не получил большое распространение в промышленности, но в некоторых случаях может применяться для изменения некоторых качеств материала. Среди особенностей данного процесса отметим следующие моменты:

1. Недостатком силицирования стали является то, что получить однородную поверхность, которая не будет иметь пор, практически невозможно. Кроме того, довольно сложно достигнуть результата, при котором на поверхности материала концентрация кремния будет велика, а сам слой при этом будет иметь хорошее сцепление с сердцевиной.
2. Если силицирование проводится в плохо насыщенной среде, то на поверхности стали и других сплавов может образовываться феррит.
3. Слишком высокая насыщенность среды, в которой проводится химико-термическая обработка, становится причиной повышения хрупкости стали. При воздействии ударной нагрузки есть вероятность появления трещин и иных дефектов.

Несмотря на достаточно большое количество недостатков данного метода обработки стали и других сплавов, он в последнее время стал часто применяться зарубежными металлургическими компаниями. Примером назовем силицирование тугоплавких металлов и титана.

Цель силицирования заключается в образовании кислостойкой поверхности, которая будет иметь минимальный показатель пористости. Кроме этого происходит частичное перестроение атомной решетки, за счет чего повышаются качества износостойкости.

Данному процессу подвергают самые различные марки стали с низким и средним содержанием углерода. Также силицирование проводится для изменения свойств поверхностного слоя деталей, которые изготавливаются из ковкого или высокопрочного чугуна, титана или других сплавов.

Многочисленные исследования, направленные на изучение данного процесса, говорят о постоянном росте интереса и возможном улучшении процесса силицирования. Однако, на сегодняшний день большинство используемых технологических процессов не позволяют получать заготовки высокого качества.

Электролизное силицирование

Силицирование молибдена или стали может проводится при применении электролизной технологии, которая предусматривает использование предназначенного для  химико-термической обработки  оборудования. Составными элементами классического оборудования являются:

1. Печь-ванна, в которую погружается заготовка и подвергается нагреву.
2. Система питания, которая может генерировать и подавать постоянные или переменные токи.
3. Система автоматического контроля заданных режимов и регулировки температуры.

Микроструктура слоев электролизного силицирования

В производственных условиях силицированию подвергают детали при установке газовых или электрических печей, которые позволяют достигнуть требуемой температуры для нагрева деталей. При газовом силицировании температура рабочей среды может повышаться до температуры 1050 градусов Цельсия. Поэтому довольно часто тигли изготавливают из специальной керамики, которая может выдержать воздействие столь высокой температуры.

Среди особенностей производственного процесса отметим следующие моменты:

• Детали, которые будут подвергаться рассматриваемому методу обработки, монтируются в предназначенных для этого емкостях. Для соблюдения технологии материалы заготовки и приспособления должны контактировать.
• Проводится заполнение тигля расплавом с кремнием.
• Проводится организация катодной защиты.
• В качества анодов используются стержни, изготавливаемые из угля или графита.
• Заготовка предварительно просушивается, после чего плавно опускают в расплав.
• Проверив надежность крепления всех элементов проводится подача тока.
• В зависимости от того, каким составом представлен используемый электролит нагрев среды проводится до температуры 950-1100 градусов Цельсия, время выдержки составляет 3-5 часов.

По завершению процесса насыщения ток электролиза отключается, после чего детали вынимаются и подвергаются дальнейшей обработке, чаще всего, закалке. Охлаждение деталей проводится на открытом воздухе, после чего обязательно выполняют промывку поверхности.

При насыщении кремнием поверхности обрабатываемых деталей рассматриваемым методом следует учитывать, что размеры могут изменяться. Именно поэтому после завершения силицирования часто проводят шлифовку поверхности.

В качестве насыщенной среды могут использоваться щелочные металлы и силикаты, часто в состав добавляются хлориды и фториды, а также вещества, которые повышают текучесть используемых силикатов.

К преимуществам данного метода отнесем следующие моменты:

1. Малый период выдержки и возможность одновременной обработки нескольких деталей определяют высокую производительность.
2. Организовать процесс обработки достаточно просто.
3. Низкая стоимость веществ, которые используются для получения среды.
4. Есть возможность получить равномерный насыщенный слой.
5. Метод идеально подходит для применения в массовом производстве.

Недостаток заключается только в сложности подготовки среды.

Жидкостное силицирование деталей

Технология силицирования в жидкости намного проще, в сравнении с вышеприведенным методом. Процесс повышения износостойкости и устойчивости к кислоте в данном случае имеет следующие особенности:

• Насыщение может проводится в печах практически в любой конструкции, что существенно снижает расходы на этапе организации производства. Могут использоваться печи, которые подходят для проведения электролизного силицирования.
• Процесс насыщения в данном случае может проводится при температуре от 900 до 1100 градусов Цельсия. Время выдержки составляет 2-10 часов. После выгрузки деталей из ванной они должны охлаждаться или подвергаться закалке.
• Среди особенностей данного процесса следует выделить то, что при нагреве среды могут образовываться газы, для отведения которых следует устанавливать вентиляционные вытяжки с бортовым отсосом.
• В качестве рабочей среды используется состав, который основан на смешивании силикатных щелочных и различных добавок, активных восстановительных веществ. Создаваемая жидкость зачастую может использоваться повторно.
• На величину поверхностного слоя оказывает воздействие соотношения концентрации основных реагирующих веществ.

