Главная | Обратная связь

Применение термической обработки

Термическая обработка, вызывая разнообразные по природе структурные изменения, позволяет управлять строением металлов и сплавов и получать изделия с требуемым комплексом механических, физических и химических свойств. Благодаря этому, а также простоте и дешевизне оборудования термическая обработка является самым распространённым в промышленности способом изменения свойств металлических материалов.

На металлургических заводах применяют гомогенизационный отжиг слитков для повышения их пластичности перед обработкой давлением, рекристаллизационный отжиг листов, лент, труб и проволоки для снятия наклёпа между операциями холодной обработки давлением и после неё, закалку, отпуск, старение и термомеханическую обработку для упрочнения проката и прессованных изделий. На машиностроительных заводах отжигают поковки и др. заготовки для уменьшения твёрдости и улучшения обрабатываемости резанием, применяют закалку, отпуск, старение и химико-термическую обработку разнообразных деталей машин, а также инструмента для повышения их прочности, твёрдости, ударной вязкости, сопротивления усталости и износу и отжигают изделия для уменьшения остаточных напряжений. В приборостроении, электротехнической и радиотехнической промышленности с помощью отжига, закалки, отпуска и старения изменяют механические, электрические, магнитные и др. физические свойства металлов и сплавов.

О величине изменения механических свойств при термической обработке металлов дают представление следующие примеры. Рекристаллизационный отжиг холоднокатаной меди снижает предел прочности с 400 до 220 Мн/м² (с 40 до 22 кгс/мм²), одновременно повышая относительное удлинение с 3 до 50%. Отожжённая сталь У8 имеет твёрдость 180 НВ; закалка повышает твёрдость этой стали до 650 НВ. Сталь 38 ХМЮА после закалки имеет твёрдость 470 HV, а после азотирования твёрдость поверхностного слоя достигает 1200 HV. Предел прочности дуралюмина Д16 после отжига, закалки и естественного старения равен соответственно 200, 300 и 450 Мн/м² (20, 30 и 45 кгс/мм²). У бериллиевой бронзы Бр. Б2 предел упругости (s_0,002) после закалки равен 120 Мн/м² (12 кгс/мм²), а после старения 680 Мн/м² (68 кгс/мм²).

 

2.1.1.1. Технологические возможности и особенности термической обработки

 

Технологические возможности и особенности отжига и нормализации

При разработке технологии необходимо установить:

– режим нагрева деталей (температуру и время нагрева);

– характер среды, где осуществляется нагрев, и ее влияние на материал стали;

– условия охлаждения.

Режимы термической обработки назначают в соответствии с диаграммами состояния и диаграммой изотермического распада аустенита.

Нагревможет осуществляться в нагревательных печах, топливных или электрических, в соляных ваннах или в ваннах с расплавленным металлом, пропусканием через изделие электрического тока или в результате индукционного нагрева.

С точки зрения производительности, нагрев с максимальной скоростью уменьшает окалинообразование, обезуглероживание и рост аустенитного зерна. Однако необходимо учитывать перепад температур по сечению, что ведет к возникновению термических напряжений. Если растягивающие напряжения превысят предел прочности или предел текучести, то возможно коробление или образование трещин.

Рис. 2.2. Часть диаграммы состояния железо – цементит

и температурные области нагрева при термической обработке сталей

 

Скорость нагрева тем выше, чем менее легирована сталь, однороднее ее структура, проще конфигурация.

Скорость нагрева принимается 0,8…1 мин на 1 мм сечения. Время выдержки принимается около 20 % от времени нагрева.

Среда нагрева при нагреве в печи с газовой средой.

Составляющие могут оказывать на сталь различное действие:

- окисляющее (О₂, СО₂, Н₂О);

- восстанавливающее (СО, СН₄);

- обезуглероживающее (О₂, Н₂);

- науглероживающее (СО, СН₄);

- нейтральное (N₂, инертные газы).

Окисление с образованием окалины _, препятствует получению высокой и равномерной твердости при закалке, приводит к изменению размеров, требует увеличения припусков на механическую обработку.

Обезуглероживание (выгорание углерода в поверхностном слое металла) способствует появлению мягких пятен при закалке и возникновению растягивающих напряжений в поверхностном слое, снижающих усталостную прочность.

На рис. 2.2. показаны температурные области нагрева при термической обработке сталей.

 

Отжиг и нормализация. Назначение и режимы

Отжиг, снижая твердость и повышая пластичность и вязкость за счет получения равновесной мелкозернистой структуры, позволяет:

– улучшить обрабатываемость заготовок давлением и резанием;

– исправить структуру сварных швов, перегретой при обработке давлением и литье стали;

– подготовить структуру к последующей термической обработке.

Характерно медленное охлаждение со скоростью 30…100^оС/ч.

 

Отжиг первого рода

1. Гомогенизирующий (диффузионный) отжиг. Применяется для устранения ликвации, выравнивания химического состава сплава.

В его основе – диффузия. В результате нагрева выравнивается состав, растворяются избыточные карбиды. Применяется, в основном, для легированных сталей.

Температура нагрева зависит от температуры плавления, Т_Н = 0,8 Т_пл.

Продолжительность выдержки: часов.

2. Рекристаллизационный отжиг проводится для снятия напряжений после холодной пластической деформации.

Температура нагрева связана с температурой плавления: Т_Н = 0,4 Т_пл.

Продолжительность зависит от габаритов изделия.

3. Отжиг для снятия напряжений после горячей обработки (литья, сварки, обработки резанием, когда требуется высокая точность размеров).

Температура нагрева выбирается в зависимости от назначения, находится в широком диапазоне: Т_Н = 160…700^oС.

Продолжительность зависит от габаритов изделия.

Детали прецизионных станков (ходовые винты, высоконагруженные зубчатые колеса, червяки) отжигают после основной механической обработки при температуре 570…600^oС в течение 2…3 часов, а после окончательной механической обработки, для снятия шлифовочных напряжений – при температуре 160…180^oС в течение 2…2,5 часов.

Отжиг второго рода предназначен для изменения фазового состава.

Температура нагрева и время выдержки обеспечивают нужные структурные превращения. Скорость охлаждения должна быть такой, чтобы успели произойти обратные диффузионные фазовые превращения.

Является подготовительной операцией, которой подвергают отливки, поковки, прокат. Отжиг снижает твердость и прочность, улучшает обрабатываемость резанием средне- и высокоуглеродистых сталей. Измельчая зерно, снижая внутренние напряжения и уменьшая структурную неоднородность способствует повышению пластичности и вязкости.

В зависимости от температуры нагрева различают отжиг:

1. полный, с температурой нагрева на 30…50^oС выше критической температуры А₃

Проводится для доэвтектоидных сталей для исправления структуры.

При такой температуре нагрева аустенит получается мелкозернистый, и после охлаждения сталь имеет также мелкозернистую структуру.

