Болаттың диффузиялық хроммен қапталуы – беттерді хроммен диффузиялық байыту, процесі, қасиеттері және қолданылуы

Диффузиялық хроммен қаптау процесс болып табылады термохимиялық өңдеу материалдың беткі қабатын қанықтырудан тұрады хром хромы жоғары температурада. Гальваникалық қаптамадан айырмашылығы, ол бетіне дайын хром жабынын жағуды қамтымайды. Хром атомдары материалға диффузияланып, негізбен байланыс түзеді. диффузиялық қабат химиялық құрамы мен микроқұрылымының біртіндеп өзгеруімен.
Хром диффузиялық қаптамасының мақсаты, ең алдымен, арттыру болып табылады тотығуға, жоғары температуралы коррозияға, агрессивті ортаға төзімділік және тиісті түрде таңдалған материалдар мен жағдайларда тозуға төзімділік.
Бұл процесс негізінен матрицадағы болат және басқа қорытпалар үшін қолданылады. želaza, бірақ диффузиялық бетті хроммен байыту технологияларын басқа металл материалдар үшін де қолдануға болады.

Диффузиялық хромдау дегеніміз не?

Процесс барысында дайындаманың беті белсенді ортада болады Chrome.
Жоғары температурада келесі жағдайлар орын алады:

1. хромның белсенді түрлерін өндіру процесс ортасында,
2. хромның жер бетіне тасымалдануы дайындама,
3. бетіндегі хром адсорбциясы,
4. хром атомдарының материалға диффузиясы,
5. хроммен байытылған қабатты жасау және – материалдың құрамына байланысты – тиісті фазалар мен қосылыстар.

Қабат өсуінің негізгі механизмі диффузия болғандықтан, оның қасиеттері ең алдымен температураға, уақытқа, қоршаған ортадағы хром белсенділігіне және субстрат материалының химиялық құрамына байланысты.

Диффузиялық хромдау және электродты хромдау

Диффузиялық хромдау классикалық электродтаумен шатастырмау керек.

Ең маңызды айырмашылық - диффузиялық хроммен қаптаудан кейін хром бетінде жататын жеке жабын түзіп қана қоймай, материал қабатының химиялық құрамдас бөлігіне айналады.

Неліктен хром бетінің кедергісін арттырады?

Chrom болаттың тотығуға және коррозияға төзімділігін арттыру үшін қолданылатын ең маңызды элементтердің бірі болып табылады.
Хром мөлшері жеткілікті жоғары болған кезде, бетінде хром оксидінің Cr тығыз қабаты пайда болуы мүмкін.₂O₃, оттегі мен қоршаған орта компоненттерінің материалға одан әрі тасымалдануын шектейді.
Бұл механизм көптеген заттардың жоғары тотығуға төзімділігінің негізгі себептерінің бірі болып табылады тот баспайтын болат, ыстыққа төзімді болат және жоғары хромды қорытпалар.
Диффузиялық хроммен қаптау жоғары қорытпалы материалдан бүкіл элементті өндірудің қажеті жоқ, негізінен беткі қабатта жоғары хром мөлшерін алуға мүмкіндік береді.

Диффузиялық хром қабатының құрылымы

Қабаттың құрылымы оның құрамына қатты тәуелді көмір субстрат материалында.
Көміртегі мөлшері аз болаттарда көміртегіге бай қатты ерітінді қабаты пайда болуы мүмкін. Chrome.
Құрамында көміртегі мөлшері көп болаттарда хром көміртекпен әрекеттесіп, түзе алады хром карбидтері.
Fe–Cr–C жүйелерінде жүретін фазаларға, басқалармен қатар, келесі карбидтер жатады:

• Cr₂₃C₆,
• Cr₇C₃,
• құрамында күрделі карбидтер де бар темір.

Сондықтан, диффузиялық хромдаудан кейінгі қабаттың қасиеттері материалдың құрамына байланысты айтарлықтай өзгеруі мүмкін.