Микроструктура чугуна при жидкостном силицировании

Для достижения требующегося состояния поверхностного слоя что после силицирования проводят закалку стали с последующей шлифовкой для устранения различного рода дефектов.

Преимущества приведем перечислением следующих свойств:

• Применяемое оборудование обладает универсальностью.
• Технология проста в исполнении.
• Достигается высокое качество поверхности даже сложных форм.
• Равномерность получаемого слоя.
• Относительно невысокая температура проводимого процесса.
• Невысокая цена используемой среды.

Этот метод получил высокое распространение в промышленности.

Силицирование в порошкообразных смесях

Насыщенная среда может быть представлена порошком с различными веществами, которые имеют в составе кремний. Для того чтобы во время проведения обработки деталей смесь не спекалась в ее состав добавляют и другие примеси: окись магния, шамот, окись алюминия и другие. Существенно ускорить процесс обработки в состав добавляется 1-5% хлористый аммоний или иные активные добавки. Главное условие применения порошкообразного вещества – все компоненты должны быть измельчены для получения однородной массы. В противном случае нельзя обеспечить однородность насыщения поверхностного слоя детали.

Среди особенностей данной технологии отметим:

• Обработка может проводится в защитных контейнерах или вакууме. Наиболее простой способ заключается в использовании специального закрытого бокса с повышенной герметичностью, при изготовлении которого используют сплав, обладающий тугоплавкостью.
• Цель силицирования заключается в получении однородной поверхности, которая будет обладать повышенной износостойкостью. Результат может зависеть от степени герметичности контейнера.
• Силицирование стали может проводится в печи практически любой конструкции, главное обеспечить нагрев среды до требуемой температуры.
• Силицирование титана в упаковочном контейнере проходит при температуре 1000-1200 градусов Цельсия. Время выдержки выбирается в соответствии с тем, какой толщины нужно получить слой с повышенной концентрацией кремния.
• После того как процесс обработки был завершен контейнер извлекается из печи и охлаждается на воздухе. Изделие после извлечения следует очистить от смеси, затем хорошо промыть и просушить. Ранее используемый состав при повторном использовании обновляется примерно на 15%.
• Проводя силицирование молибдена и сталей нужно учитывать тот момент, деталь и используемая смесь должны хорошо контактировать. Величина контактной поверхности и размер частиц оказывают влияние на то, как эффективно пройдет силицирование тугоплавких металлов и титана, а также стали.

Рассматривая силицирование при использовании порошкообразной среды следует учитывать, что данный метод один из самых доступных на сегодняшний день.

Преимуществами назовем следующие моменты:

• Невысокая стоимость порошка позволяет снизить себестоимость получаемых деталей.
• Равномерность получаемого покрытия повышает эксплуатационные качества.
• Простота технологии снижает финансовые расходы.

• Вакуумная печь для силицирования

Подобным образом изменяют свойства деталей.

Применение газовой среды

Рассматривая недостатки силицирования отметим, что они зависят от конкретной технологии. Довольно часто используется газовая смесь в качестве среды насыщения. Для получения среды проводится смешивание моносилана и тетрахлорид кремния. Силицирование марки углеродистой стали данным методом проводится с учетом следующих моментов:

1. Устанавливаются печи газового и электрического типа. Главное условие – конструкция должна обладать повышенной изоляцией.
2. Реторты должны изготавливаться из жаропрочных и малоуглеродистых труб.
3. Для размещения заготовок используются специальные контейнеры.
4. Нагрев среды проводится до температуры 1000 градусов Цельсия.

Рассматриваемый метод применяется в массовом производстве, так как газовая среда равномерно заполняет пространство между отдельными деталями.

Среди достоинств выделим следующие моменты:

• Метод можно использовать для обработки крупных заготовки.
• Есть возможность механизировать и автоматизировать процесс.
• Высокая скорость формирования поверхностного слоя.

Однако газовая среда обходится намного дороже.

Заключение

Рассматриваемый метод ХТО современных сталей силицированием повышает коррозионную стойкость поверхностного слоя, что позволяет использовать детали в жидкой среде. Данное свойство обеспечивается формированием высококремнистого феррита в диффузном слое. Выбор конкретного метода обработки зависит от того, каких именно свойств следует достигнуть. Жидкостные методы позволяют получать поверхность практически без пор.

Источник: stankiexpert.ru