2. неполный, с температурой нагрева на 30…50^oС выше критической температуры А₁

Применяется для заэвтектоидных сталей. При таком нагреве в структуре сохраняется цементит вторичный, в результате отжига цементит приобретает сферическую форму (сфероидизация). Получению зернистого цементита способствует предшествующая отжигу горячая пластическая деформация, при которой дробится цементитная сетка. Структура с зернистым цементитом лучше обрабатываются и имеют лучшую структуру после закалки. Неполный отжиг является обязательным для инструментальных сталей.

Иногда неполный отжиг применяют для доэвтектоидных сталей, если не требуется исправление структуры (сталь мелкозернистая), а необходимо только понизить твердость для улучшения обрабатываемости резанием.

3. циклический или маятниковый отжиг применяют, если после проведения неполного отжига цементит остается пластинчатым. В этом случае после нагрева выше температуры А₁ следует охлаждение до 680^oС, затем снова нагрев до температуры 750…760^oС и охлаждение. В результате получают зернистый цементит.

4. изотермический отжиг – после нагрева до требуемой температуры, изделие быстро охлаждают до температуры на 50…100^oС ниже критической температуры А₁ и выдерживают до полного превращения аустенита в перлит, затем охлаждают на спокойном воздухе (рис.2.3). Температура изотермической выдержки близка к температуре минимальной устойчивости аустенита.

В результате получают более однородную структуру, так как превращение происходит при одинаковой степени переохлаждения. Значительно сокращается длительность процесса. Применяют для легированных сталей.

 

Рис. 2.3. Режимы изотермического отжига

 

5. нормализация – разновидность отжига.

Термическая обработка, при которой изделие нагревают до аустенитного состояния, на 30…50^оС выше А₃ или А_ст с последующим охлаждением на воздухе.

или

В результате нормализации получают более тонкое строение эвтектоида (тонкий перлит или сорбит), уменьшаются внутренние напряжения, устраняются пороки, полученные в процессе предшествующей обработки. Твердость и прочность несколько выше, чем после отжига.

В заэвтектоидных сталях нормализация устраняет грубую сетку вторичного цементита.

Нормализацию чаще применяют как промежуточную операцию, улучшающую структуру. Иногда проводят как окончательную обработку, например, при изготовлении сортового проката.

Для низкоуглеродистых сталей нормализацию применяют вместо отжига.

Для среднеуглеродистых сталей нормализацию или нормализацию с высоким отпуском применяют вместо закалки с высоким отпуском. В этом случае механические свойства несколько ниже, но изделие подвергается меньшей деформации, исключаются трещины.

 

 

Технологические особенности и возможности закалки и отпуска

1. Закалка

2. Способы закалки

3. Отпуск

4. Отпускная хрупкость

 

Закалка

Конструкционные стали подвергают закалке и отпуску для повышения прочности и твердости, получения высокой пластичности, вязкости и высокой износостойкости, а инструментальные – для повышения твердости и износостойкости.

Верхний предел температур нагрева для заэвтектоидных сталей ограничивается, так как приводит к росту зерна, что снижает прочность и сопротивление хрупкому разрушению.

Основными параметрами являются температура нагрева и скорость охлаждения. Продолжительность нагрева зависит от нагревательного устройства, по опытным данным на 1 мм сечения затрачивается: в электрической печи – 1,5…2 мин.; в пламенной печи – 1 мин.; в соляной ванне – 0,5 мин.; в свинцовой ванне – 0,1…0,15 мин.

По температуре нагрева различают виды закалки:

– полная, с температурой нагрева на 30…50^oС выше критической температуры А₃

.

Применяют ее для доэвтектоидных сталей. Изменения структуры стали при нагреве и охлаждении происходят по схеме:

.

Неполная закалка доэвтектоидных сталей недопустима, так как в структуре остается мягкий феррит. Изменения структуры стали при нагреве и охлаждении происходят по схеме:

– неполная с температурой нагрева на 30…50 ^oС выше критической температуры А₁

Применяется для заэвтектоидных сталей. Изменения структуры стали при нагреве и охлаждении происходят по схеме:

.

После охлаждения в структуре остается вторичный цементит, который повышает твердость и износостойкость режущего инструмента.

После полной закалки заэвтектоидных сталей получают дефектную структуру грубоигольчатого мартенсита.

Заэвтектоидные стали перед закалкой обязательно подвергают отжигу – сфероидизации, чтобы цементит имел зернистую форму.

Охлаждение при закалке.

Для получения требуемой структуры изделия охлаждают с различной скоростью, которая в большой степени определяется охлаждающей средой, формой изделия и теплопроводностью стали.

Режим охлаждения должен исключить возникновение больших закалочных напряжений. При высоких скоростях охлаждения при закалке возникают внутренние напряжения, которые могут привести к короблению и растрескиванию.

Внутренние напряжения, уравновешиваемые в пределах макроскопических частей тела, называются напряжениями I рода. Они ответственны за искажение формы (коробление) и образование трещин при термообработке. Причинами возникновения напряжений являются:

- различие температуры по сечению изделия при охлаждении;

- разновременное протекание фазовых превращений в разных участках изделия.

Для предупреждения образования трещин необходимо избегать растягивающих напряжений в поверхностных слоях изделия. На характер распределения напряжений при закалке, помимо режима охлаждения, оказывает влияние и температура нагрева под закалку. Перегрев содействует образованию закалочных трещин, увеличивает деформации.

Режим охлаждения должен также обеспечить необходимую глубину закаленного слоя.

Оптимальный режим охлаждения: максимальная скорость охлаждения в интервале температур А₁ – M_Н, для предотвращения распада переохлажденного аустенита в области перлитного превращения, и минимальная скорость охлаждения в интервале температур мартенситного превращения M_Н – M_К, с целью снижения остаточных напряжений и возможности образования трещин. Очень медленное охлаждение может привести к частичному отпуску мартенсита и увеличению количества аустенита остаточного, а следовательно к снижению твердости.

В качестве охлаждающих сред при закалке используют воду при различных температурах, технические масла, растворы солей и щелочей, расплавленные металлы.

Вода имеет существенный недостаток: высокая скорость охлаждения в интервале мартенситного превращения приводит к образованию закалочных дефектов. С повышением температуры воды ухудшается ее закалочная способность.

Наиболее высокой и равномерной охлаждающей способностью отличаются холодные 8…12 %-ные водные растворы NaCl и NaOH. Они мгновенно разрушают паровую рубашку, и охлаждение происходит более равномерно и на стадии пузырькового кипения.

Увеличения охлаждающей способности достигают при использовании струйного или душевого охлаждения, например, при поверхностной закалке.

Для легированных сталей с высокой устойчивостью аустенита используют минеральное масло (нефтяное). Обеспечивающее небольшую скорость охлаждения в интервале температур мартенситного превращения и постоянство закаливающей способности. Недостатками минеральных масел являются повышенная воспламеняемость, низкая охлаждающая способность в интервале температур перлитного превращения, высокая стоимость.

При выборе охлаждающей среды необходимо учитывать закаливаемость и прокаливаемость стали.

Закаливаемость – способность стали приобретать высокую твердость при закалке.

Закаливаемость определяется содержанием углерода. Стали с содержанием углерода менее 0,20 % не закаливаются.