Төмен көміртекті және жоғары көміртекті болаттарды диффузиялық хромдау

Осы себепті «диффузиялық хроммен қапталған қабат» термині барлық болат маркалары үшін бірыңғай микроқұрылымды білдірмейді.

Диффузиялық хромдау температурасы

Диффузиялық хромдау салыстырмалы түрде жоғары температураны қажет етеді, себебі диффузия жылдамдығы хром материалдағы пайдалы қабатты қалыптастыру үшін жеткілікті болуы керек.
Технологияға, материалға және қажетті қабатқа байланысты, процесс кең температура диапазонында, көбінесе шамамен ... жүргізілуі мүмкін. 850-1100 ° C.
Нақты температура келесідей таңдалуы керек:

• материал түрі,
• қажетті қабат тереңдігі,
• хроммен қаптау әдістері,
• процесс уақыты,
• хроммен қаптау ортасының құрамы,
• қажетті негізгі микроқұрылым,
• әрі қарай жылумен өңдеу.

Жоғары температура диффузияны жеделдетеді, бірақ сонымен бірге ядро ​​құрылымының, дәннің өсуінің және элементтердің деформациясының өзгеруіне әкелуі мүмкін.

Уақыттың қабаттың өсуіне әсері

Диффузиялық хромдау - бұл көбінесе диффузиямен басқарылатын процесс.
Уақыт өте келе материалдың байыту тереңдігі артады Chromeдегенмен, қабаттың өсуі әдетте уақыт өте келе сызықтық болмайды.
Көптеген диффузия процестері үшін бұл байланысты шамамен параболалық заңмен сипаттауға болады:

Қайда:

• x – диффузиялық қабаттың сипаттамалық қалыңдығы,
• k – басқалармен қатар, материалдың температурасы мен құрамына байланысты фактор,
• t – сынақ мерзімі.

Іс жүзінде кинетика күрделірек болуы мүмкін, әсіресе процесс барысында әртүрлі карбид фазалары пайда болған кезде.

Диффузиялық хромдау әдістері

Хромды жер бетіне әртүрлі әдістермен жеткізуге болады.

Классикалық әдістердің бірі - қаптама цементтеу технологиясы , онда дайындама хром көзі мен оны тасымалдауға мүмкіндік беретін активаторы бар ұнтақ қоспасына орналастырылады.

Қаптаманы цементтеу әдісімен хромдау

Қаптаманы цементтеу процесінде элемент құрамында келесі ұнтақ қоспасы бар қоршалған:

• көзі хром,
• ингредиенттің тасымалдануын қамтамасыз ететін активатор,
• қоспаның күйдіруін шектейтін инертті толтырғыш.

Қыздыру кезінде хромды материалдың бетіне тасымалдайтын ұшпа қосылыстар түзіледі.
Реакциялар бетінде жүреді, бұл белсенді хромның бөлінуіне әкеледі, содан кейін ол субстратқа диффузияланады.
Бұл процесс мысал болып табылады газ фазасындағы химиялық тасымалдау қатты күйдегі диффузиямен бірге жүреді.

Диффузиялық хромдау және тотығуға төзімділік

Хром диффузиялық қаптамасының ең маңызды қолданылуының бірі - материалдың жоғары температуралы тотығуға төзімділігін арттыру.
Аудан бай Chrome Cr-ге бай қорғаныс қабыршағын түзе алады₂O₃.
Бұл қабат жылдамдықты шектейді:

• оттегінің материалға тасымалдануы,
• металл иондарының бетіне қарай тасымалдануы,
• масштабтың одан әрі өсуі.

Бұл тотығу жылдамдығын хром мөлшері аз қорғалмаған болатқа қарағанда айтарлықтай төмен етуге мүмкіндік береді.

