Антикоррозийное азотирование

Для повышения сопротивления коррозии стальных деталей на поверхности необходимо получить беспористый, не травящийся, антикоррозийный слой фазы (0,01-0,03мм), который стоек в атмосфере, бензине, слабых щелочных растворах. Азотирование в этом случае проводят при t = 600-700°С, продолжительность процесса 0,5-1,5 часа. Оно тоже повышает твердость, предел прочности и выносливости. Однако при этом не предъявляются высокие требования к механическим свойствам, поэтому антикоррозийное азотирование проводится при более высокой температуре и на любых сталей, даже обычных углеродистых. В зависимости от условий протекания процесса различают газовое и жидкостное азотирование. Азотирование в жидких средах называют тенифер-процесс и проводится в расплавах 40% KNC + 60% NaCN,t = 550-570°С, t = 0,5-0,3 часа. При продувании сухого воздуха на поверхности образуется 7-15мкм слой карбонитридов Fе₃(CN) с высоким сопротивлением износу. Преимущество метода незначительное изменение размеров, а недостаток: токсичность и высокая стоимость цианистых солей. Контроль качества азотирования осуществляется по твердости, по глубине слоя на образцах-свидетелях, внешним осмотром поверхности азотирования.

Шарикоподшипниковая сталь. Шарикоподшипниковая сталь прежде всего должна обладать высокой твердостью, поэтому применяют высокоуглеродистые стали типа инструментальной (иногда низкоуглеродистые в цементованном состоянии). Чтобы шарикоподшипниковая сталь легко принимала закалку (т.е. имела низкую критическую скорость закалки) и в качестве закалочной среды для нее можно было бы применять масло, сталь легируют (обычно хромом). Обозначение марки .например ШХ 15 надо расшифровывать так: шарикоподшипниковая хромистая; цифра показывает примерное содержание хрома в десятых долях процента. Хром, как указывалось, вводят для обеспечения необходимой прокаливаемости. Следовательно, чем меньше размер закаливаемой детали подшипника, тем меньше может быть содержание хрома в стали.

Рекомендуется шарики и ролики диаметром до 13,5 и 10 мм изготавливать из стали ШХ9, шарики диаметром 13,5 и 22,5 мм и ролики диаметром 10-15 мм- из стали ШХ12 и, наконец, шарики диаметром 22,5 мм и ролики диаметром 15-30 мм- из стали ШХ15. Из этой же стали следует изготавливать кольца всех размеров за исключением очень крупных; ролики диаметром свыше 30 мм и кольца с толщенной стенки свыше 15 мм- из стали марки ШХ15СГ, в которую, кроме хрома, вводят легирующие элементы- кремний и марганец, увеличивающие прокаливаемость.

Термическая обработка деталей шарикоподшипника (шарики, ролики, кольца) состоит из двух основных операций закалки и отпуска. Закалку проводят в масле, температура нагрева 830-840°С с последующим отпуском при 150-160°С в течении 1-2 ч, что обеспечивает получение твердости не ниже НRС 62. Структура должна представлять собой отпущенный очень мелко игольчатый мартенсит с равномерно распределенными избыточными карбидами.

Латуни

Латунями называют сплавы меди с цинком. Практически применяемые латуни содержат до 45% Zn. На рис.1 представлена часть диаграммы состояния Сu - Zn. В соответствии с диаграммой состояния латуни разделяются по структуре не две группы:

1. Однофазные латуни содержат до 39% Zn и имеют структуру α - твёрдого раствора замещения цинка в меди.

2. Двухфазные латуни содержат от 39% до 45% Zn и имеют структуру , где

- упорядоченный твёрдый раствор на основе химического соединения.

Микроструктура деформированной и отожженной α - латуни имееет зернистое строение и характерные полосы скольжения /двойникования/.

Вследствие различной ориентировки зёрен они травяться с разной интенсивностью. Поэтому одни зёрна выглядят более светлыми, другие более тёмными /рис.2/.

Микроструктура двухфазных латуней /рис.3/ представлена светлыми кристаллами α - раствора и тёмными кристаллами -фазы, которые травятся сильнее,

α - фаза из-за большого содержания в них цинка.

При повышении содержания цинка в α – латуни до 39% возрастает её прочность и пластичность. При дальнейшем увеличении содержания цинка до 45% прочность продолжает расти, а пластичность снижается за счёт появления в структуре твёрдой и хрупкой -фазы. Повышение содержания в них цинка улучшает обрабатываемость резанием, способность прирабатываться и противостоять износу. Одновременно уменьшается тепло- и электропроводность.

Латуни применяют чаще всего как деформируемые сплавы. Деформируемость α - латуней высока даже при комнатной температуре, в то время как двухфазные из-за наличия хрупкой -фазы деформируются только в горячем состоянии. Для устранения наклёпа холоднодеформированные латуни подвергают отжигу при температурах 500 -600°С.

Кроме латуней в технике широко применяются специальные латуни, в состав которых входят специальные легирующие добавки Al, Ni, Fe, Si, Sn и другие, которые улучшают некоторые свойства. Например, повышает коррозионную стойкость, Рb - улучшает обрабатываемость резанием, Аl - повышает твёрдость, прочность и коррозионную стойкость. Некоторые легированные латуни обладают хорошими литейными свойствами, их применяют для фасонных отливок.

Марки, химический состав, свойства и примерное назначение некоторых промышленных латуней приведены в таблице 3.

Состав, свойства и применение латуней

Таблица 3.