Прокаливаемость – способность получать закаленный слой с мартенситной и троосто-мартенситной структурой, обладающей высокой твердостью, на определенную глубину.

За глубину закаленной зоны принимают расстояние от поверхности до середины слоя, где в структуре одинаковые объемы мартенсита и троостита.

Чем меньше критическая скорость закалки, тем выше прокаливаемость. Укрупнение зерен повышает прокаливаемость.

Если скорость охлаждения в сердцевине изделия превышает критическую то сталь имеет сквозную прокаливаемость.

Нерастворимые частицы и неоднородность аустенита уменьшают прокаливаемость.

Характеристикой прокаливаемости является критический диаметр.

Критический диаметр – максимальное сечение, прокаливающееся в данном охладителе на глубину, равную радиусу изделия.

С введением в сталь легирующих элементов закаливаемость и прокаливаемость увеличиваются (особенно молибден и бор, кобальт – наоборот).

 

Способы закалки

В зависимости от формы изделия, марки стали и нужного комплекса к свойству применяют различные способы охлаждения (рис.2.4)

Рис.2.4. Режимы закалки

 

1. Закалка в одном охладителе (V₁).

Нагретую до нужной температуры деталь переносят в охладитель и полностью охлаждают. В качестве охлаждающей среды используют:

– воду – для крупных изделий из углеродистых сталей;

– масло – для небольших деталей простой формы из углеродистых сталей и изделий из легированных сталей.

Основной недостаток – значительные закалочные напряжения.

2. Закалка в двух сферах или прерывистая (V₂).

Нагретое изделие предварительно охлаждают в более резком охладителе (вода) до температуры ~ 300⁰C и затем переносят в более мягкий охладитель (масло).

Прерывистая закалка обеспечивает максимальное приближение к оптимальному режиму охлаждения.

Применяется в основном для закалки инструментов.

Недостаток: сложность определения момента переноса изделия из одной среды в другую.

3. Ступенчатая закалка (V₃).

Нагретое до требуемой температуры изделие помещают в охлаждающую среду, температура которой на 30 – 50^oС выше точки М_Н и выдерживают в течении времени, необходимого для выравнивания температуры по всему сечению. Время изотермической выдержки не превышает периода устойчивости аустенита при заданной температуре.

В качестве охлаждающей среды используют расплавленные соли или металлы. После изотермической выдержки деталь охлаждают с невысокой скоростью.

Способ используется для мелких и средних изделий.

4. Изотермическая закалка (V₄).

Отличается от ступенчатой закалки продолжительностью выдержки при температуре выше М_Н, в области промежуточного превращения. Изотермическая выдержка обеспечивает полное превращение переохлажденного аустенита в бейнит. При промежуточном превращении легированных сталей кроме бейнита в структуре сохраняется аустенит остаточный. Образовавшаяся структура характеризуется сочетанием высокой прочности, пластичности и вязкости. Вместе с этим снижается деформация из-за закалочных напряжений, уменьшаются и фазовые напряжения.

В качестве охлаждающей среды используют расплавленные соли и щелочи.

Применяются для легированных сталей.

5. Закалка с самоотпуском.

Нагретые изделия помещают в охлаждающую среду и выдерживают до неполного охлаждения. После извлечения изделия, его поверхностные слои повторно нагреваются за счет внутренней теплоты до требуемой температуры, то есть осуществляется самоотпуск. Применяется для изделий, которые должны сочетать высокую твердость на поверхности и высокую вязкость в сердцевине (инструменты ударного действия: молотки, зубила).

 

Отпуск

Отпуск является окончательной термической обработкой.

Целью отпуска является повышение вязкости и пластичности, снижение твердости и уменьшение внутренних напряжений закаленных сталей.

С повышением температуры нагрева прочность обычно снижается, а пластичность и вязкость растут. Температуру отпуска выбирают, исходя из требуемой прочности конкретной детали.

Различают три вида отпуска:

1. Низкий отпуск с температурой нагрева Т_н = 150…300^oС.

В результате его проведения частично снимаются закалочные напряжения. Получают структуру – мартенсит отпуска.

Проводят для инструментальных сталей; после закалки токами высокой частоты; после цементации.

2. Средний отпуск с температурой нагрева Т_н = 300…450^oС.

Получают структуру – троостит отпуска, сочетающую высокую твердость 40…45HRC c хорошей упругостью и вязкостью.

Используется для изделий типа пружин, рессор.

3. Высокий отпуск с температурой нагрева Т_н = 450…650^oС.

Получают структуру, сочетающую достаточно высокую твердость и повышенную ударную вязкость (оптимальное сочетание свойств) – сорбит отпуска.

Используется для деталей машин, испытывающих ударные нагрузки.

Комплекс термической обработки, включающий закалку и высокий отпуск, называется улучшением.

 

Отпускная хрупкость

Обычно с повышением температуры отпуска ударная вязкость увеличивается, а скорость охлаждения не влияет на свойства. Но для некоторых сталей наблюдается снижение ударной вязкости. Этот дефект называется отпускной хрупкостью (рис. 2.5).

Рис.2.5. Зависимость ударной вязкости от температуры отпуска

 

Отпускная хрупкость I рода наблюдается при отпуске в области температур около 300^oС. Она не зависит от скорости охлаждения.

Это явление связано с неравномерностью превращения отпущенного мартенсита. Процесс протекает быстрее вблизи границ зерен по сравнению с объемами внутри зерна. У границ наблюдается концентрация напряжений, поэтому границы хрупкие.

Отпускная хрупкость I рода “необратима“, то есть при повторных нагревах тех же деталей не наблюдается.

Отпускная хрупкость II рода наблюдается у легированных сталей при медленном охлаждении после отпуска в области 450…650^oС.

При высоком отпуске по границам зерен происходит образование и выделение дисперсных включений карбидов. Приграничная зона обедняется легирующими элементами. При последующем медленном охлаждении происходит диффузия фосфора к границам зерна. Приграничные зоны обогащаются фосфором, снижаются прочность и ударная вязкость. Этому дефекту способствуют хром, марганец и фосфор. Уменьшают склонность к отпускной хрупкости II рода молибден и вольфрам, а также быстрое охлаждение после отпуска.

Отпускная хрупкость II рода “обратима“, то есть при повторных нагревах и медленном охлаждении тех же сталей в опасном интервале температур дефект может повториться.

Стали, склонные к отпускной хрупкости II рода, нельзя использовать для работы с нагревом до 650^oС без последующего быстрого охлаждения.

 

2.1.2. Химико-термическая обработка

 

Химико-термическая обработка (ХТО) – процесс изменения химического состава, микроструктуры и свойств поверхностного слоя детали.

Изменение химического состава поверхностных слоев достигается в результате их взаимодействия с окружающей средой (твердой, жидкой, газообразной, плазменной), в которой осуществляется нагрев.

В результате изменения химического состава поверхностного слоя изменяются его фазовый состав и микроструктура,

Основными параметрами химико-термической обработки являются температура нагрева и продолжительность выдержки.

В основе любой разновидности химико-термической обработки лежат процессы диссоциации, адсорбции, диффузии.