Диффузиялық хромдау және коррозияға төзімділік

Беттік байыту Chrome сонымен қатар көптеген коррозиялық орталарға төзімділікті жақсарта алады.
Дегенмен, тиімділік мыналарға байланысты:

• қабаттағы хром мөлшері,
• қабаттың үздіксіздігі және микроқұрылымы,
• карбидтердің болуы,
• қоршаған орта түрі,
• жұмыс температурасы,
• бетінің жағдайы.

Хроммен қаптауды коррозияның барлық түрлерінен әмбебап қорғаныс деп санауға болмайды. Жабын белгілі бір жұмыс ортасына арналған болуы керек.

Диффузиялық хроммен қаптау және тозуға төзімділік

Тиісті құрамы бар болаттарда көмір хром қатты карбидтер түзе алады, сондықтан хром диффузиялық қаптамасы айтарлықтай артуы мүмкін бетінің қаттылығы және тозуға төзімділік.
Cr типті қатты карбид фазалары ерекше маңызды.₇C₃ және Cr₂₃C₆.
Дегенмен, трибологиялық қасиеттер қабаттың бүкіл құрылымына, оның қалыңдығына, негіздің қаттылығына және тозу механизмінің түріне байланысты.

Көміртектің хром диффузиялық қаптамасына әсері

Wegiel хром қабатының құрылымына әсер ететін ең маңызды компоненттердің бірі болып табылады.
Хром - күшті карбид түзетін элемент.
Егер материалда жеткілікті көміртек болса, процесс барысында хром карбидтері түзілуі мүмкін.
Бұл қаттылықты және тозуға төзімділікті арттыруы мүмкін, бірақ сонымен бірге қатты ерітіндіде қалған хром мөлшерін шектейді.
Сондықтан, негізінен коррозияға және тотығуға төзімділікке арналған қабат, негізінен тозуға төзімділікке арналған қабаттан басқа құрылымды қажет етуі мүмкін.

Легирлеуші ​​элементтердің әсері

Диффузиялық хроммен қаптау және тот баспайтын және ыстыққа төзімді болаттар

Хромға бай қабаттың қорғаныс механизмі кедергіні қамтамасыз ететін негізгі механизмдердің біріне ұқсас. тот баспайтын және ыстыққа төзімді болаттар.
Жоғары хромды болаттарда тиісті мазмұн хром материалдың барлық көлемінде кездеседі.
Диффузиялық хроммен қаптау кезінде хромның жоғары мөлшері негізінен бетінде түзіледі.
Бұл өндірілген бөлшектің негізгі қасиеттерін өзгертілген беткі қабаттың химиялық және жоғары температуралық қасиеттерімен біріктіруге мүмкіндік береді.
Дегенмен, бұл хроммен қапталған болат барлық жағынан тот баспайтын немесе ыстыққа төзімді болатқа тең болады дегенді білдірмейді. Құрамы мен негізгі қасиеттері негізінен бастапқы материалдың қасиеттері болып қала береді.

Диффузиялық хромдау және бұрғылау

Борлау және диффузиялық хромдау диффузиялық беттің қанығу процестері болып табылады, бірақ олар әртүрлі фазалардың пайда болуына әкеледі және әртүрлі мақсаттарда қолданылады.

Диффузиялық хромдау және азоттау

W нитридтеу беті негізінен байытылған азот, ал диффузиялық хромдау кезінде – ішінде Chrome.
Азоттау әдетте әлдеқайда төмен температурада жүзеге асырылады және бетінің қаттылығын, тозуға төзімділігін және шаршауға төзімділігін арттыруда әсіресе тиімді.
Диффузиялық хроммен қаптау жоғары температураны қажет етеді, бірақ бетінің химиялық құрамын жоғары хромды материалдарға тән бағытта түбегейлі өзгертуге мүмкіндік береді.