Марка латуни	Химический состав, Zn% -остальное			Механические свойства,				Примерное назначение
	Сu%	Прочие, %	, МПа		%	НВ
Деформируемые латуни (гост 15527-70)
Л80(ЛЦ20)	79. ..81	-	310		52	53	Листы, ленты, проволока
Л68(ЛЦ32)	67. ..70	-	330		56	56	Проволочные сетки, трубы для теплообменников, штампованные детали
Л60(ЛЦ40)	59. ..60	-	360		49	56
ЛМЦ58-2 (ЛЦ40Мц2)	57. ..60	Мn 1,0. ..2,0	440		36	100	Листы, ленты, проволока
ЛС59-1 (ЛЦ40С1)	57. ..61	Рb 0,8. ..2,0	420		45	90	Листы, ленты, трубы, поковки, прутки для шестерёнок, втулок
Литейные латуни (гост 17711 -80)
ЛЦ40С1	57... 61	Рb 0,8...2,0	215		20	90	Литьё арматуры, втулок, сепараторов шестерёнок
ЛЦЗ0АЗ	66. ..68	Al 2.0...3.0	392		15	90	Коррозионностойкие детали в судостроении
ЛЦ16К4	78. ..81	Si 3.0... 4,5	343		15	110	Арматура, работающая при температуре до 250°С
ЛЦ23А6Ж ЗМц2	64. ..68	Al 4.0. ..7.0 Fe 2,0... 4,0 Мn 1,5. ..3,0	705		7	165	Детали, работающие при высоких нагрузках, антифрикционные детали

Бронзы

Бронзами называют сплавы меди с оловом, алюминием, бериллием и другими элементами. Названия бронзам дают по основным легирующим элементам. Их подразделяют на оловянные, алюминиевые, бериллиевые и т.п.

Оловянные бронзы. Структура оловянной бронзы определяется диаграммой состояния Cu-Sn /Рис. 4/. В промышленности применяют только сплавы, содержащие до 12% олова. Сплошные линии на диаграмме характеризуют структуру, получающуюся в сплавах при очень медленном охлаждении или после длительного отжига. Обычно при производстве отливок такие условия не обеспечиваются. Поэтому на диаграмме проведены пунктирные линии, которые показывают состояние сплавов при их неравновесном ускоренном охлаждении.

При содержании олова до 6-7% микроструктура литой бронзы состоит из неоднородного α - твёрдого раствора олова в меди, т.е. является однофазной. При содержании олова более 7% структура сплавов двухфазная и состоит из α - твёрдого раствора и эвтектоида ( α + Cu₃Sn).

Оловянные бронзы обычно легируют дополнительно Zn, Fe, Рb, Ni для улучшения технологических, механических свойств и для удешевления, так как олово - дорогой металл.

По технологическому признаку различают деформируемые и литейные оловянные бронзы. Деформируемые бронзы содержат обычно 4-6% Sn , до 0,4% Р, до 4% Zn и до 2,5% Рb и имеют однофазную структуру α - твёрдого раствора. Литейные бронзы, содержащие большое количество цинка, фосфора и других элементов, имеют двухфазную структуру, состоящую из α - раствора и эвтектоида [α + Cu₃Sn(ε)]. Твёрдые включения Cu₃Sn, находящиеся в относительно мягкой основе α - раствор, придают бронзам хорошие антифрикционные свойства.

Алюминиевые бронзы. На рис.5 приведена диаграмма состояния Си-Аl. Практическое применение находят сплавы с содержанием алюминия не более 12%. Сплавы, содержащие до 9% Аl являются однофазные и их микроструктура представляет собой зёрна α - твёрдого алюминия в меди. При содержании алюминия более 9% в структуре появляется эвтектоид (α + γ'), где γ' - электронное соединение типа Cu₃₁Al₁₉. При исследовании под микроскопом избыточный α - твёрдый раствор выглядит светлым, а эвтектоид (α + γ') - тёмным, /рис.6/

Так как α - раствор очень пластичен, однофазные бронзы, содержащие до 8% алюминия, хорошо деформируются даже в холодном состоянии. Остальные сплавы можно подвергать деформации только в горячем состоянии в связи с повышенной твёрдостью и

хрупкостью γ' - фазы. Алюминиевые бронзы имеют хорошие литейные свойства. Применение находят как двойные сплавы Сu-Al, так и дополнительные легированные никелем, марганцем, железом и другими элементами, которые улучшают свойства сплавов. Например, никель повышает износостойкость и теплостойкость.

Алюминиевые бронзы хорошо сопротивляются коррозии. Имеют хорошие механические и технологические свойства, более дешевы, чем оловянные. Сплавы, испытывающие эвтектоидное превращение /рис.5/ способны упрочняться термической обработкой, включающей закалку и старение. Такие сплавы могут быть использованы для

изготовления деталей.

Бериллиевые бронзы. Наибольшее применение находит бронза, содержащая около 2% бериллия. Диаграмма состояния Сu-Be приведена на рис.7.

Растворимость бериллия в меди уменьшается с 2,7% при 866°С до 0,2 при 300°С. Это даёт возможность производить закалку и старение бериллиевой бронзы. После термообработки, изделия из бериллиевой бронзы имеют высокий предел прочности, отличные упругие свойства и хорошо сопротивляются коррозии.

Бронзы маркируются следующим образом. Марка начинается с букв «Бр», легирующие элементы обозначаются буквами русского названия элементов (Ф - фосфор, Б - бериллий, А - алюминий, Ж - железо и т.п.), цифра, следующая за буквой, указывает процент соответствующих элементов.

Марки, химический состав, свойства и примерное назначение некоторых бронз приведены в таблице 4.