Диссоциация – получение насыщающего элемента в активированном атомарном состоянии в результате химических реакций, а также испарения.

Например,

Адсорбция – захват поверхностью детали атомов насыщающего элемента.

Адсорбция – всегда экзотермический процесс, приводящий к уменьшению свободной энергии.

Диффузия – перемещение адсорбированных атомов вглубь изделия.

Для осуществления процессов адсорбции и диффузии необходимо, чтобы насыщающий элемент взаимодействовал с основным металлом, образуя твердые растворы или химические соединения.

Химико-термическая обработка является основным способом поверхностного упрочнения деталей.

Основными разновидностями химико-термической обработки являются:

- цементация (насыщение поверхностного слоя углеродом);

- азотирование (насыщение поверхностного слоя азотом);

- нитроцементация или цианирование (насыщение поверхностного слоя одновременно углеродом и азотом);

- диффузионная металлизация (насыщение поверхностного слоя различными металлами).

Химико-термическая обработка включает следующие виды: цементация, азотирование, нитроцементация и диффузионная металлизация

 

2.1.2.1. Назначение и технология видов химико-термической обработки: цементации, азотирования нитроцементации и диффузионной металлизации

 

Цементация

Цементация – химико-термическая обработка, заключающаяся в диффузионном насыщении поверхностного слоя атомами углерода при нагреве до температуры 900…950 ^oС.

Цементации подвергают стали с низким содержанием углерода (до 0,25 %).

Нагрев изделий осуществляют в среде, легко отдающей углерод. Подобрав режимы обработки, поверхностный слой насыщают углеродом до требуемой глубины.

Глубина цементации (h) – расстояние от поверхности изделия до середины зоны, где в структуре имеются одинаковые объемы феррита и перлита ( h. = 1…2 мм).

Степень цементации – среднее содержание углерода в поверхностном слое (обычно, не более 1,2 %).

Более высокое содержание углерода приводит к образованию значительных количеств цементита вторичного, сообщающего слою повышенную хрупкость.

На практике применяют цементацию в твердом и газовом карбюризаторе (науглероживающей среде).

Участки деталей, которые не подвергаются цементации, предварительно покрываются медью (электролитическим способом) или глиняной смесью.

 

Цементация в твердом карбюризаторе

Почти готовые изделия, с припуском под шлифование, укладывают в металлические ящики и пересыпают твердым карбюризатором. Используется древесный уголь с добавками углекислых солей ВаСО₃, Na₂CO₃ в количестве 10…40 %. Закрытые ящики укладывают в печь и выдерживают при температуре 930…950 ^oС.

За счет кислорода воздуха происходит неполное сгорание угля с образованием окиси углерода (СО), которая разлагается с образованием атомарного углерода по реакции:

Образующиеся атомы углерода адсорбируются поверхностью изделий и диффундируют вглубь металла.

Недостатками данного способа являются:

- значительные затраты времени (для цементации на глубину 0,1 мм затрачивается 1 час);

- низкая производительность процесса;

- громоздкое оборудование;

- сложность автоматизации процесса.

Способ применяется в мелкосерийном производстве.

 

Газовая цементация

Процесс осуществляется в печах с герметической камерой, наполненной газовым карбюризатором.

Атмосфера углеродосодержащих газов включает азот, водород, водяные пары, которые образуют газ-носитель, а также окись углерода, метан и другие углеводороды, которые являются активными газами.

Глубина цементации определяется температурой нагрева и временем выдержки.

Преимущества способа:

· возможность получения заданной концентрации углерода в слое (можно регулировать содержание углерода, изменяя соотношение составляющих атмосферу газов);

· сокращение длительности процесса за счет упрощения последующей термической обработки;

· возможность полной механизации и автоматизации процесса.

Способ применяется в серийном и массовом производстве.

 

Структура цементованного слоя

Структура цементованного слоя представлена на рис. 2.6.

Рис. 2.6. Структура цементованного слоя

 

На поверхности изделия образуется слой заэвтектоидной стали, состоящий из перлита и цементита. По мере удаления от поверхности, содержание углерода снижается и следующая зона состоит только из перлита. Затем появляются зерна феррита, их количество, по мере удаления от поверхности увеличивается. И, наконец, структура становится отвечающей исходному составу.

 

Термическая обработка после цементации

В результате цементации достигается только выгодное распределение углерода по сечению. Окончательно формирует свойства цементованной детали последующая термообработка. Все изделия подвергают закалке с низким отпуском. После закалки цементованное изделие приобретает высокую твердость и износостойкость, повышается предел контактной выносливости и предел выносливости при изгибе, при сохранении вязкой сердцевины.

Комплекс термической обработки зависит от материала и назначения изделия.

Графики различных комплексов термической обработки представлены на рис. 2.7.

Рис. 2.7. Режимы термической обработки цементованных изделий

 

Если сталь наследственно мелкозернистая или изделия неответственного назначения, то проводят однократную закалку с температуры 820…850^oС (рис. 2.7б). При этом обеспечивается получение высокоуглеродистого мартенсита в цементованном слое, а также частичная перекристаллизация и измельчение зерна сердцевины.

При газовой цементации изделия по окончании процесса подстуживают до этих температур, а затем проводят закалку (не требуется повторный нагрев под закалку) (рис. 2.7а).

Для удовлетворения особо высоких требований, предъявляемых к механическим свойствам цементованных деталей, применяют двойную закалку (рис. 2.7в).

Первая закалка (или нормализация) проводится с температуры 880…900^oС для исправления структуры сердцевины.

Вторая закалка проводится с температуры 760…780^oС для получения мелкоигольчатого мартенсита в поверхностном слое.

Завершающей операцией термической обработки всегда является низкий отпуск, проводимый при температуре 150…180^oС. В результате отпуска в поверхностном слое получают структуру мартенсита отпуска, частично снимаются напряжения.

Цементации подвергают зубчатые колеса, поршневые кольца, червяки, оси, ролики.

 

Азотирование

Азотирование – химико-термическая обработка, при которой поверхностные слои насыщаются азотом.

Впервые азотирование осуществил Чижевский И.П., промышленное применение – в двадцатые годы.

При азотировании увеличиваются не только твердость и износостойкость, но также повышается коррозионная стойкость.

При азотировании изделия загружают в герметичные печи, куда поступает аммиак NH₃ c определенной скоростью. При нагреве аммиак диссоциирует по реакции: 2NH₃>2N+3H₂. Атомарный азот поглощается поверхностью и диффундирует вглубь изделия.

Фазы, получающиеся в азотированном слое углеродистых сталей, не обеспечивают высокой твердость, и образующийся слой хрупкий.

Для азотирования используют стали, содержащие алюминий, молибден, хром, титан. Нитриды этих элементов дисперсны и обладают высокой твердостью и термической устойчивостью.

Типовые азотируемые стали: 38ХМЮА, 35ХМЮА, 30ХТ2Н3Ю.

Глубина и поверхностная твердость азотированного слоя зависят от ряда факторов, из которых основные: температура азотирования, продолжительность азотирования и состав азотируемой стали.