Диффузиялық хромдау және карбюризациялау

Подчалар көміртектену беткі қабатқа енгізіледі көмірКейінірек қатаю Бұл өзектің икемділігін сақтай отырып, қатты мартенсит қабатын алуға мүмкіндік береді.
Екінші жағынан, диффузиялық хромдау қолданылады Chrome және тотығуға, коррозияға немесе тозуға төзімді қабаттың пайда болуына әкелуі мүмкін.
Көміртекті болаттарда хром мен көміртек өте қатты карбид фазаларын түзу үшін бірге жұмыс істей алады.

Диффузиялық хроммен қаптау және нитрокарбондау

Нитрокарбюризация кезінде беті негізінен байытылған азот және қосымша көмірПроцесс әдетте диффузиялық хроммен қаптауға қарағанда әлдеқайда төмен температурада жүзеге асырылады.
Нитрокарбюризация негізінен трибологиялық қасиеттерді, талма мен шаршауға төзімділікті және тиісті нұсқаларда коррозияға төзімділікті жақсарту үшін қолданылады.
Диффузиялық хроммен қаптау әсіресе бетінде хромның жоғары мөлшері және тотығуға және жоғары температуралы коррозияға төзімділік маңызды болған кезде қызықты.

Диффузиялық хромдау қаптамасын қолдану

Бұл процесті беттік кедергіні арттыру қажет болатын орталарда жұмыс істейтін бөлшектер үшін пайдалануға болады.
Типтік қолданбаларға мыналар кіреді:

• өнеркәсіптік пештердің элементтері,
• жоғары температурада жұмыс істейтін құрылғылардың бөлшектері,
• химиялық қондырғылардың элементтері,
• клапан және фитинг бөлшектері,
• жоғары температуралы тотығуға ұшыраған элементтер,
• химиялық агрессивті атмосферада жұмыс істейтін бөлшектер,
• егер түзілген қабатта қатты карбид фазалары болса, тозуға ұшырайтын элементтер,
• таңдалған құралдар мен машина бөлшектері.

Диффузиялық хроммен қаптаудың артықшылықтары

• қабаттың негізге металлургиялық байланысы,
• көптеген тұндырылған жабындарға тән классикалық өткір шекараның болмауы,
• жоғары температурада тотығуға төзімділіктің жоғарылауы,
• коррозияға төзімділікті жақсарту мүмкіндігі,
• хром карбидтері бар қабаттарда жоғары тозуға төзімділік алу мүмкіндігі,
• арзан немесе берік негізгі материалды хромға бай бетімен біріктіру мүмкіндігі.

Диффузиялық хроммен қаптаудың шектеулері

• жоғары өңдеу температурасы,
• тиісті диффузия тереңдігін алу үшін салыстырмалы түрде ұзақ уақыт қажет,
• негізгі микроқұрылымды өзгерту мүмкіндігі,
• дәннің өсу қаупі,
• элементтердің деформациялану мүмкіндігі,
• қабат құрылымының мазмұнға күшті тәуелділігі көмір,
• хромдау ортасының температурасын, уақытын және белсенділігін дәл бақылау қажеттілігі.

Хром диффузиялық қабатының сапасын бақылау

Процестің тиімділігін бағалау мыналарды қамтуы мүмкін:

• диффузиялық қабат қалыңдығын өлшеу,
• металлографиялық сараптама,
• мазмұнды таратуды талдау хром бетінен қашықтық функциясы ретінде,
• фазалар мен карбидтерді анықтау,
• өлшеу микроқаттылық,
• тотығуға төзімділік сынақтары,
• коррозияға төзімділік сынақтары,
• тозуға төзімділікті сынау, егер бұл процестің негізгі мақсаты болса.

Бетінде хромның болуы процестің дұрыс орындалуы үшін жеткілікті критерий емес. Хром концентрациясының профилі, қабат тереңдігі, оның микроқұрылымы және компоненттің нақты жұмыс жағдайларына сәйкес келетін қасиеттері де маңызды.