В зависимости от условий работы деталей различают азотирование:

- для повышения поверхностной твердости и износостойкости;

- для улучшения коррозионной стойкости (антикоррозионное азотирование).

В первом случае процесс проводят при температуре 500…560^oС в течение 24…90 часов, так как скорость азотирования составляет 0,01 мм/ч. Содержание азота в поверхностном слое составляет 10…12 %, толщина слоя (h) – 0,3…0,6 мм. На поверхности получают твердость около 1000 HV. Охлаждение проводят вместе с печью в потоке аммиака.

Значительное сокращение времени азотирования достигается при ионном азотировании, когда между катодом (деталью) и анодом (контейнерной установкой) возбуждается тлеющий разряд. Происходит ионизация азотосодержащего газа, и ионы бомбардируя поверхность катода, нагревают его до температуры насыщения. Катодное распыление осуществляется в течение 5…60 мин при напряжении 1100…1400 В и давлении 0,1…0,2 мм рт. ст., рабочее напряжение 400…1100 В, продолжительность процесса до 24 часов.

Антикоррозионное азотирование проводят и для легированных, и для углеродистых сталей. Температура проведения азотирования – 650…700^oС, продолжительность процесса – 10 часов. На поверхности образуется слой — фазы толщиной 0,01…0,03 мм, который обладает высокой стойкостью против коррозии ( –фаза – твердый раствор на основе нитрида железа Fe₃N, имеющий гексагональную решетку).

Азотирование проводят на готовых изделиях, прошедших окончательную механическую и термическую обработку (закалка с высоким отпуском).

После азотирования в сердцевине изделия сохраняется структура сорбита, которая обеспечивает повышенную прочность и вязкость.

 

Цианирование и нитроцементация

Цианирование – химико-термическая обработка, при которой поверхностьнасыщается одновременно углеродом и азотом.

Осуществляется в ваннах с расплавленными цианистыми солями, например NaCN с добавками солей NаCl, BaCl и др. При окислении цианистого натрия образуется атомарный азот и окись углерода:

Глубина слоя и концентрация в нем углерода и азота зависят от температуры процесса и его продолжительности.

Цианированный слой обладает высокой твердостью 58…62 HRC и хорошо сопротивляется износу. Повышаются усталостная прочность и коррозионная стойкость.

Продолжительности процесса 0,5…2 часа.

Высокотемпературное цианирование – проводится при температуре 800…950^oС, сопровождается преимущественным насыщением стали углеродом до 0,6…1,2 %, (жидкостная цементация). Содержание азота в цианированном слое 0,2…0,6 %, толщина слоя 0,15…2 мм. После цианирования изделия подвергаются закалке и низкому отпуску. Окончательная структура цианированного слоя состоит из тонкого слоя карбонитридов Fe₂(C, N), а затем азотистый мартенсит.

По сравнению с цементацией высокотемпературное цианирование происходит с большей скоростью, приводит к меньшей деформации деталей, обеспечивает большую твердость и сопротивление износу.

Низкотемпературное цианирование – проводится при температуре 540…600^oС, сопровождается преимущественным насыщением стали азотом

Проводится для инструментов из быстрорежущих, высокохромистых сталей, Является окончательной обработкой.

Основным недостатком цианирования является ядовитость цианистых солей.

Нитроцементация – газовое цианирование, осуществляется в газовых смесях из цементующего газа и диссоциированного аммиака.

Состав газа температура процесса определяют соотношение углерода и азота в цианированном слое. Глубина слоя зависит от температуры и продолжительности выдержки.

Высокотемпературная нитроцементация проводится при температуре 830…950^oС, для машиностроительных деталей из углеродистых и малолегированных сталей при повышенном содержании аммиака. Завершающей термической обработкой является закалка с низким отпуском. Твердость достигает 56…62 HRC.

На ВАЗе 95 % деталей подвергаются нитроцементации.

Низкотемпературной нитроцементации подвергают инструмент из быстрорежущей стали после термической обработки (закалки и отпуска). Процесс проводят при температуре 530…570^oС, в течение 1,5…3 часов. Образуется поверхностный слой толщиной 0,02…0,004 мм с твердостью 900…1200 HV.

Нитроцементация характеризуется безопасностью в работе, низкой стоимостью.

 

Диффузионная металлизация

Диффузионная металлизация – химико-термическая обработка, при которой поверхность стальных изделий насыщается различными элементами: алюминием, хромом, кремнием, бором и др.

При насыщении хромом процесс называют хромированием, алюминием – алитированием, кремнием – силицированием, бором – борированием.

Диффузионную металлизацию можно проводить в твердых, жидких и газообразных средах.

При твердой диффузионной метализации металлизатором является ферросплав с добавлением хлористого аммония (NH₄Cl). В результате реакции металлизатора с HCl или CL₂ образуется соединение хлора с металлом (AlCl₃, CrCl₂, SiCl₄), которые при контакте с поверхностью диссоциируют с образованием свободных атомов.

Жидкая диффузионная метализация проводится погружением детали в расплавленный металл (например, алюминий).

Газовая диффузионная метализация проводится вгазовых средах, являющихся хлоридами различных металлов.

Диффузия металлов протекает очень медленно, так как образуются растворы замещения, поэтому при одинаковых температурах диффузионные слои в десятки и сотни раз тоньше, чем при цементации.

Диффузионная металлизация – процесс дорогостоящий, осуществляется при высоких температурах (1000…1200^oС) в течение длительного времени.

Одним из основных свойств металлизированных поверхностей является жаростойкость, поэтому жаростойкие детали для рабочих температур 1000…1200^oС изготавливают из простых углеродистых сталей с последующим алитированием, хромированием или силицированием.

Исключительно высокой твердостью (2000 HV) и высоким сопротивлением износу из-за образования боридов железа (FeB, FeB₂) характеризуются борированные слои, но эти слои очень хрупкие.

2.1.2.2. Металлизация

 

Металлизация, покрытие поверхности изделия металлами и сплавами для сообщения физико-химических и механических свойств, отличных от свойств металлизируемого (исходного) материала. Металлизацию применяют для защиты изделий от коррозии, износа, эрозии, в декоративных и др. целях. По принципу взаимодействия металлизируемой поверхности (подложки) с наносимым металлом различают металлизацию, при которой сцепление покрытия с основой (подложкой) осуществляется механически — силами адгезии (см. рис.2.8, группа 1), и металлизацию, при которой сцепление обеспечивается силами металлической связи (см. рис.2.8, группа 2): с образованием диффузионной зоны на границе сопрягающихся поверхностей, за пределами которой покрытие состоит из наложенного слоя металла или сплава (см. рис.2.8, подгруппа 2а), и с образованием диффузионной зоны в пределах всего слоя покрытия (см. рис.2.8,подгруппа 2б).

 

2.8. Виды металлизации по принципу взаимодействия металлизируемой поверхности (подложки) с наносимым металлом

 

Технология металлизации по типам 1 и 2а предусматривает наложение слоя вещества на поверхность холодного или нагретого до относительно невысоких температур изделия.

К этим видам металлизации относятся; химические, газопламенные процессы получения покрытий; нанесение покрытий плакированием, осаждением химических соединений из газовой фазы, электрофорезом; вакуумная металлизация; металлизация взрывом, воздействием лучей лазера, плазмы, погружением в расплавленные металлы и др. способы. В этих процессах металлизация сопровождается изменением геометрии и размеров изделия соответственно толщине слоя наносимого металла или сплава. Технология металлизации по типу 2б предусматривает диффузионное насыщение металлическими элементами поверхности деталей, нагретых до высоких температур, в результате которого в зоне диффузии элемента образуется сплав. В этом случае геометрия и размеры металлизируемой детали практически не меняются.

Металлизация изделий по типу 1 производится в декоративных целях, для повышения твёрдости и износостойкости, для защиты от коррозии. Из-за слабого сцепления покрытия с подложкой этот вид металлизации нецелесообразно применять для деталей, работающих в условиях больших нагрузок и температур. Металлизация деталей по типу 2 придаёт им высокую твёрдость и износостойкость, высокую коррозионную и эрозионную стойкость, жаростойкость, необходимые теплофизические и электрические свойства. Металлизация по типу 2б применяется для деталей, претерпевающих действие значительных механических напряжений (статических, динамических, знакопеременных) при низких и высоких температурах. Эти виды металлизации, за некоторым исключением, используются для нанесения защитного слоя на подложки из различных металлов, сплавов и неметаллических материалов (пластмассы, стекла, керамика, бумага, ткани и др.). Металлизация находит применение в электротехнике, радиоэлектронике, оптике, ракетной технике, автомобильной промышленности, судостроении, самолётостроении и др. областях техники.

В таблице (рис. 2.6) приведены основные технологические процессы, с помощью которых осуществляется металлизация различными металлами. Основные виды металлизации седующие: Алитирование, Анодирование, Бериллизация, Бронзирование, Железнение, Золочение, Кадмирование, Латунирование, Меднение, Молибденирование, Никелирование, Палладирование, Платинирование, Родирование, Свинцевание, Серебрение, Титанирование, Хромирование, Цинкование.

Алитирование (от нем. фирменного термина alitieren, от Al — алюминий), насыщение поверхности стальных и др. металлических деталей алюминием с целью повышения окалиностойкости до 1100°С и сопротивления атмосферной коррозии. Чаще всего алитируются детали из малоуглеродистых аустенитных сталей и жаропрочных сплавов. Алитирование проводят в порошкообразных смесях (50% Al или ферроалюминия, 49% Al₂O₃ и 1% NH₄CI или 99% ферроалюминия и 1% NH₄CI). При 1000°С и выдержке в течение 8 ч образуется слой в 0,4—0,5 мм, насыщенный алюминием. Алитирование выполняется также: металлизацией (на поверхность детали наносят слой алюминиевого порошка и после изоляционной обмазки деталь подвергают диффузионному отжигу); покраской деталей алюминиевой краской (с последующим диффузионным отжигом в защитной атмосфере); в расплаве алюминия (с 6—8% железа) при 700—800°С с последующей выдержкой и др. методами. Алитирование применяют при изготовлении клапанов автомобильных двигателей, лопаток и сопел газовых турбин, деталей аппаратуры для крекинга нефти и газа, труб пароперегревателей, печной арматуры и т. п. Алитирование в расплавленном алюминии широко пользуются вместо горячего цинкования (листы, проволока, трубы, строит, детали).

Анодирование, электрохимическое оксидирование, образование защитной оксидной плёнки на поверхности металлических изделий электролизом. При анодировании изделие, погруженное в электролит, соединяют с положительно заряженным электродом источника тока (анодом). Плёнка толщиной от 1 до 200 мкм защищает металл от коррозии, обладает электроизоляционными свойствами и служит хорошей основой для лакокрасочных покрытий. Анодирование применяют для декоративной отделки изделий из алюминия и его сплавов, эмалеподобных покрытий на алюминии и некоторых его сплавах. Анодирование используют также для защиты от коррозии магниевых сплавов, повышения антифрикционных свойств титановых сплавов, для покрытия деталей радиоэлектронной аппаратуры из ниобия, тантала и др.; в самолёто-, ракето- и приборостроении, радиоэлектронике и др.

Бериллизация, насыщение поверхности изделий из стали (иногда из др. сплавов) бериллием с целью предохранения от окисления при температурах до 1100°С. Во внешней зоне бериллизованного слоя образуются бериллиды различных металлов (железа, хрома и др.) и карбид бериллия Be₂С, увеличивающие твёрдость и сопротивляемость газовой коррозии. Бериллизацию проводят в порошкообразных смесях или в газовых средах. Например, за 4 ч при 1050°С на стали 10 образуется бериллизованный слой толщиной 0,15—0,2 мм, твёрдостью HV=14—15 Гн/м² (1400—1500 кгс/мм²). Б. применяют редко, только для ответственных жаропрочных сплавов.

Бронзирование, 1) покрытие поверхности металлических изделий защитным слоем бронзы или придание им бронзового оттенка. Бронзирование производится гальваническим способом или металлизацией, окраской, химической обработкой поверхности. 2) Придание неметаллическим поверхностям металлического блеска бронзировальными порошками из металлов и сплавов (бронзы, латуни, алюминия, олова, цинка, золота и серебра). Для окраски пользуются также бронзовыми лаками — смесью бронзировальных порошков с масляными или спиртовыми лаками.

Железнение, процесс электролитического осаждения железа на металлическом изделии при прохождении постоянного тока через электролит, основным компонентом которого является сернокислое или хлористое железо. Железнение широко применяют в полиграфии для изготовления клише способом гальванопластики и для нанесения железных покрытий способом гальваностегии на медные пластинки для защиты их от окисления типографской краской. Железнение также применяют для восстановления размеров изношенных деталей машин. Наращивание слоя железа способом гальванопластики протекает при комнатной температуре и незначительной концентрации кислоты в электролите со скоростью порядка 1 мкм/ч. При восстановительном ремонте температуру и концентрацию кислоты повышают. Наращивание слоя железа способом гальваностегии протекает с большей скоростью, раствор хлористого железа более концентрированный, температура около 100°С.

Золочение, процесс нанесения на поверхность изделий, конструкций, архитектурных сооружений слоев золота от десятых долей мкм до 2—3 мкм и до 20—25 мкм в некоторых ответственных случаях. В Древнем Египте применяли т. н. листовой метод золочения — на подготовленную поверхность изделий наклеивали 1—3 слоя тончайших лепестков золота. Этот способ широко применялся в Киевской Руси с 10—11 вв. н. э. Уже в 19 в. в России этим способом золотили железные или медные главы церквей, крыши, шпили дворцов. Срок службы листовых золотых покрытий достигал примерно 50 лет. Позднее стали применять огневой метод золочения — на поверхность наносили тестообразную пасту из амальгамы золота (соединение золота с ртутью). При нагреве изделия (из фарфора или металла) ртуть испарялась, а плотное золотое покрытие оставалось. Срок службы таких покрытий 100—150 лет. Начиная с середины 19 в. пользуются гальваническим методом золочения — золото осаждают на поверхность из раствора дицианоаурата KAu(CN)₂. Такое покрытие обладает большой химической стойкостью, высокой тепло- и электропроводностью и применяется не только в ювелирном деле и часовом производстве, но и в электронной промышленности, главным образом для покрытия соединительных электрических контактов электронно-вычислительных устройств. Гальванический метод используют не только для золочения, но и для покрытий из соединений золота с серебром, сурьмой, никелем, кобальтом, медью и др. Такие покрытия примерно вдвое повышают твёрдость поверхности и являются хорошим средством защиты её от коррозии.