Хроммен қаптау – басқа термохимиялық өңдеу процестерімен салыстыру

Диффузиялық хроммен қаптау - бұл материалдың беткі қабатын диффузиялық байытудан тұратын термохимиялық өңдеу процесі Chrome.
Гальваникалық қаптамадан айырмашылығы, хроммен қаптау тек беткі жабынды ғана жасамайды. Хром материалға еніп, негізге металлургиялық түрде байланысқан қабат жасайды.
Төмен көміртекті болаттарда қабат негізінен хромға бай Fe-Cr ерітіндісі болуы мүмкін, бірақ қолжетімділігі артып келеді. көмір қатты хром карбидтерінің маңыздылығы артады.
Осының арқасында хром диффузиялық қаптамасын арттыру үшін де жасауға болады тотығуға және жоғары температуралы коррозияға төзімділіксондай-ақ – тиісті материалдық реттеулерде – қаттылық және тозуға төзімділік.
Процесс салыстырмалы түрде жоғары температураны және сәйкесінше ұзақ уақытты қажет етеді, сондықтан технологияны жобалау кезінде қабаттың қасиеттерін ғана емес, сонымен қатар өзектің микроқұрылымы мен қасиеттеріндегі мүмкін өзгерістерді де ескеру қажет.

Болаттың жылулық және термохимиялық өңдеу әдістері

Хроммен қаптау - болаттың микроқұрылымы мен қасиеттерін өзгерту үшін қолданылатын процестердің бірі ғана. Қажетті әсерге байланысты қалыпқа келтіру, кернеуді жеңілдету, қатайту, шынықтыру және т.б., сондай-ақ карбюризациялау, нитридтеу және басқа да термохимиялық процестер қолданылады.

Болаттың термиялық өңдеу әдістері

• Болатты қалыпқа келтіру – дәнді тазарту және микроқұрылымды біріктіру.
• Стресстен арылу үшін күйдіру – қалдық кернеулердің азаюы.
• Болаттың жұмсартылуы – қаттылықты азайту және одан әрі өңдеуге сезімталдықты жақсарту.
• Толық күйдіру – аустениттеу және баяу салқындату.
• Изотермиялық күйдіру – дұрыс таңдалған температурада ұстап тұру кезінде жүзеге асырылатын түрлендіру.
• Шар тәрізді күйдіру – сфероидизация – цементит немесе басқа карбидтердің морфологиясының өзгеруі.
• Қайта кристалдау күйдіру – ұсақтаудың әсерін жою және пластикалықты қалпына келтіру.
• Гомогенизациялау күйдіруі – материалдың бөлінуін азайту және құрамын біртекті ету.
• Қатайту және термиялық өңдеу – шыңдау және шынықтыру арқылы микроқұрылым мен қасиеттерді қалыптастыру.
• Болат шыңдау – шыңдалғаннан кейін болат қасиеттерінің бақыланатын модификациясы.
• Индукциялық қатайту – беттік индукциялық қыздыру және жылдам салқындату.
• Жалынның қатаюы – жалынмен жергілікті қыздырғаннан кейін бетінің қатаюы.
• Қаныққандық – тиісті жылу циклі арқылы аса қаныққан қатты ерітінді алу.
• Қартаю – материалды нығайтуға әкелетін бақыланатын фазалық бөліну.

Болаттың термохимиялық өңдеу әдістері

• Болатты азоттау – беткі қабатты азотпен диффузиялық байыту.
• Болатты карбюрациялау – беттің көміртекпен диффузиялық байытылуы.
• Карбонитрид – беткі қабатты көміртек және азотпен бір мезгілде байыту.
• Нитрокарбюризация / нитрокарбюризация – қабатты ең алдымен азот және көміртекпен байыту.
• Бұрғылау – беттің бормен диффузиялық қанығуы.
• Диффузиялық хроммен қаптау – қабатты хроммен диффузиялық байыту.
• Диффузиялық алюминийлеу – алюминийдегі қабатты диффузиялық байыту.