Кадмирование, процесс нанесения кадмиевых покрытий на поверхность стальных изделий методом электролитического осаждения с целью защиты их от атмосферной коррозии. Толщина покрытий обычно составляет 15—25 мкм. Кадмированию подвергают наиболее ответственные детали самолётов кораблей и др., а также изделия, предназначенные для эксплуатации в условиях тропического климата. Присутствие двуокиси серы в атмосфере (что характерно для промышленных районов) снижает защитные свойства кадмиевых покрытий; антикоррозионная стойкость изделий в этом случае достигается цинкованием. Обычно для кадмирования применяют электролиты на основе простых солей кадмия с добавками коллоидов (желатины или клея), получая вполне удовлетворительную структуру покрытия. Для кадмирования изделий сложного профиля прибегают к растворам комплексных, чаще цианистых солей.

Латунирование, нанесение на поверхность металлических (главным образом стальных) изделий слоя латуни толщиной в несколько мкм (примерный состав: 70% Cu и 30% Zn). Осуществляется обычно электролитическим способом — осаждением латуни из гальванической ванны. Применяется для защиты изделий от коррозии, для обеспечения прочного сцепления стальных и алюминиевых изделий с резиной при горячем прессовании, для создания промежуточного слоя (т. н. подслоя) при никелировании или лужении стальных деталей (что более эффективно, чем непосредственное покрытие никелем или оловом). Латунирование — один из способов повышения антифрикционных свойств титана и его сплавов.

Меднение, нанесение медных покрытий гальваническим методом на обезжиренные и протравленные стальные или цинковые готовые изделия, иногда на стальную проволоку. Меднение часто применяется для защиты отд. участков стальных изделий от цементации (науглероживания); при этом меднятся те участки, которые в дальнейшем подлежат обработке резанием (твёрдые науглероженные поверхностные слои не поддаются такой обработке, а медь защищает покрытые участки от диффузии в них углерода). Более распространённая область применения меднения — защитно-декоративное хромирование стальных или цинковых изделий, при котором медь играет роль промежуточного слоя; поверх меди наносится слой никеля, а на него — очень тонкий слой хрома (0,25 мкм). Различают 2 типа медных электролитов: кислые и щелочные. В кислых электролитах нельзя получить прочно сцепленные медные покрытия на стальных и цинковых изделиях, так как в этом случае железо и цинк в контакте с медью растворяются — нарушается сцепление с покрытием. По этой причине необходимо первый тонкий слой меди (2—3 мкм) нанести в щелочном электролите, а в дальнейшем наращивать покрытие в более экономичном кислом электролите до заданной толщины. Цинковые изделия сложной формы меднятся только в щелочных (цианистых) электролитах.

Молибденирование, нанесение молибденового покрытия на поверхность изделий из стали, титана, ниобия и других металлических материалов с целью повышения их твёрдости, поверхностной прочности, коррозионной стойкости в азотной кислоте, а с дополнительным силицированием — для повышения жаростойкости при высоких температурах. Молибденирование проводится различными способами. В порошках молибдена или ферромолибдена в потоке водорода при 900—1000°С. В газовых средах: в токе водорода и соляной кислоты в присутствии молибдена или ферромолибдена, причём газовая смесь образуется при 300—400°С, а молибден выделяется на изделии при 800—1000°С; в токе водорода, проходящего через пятихлористый молибден MoCl₅ при 300°С, — получившаяся смесь разлагается при 800—1000°С с выделением молибдена на изделии; в смеси паров гексакарбонила молибдена Mo(CO)₆ с водородом или аргоном, — Mo(CO)₆ разлагается при температуре выше 250°С, поэтому практически процесс проводят в интервале температур от 250°С (когда на изделии образуется карбид молибдена, обладающий высокой твёрдостью) до 850°С. В жидкой среде: электролизом в ванне с расплавом молибденовокислого натрия Na₂MoO₄; восстановлением молибдена из указанного расплава при 1150°С путём продувания через ванну водорода или предварительно диссоциированного аммиака.

Силицирование, поверхностное или объёмное насыщение материала кремнием. Производится обработкой материала в парах кремния, образующихся при высокой температуре над кремниевой засыпкой, или в газовой среде, содержащей хлорсиланы, восстанавливающиеся водородом (например, по реакции SiCI₄ + 2H₂ = Si + 4HC1). Применяется преимущественно как средство защиты тугоплавких металлов (W, Mo, Ta, Ti и др.) от окисления. Стойкость к окислению обусловливается образованием при силицировании плотных диффузионных «самозалечивающихся» силицидных покрытий (WSi₂, MoSi₂ и др.). Широкое применение находит силицированный графит.

Силицированный графит, графит, насыщенный кремнием. Производится обработкой пористого графита в кремниевой засыпке при 1800—2200°С (при этом пары кремния осаждаются в порах). Состоит из графитовой основы, карбида кремния и свободного кремния. Сочетает свойственную графиту высокую термостойкость и прочность при повышенных температурах с плотностью, газонепроницаемостью, высокой стойкостью к окислению при температурах до 1750°С и эрозионной стойкостью. Применяется для футеровки высокотемпературных печей, в устройствах для разливки металла, в нагревательных элементах, для изготовления деталей авиационной и космической техники, работающих в условиях высоких температур и эрозии.

Никелирование, нанесение на поверхность изделий никелевого покрытия (толщиной, как правило, от 1—2 до 40—50 мкм). Н. подвергаются преимущественно изделия из стали и сплавов на основе Cu, Zn и Al; реже — изделия из Mg, Ti, W, Mo и сплавов на их основе; разработаны способы нанесения никеля на неметаллической поверхности — керамику, пластмассы, бакелит, фарфор, стекло и др. Никилирование применяется для защиты изделий от коррозии (в атмосферных условиях, в растворах щёлочей, солей и слабых органических кислот), повышения износостойкости деталей, а также в защитно-декоративных целях.

Наиболее распространены электролитическое и химическое никилирование. Чаще никилирование (так называемое матовое) производится электролитическим способом. Наиболее изучены и устойчивы в работе сернокислые электролиты. При добавлении в электролит специальных блескообразователей осуществляется так называемое блестящее Н. Электролитические покрытия обладают некоторой пористостью, которая зависит от тщательности подготовки поверхности основы и от толщины покрытия. Для защиты от коррозии необходимо полное отсутствие пор, поэтому обычно производят предварительное меднение или наносят многослойное покрытие, которое при равной толщине надёжнее однослойного (например, стальные изделия часто покрывают по схеме Cu — Ni — Cr). Недостатки электролитического никилирования — неравномерность осаждения никеля на рельефной поверхности и невозможность покрытия узких и глубоких отверстий, полостей и т.п. Химическое никилирование несколько дороже электролитического, но обеспечивает возможность нанесения равномерного по толщине и качеству покрытия на любых участках рельефной поверхности при условии доступа к ним раствора. В основе процесса лежит реакция восстановления ионов никеля из его солей с помощью гипофосфита натрия (или др. восстановителей) в водных растворах.

Никилирование используется, например, для покрытия деталей химической аппаратуры, автомобилей, велосипедов, медицинского инструмента, приборов, предметов домашнего обихода, измерительного инструмента, клише, стереотипов, а также деталей, эксплуатируемых с небольшими нагрузками в условиях сухого трения, и т.д. Никелевые покрытия с течением времени несколько теряют свой первоначальный блеск. Поэтому часто слой никеля покрывают более стойким слоем.

Хромирование, нанесение хрома или его сплава на металлическое изделие для придания поверхности комплекса физико-химических свойств: высокого сопротивления коррозии, износостойкости, жаростойкости, высоких механических и электромагнитных свойств. В зависимости от характера взаимодействия поверхности изделия с хромом процесс хромирования осуществляется различными способами (см. Металлизация), среди которых наиболее распространены электролитический и диффузионный.

Электролитическое хромирование — наиболее распространённый гальванический процесс, вошедший в промышленную практику в 20-х гг. 20 в. хромированию подвергают преимущественно изделия из стали и чугуна, а также из сплавов на основе меди, цинка, никеля и алюминия. Хромовое покрытие характеризуется высокой химической стойкостью, обусловленной способностью хрома пассивироваться. Из-за трудностей получения тонкого беспористого покрытия надёжная защита от коррозии может быть достигнута при нанесении более экономичного трёхслойного защитно-декоративного покрытия медь-никель-хром (толщина слоя хрома 1 мкм). Осажденный на предварительно отполированную поверхность хром имеет зеркальный блеск и серебристый с синеватым отливом цвет. Для предотвращения коррозии и придания декоративного вида хромируют многие детали автомобилей, велосипедов, трамвайных и ж.-д. вагонов, измерительных приборов, счетных и пишущих машин, часов, паро- и водопроводной арматуры, медицинские инструменты и т.д. Другое ценное свойство хромового покрытия — высокое сопротивление механическому износу — достигается при осаждении хрома по специальному режиму т. н. «молочных» осадков. Для повышения поверхностной твёрдости и износостойкости хромируют трущиеся детали, например цилиндры двигателей внутреннего сгорания, поршневые кольца, калибры. В этих случаях наносят покрытия толщиной более 1 мм. Разработан способ т. н. пористого хромирования, заключающийся в анодной обработке хромированных деталей, при котором в покрытии формируются поры, удерживающие смазку. Иногда стальные изделия подвергают комбинированному хромированию, обеспечивающему как защиту металла от коррозии, так и высокое сопротивление износу.

Главный компонент электролита при электролитическом хромировании — хромовая кислота. Электролиты для хромирования можно условно разделить на 3 группы:

– кислые (хромовая и серная кислоты);

– нейтральные (хромовая кислота и сульфат хрома);

– основные (хромовая кислота, сульфат хрома и хромат хрома).

Диффузионное хромирование осуществляется 4 методами: из твёрдой, паровой, газовой и жидкой фаз (см. Диффузионная металлизация). Диффузионным хромированием подвергают различные детали машин и полуфабрикаты из стали, сплавов на основе никеля, молибдена, ниобия, меди и др. элементов. Диффузионное хромирование придаёт изделиям жаростойкость в воздушной среде или в среде газов, содержащих серу и ванадий (до 1000°С), износостойкость, жаропрочность, сопротивление эрозии, усталости, коррозии в агрессивных средах (H₂O₂, HNO₃, NaCI), высокие электромагнитные свойства. Применение диффузионного хромирования (вместо гальванического) не только повышает качество изделий, но и удешевляет их производство, а также способствует охране окружающей среды (отсутствие сливов вредных электролитов). В зависимости от требуемых свойств диффузионное хромирование проводят при 900—1250°С. Толщина диффузионного слоя от 40 мкм до 3 мм.

Палладирование, нанесение на поверхность металлических изделий тонкого слоя палладия (толщиной 1—5 мкм)для повышения их коррозионной стойкости и отражательной способности, а также для обеспечения постоянства контактной электропроводности; палладиевое покрытие может служить также в качестве подслоя при родированиии пайке. Покрытия наносятся гальваническим способом из фосфатных, солянокислых, хлоридных или нитратных электролитов. Процесс ведётся с применением графитовых (нерастворимых) или палладиевых анодов. Палладирование применяется в электротехнической промышленности для защиты от окисления бронзовых, константановых и вольфрамовых контактов и ламелей, изготовления электрических контактов, производства металлических зеркал с высокой отражательной способностью, защиты серебра от потускнения.

Родирование, нанесение на поверхность металлических изделий тонкого слоя родия (толщиной 0,1—25 мкм) для повышения их коррозионной стойкости, отражательной способности, жаростойкости, обеспечения постоянства контактной электропроводности, а также для придания защитно-декоративных свойств. Покрытия наносятся гальваническим способом из сернокислых (с добавками селеновой кислоты), фосфорнокислых, аминохлоридных или перхлоратных электролитов. Процесс ведётся с применением анодов из тонких листов металлической платины или платинированного титана. Для приготовления электролита используется водорастворимая трёххлористая соль родия. Покрытия толщиной до 1 мкм применяются, например, для защиты серебра от потускнения, для декоративной отделки изделий, при изготовлении нерастворимых анодов; покрытия большей толщины наносятся для обеспечения высокой химической стойкости и сопротивления износу.

Платинирование,

1) нанесение на поверхность металлических изделий тонкого слоя платины (толщиной 1—5 мкм) для повышения их коррозионной стойкости, отражательной способности, износостойкости, а также для обеспечения постоянства контактной электропроводности. Покрытия наносятся гальваническим способом из фосфатных или (реже) диаминодинитритных электролитов, содержащих соли платины. Анодами служат тонкие платиновые листы, которые в процессе платинирования практически не растворяются. Платинирование применяется при изготовлении специальной лабораторной и химической аппаратуры, платинированных анодов из титана (используемых, например, в производстве перекиси водорода), деталей (или узлов) электротехнических приборов (контактов из меди и её сплавов), молибденовой проволоки для электронных разрядных трубок, в ювелирной и часовой промышленности.

2) Пропитка гранул глинозёма платинохлористоводородной кислотой с последующим восстановлением платины; платинированный глинозём применяется в качестве катализатора при гидрировании непредельных углеводородов, изомеризации и переработке нефтяных продуктов (риформинге).

Свинцевание, нанесение слоя свинца (иногда с добавками олова или сурьмы) на поверхность ме