Химико-термическая обработка стали

Химико-термической обработкой называется процесс тепловой обработки металлов в химически активной среде для изменения химического состава, структуры и свойств поверхностного слоя.

При химико-термической обработке протекают следующие процессы: распадение молекул и образование атомов диффундирующего элемента (диссоциация); поглощение атомов поверхностью стали (адсорбция); проникновение атомов в глубь стали (диффузия).

Основными видами химико-термической обработки стали являются цементация, азотирование, цианирование, нитроцементация, сульфоцианирование, хромирование, алитирование, силицирование, борирование и т. п.

Цементацией называется химико-термическая обработка, заключающаяся в диффузионном насыщении поверхностного слоя углеродом. После цементации следует термическая обработка – закалка и низкий отпуск. У низкоуглеродистых сталей после цементации и закалки достигается высокая твердость на поверхности и сохраняется вязкая сердцевина. Цементации подвергают стали с содержанием углерода до 0,30 %. Поверхность изделия насыщается углеродом в пределах 0,8 – 1,0 %.

Цементация производится в твердых, газообразных и жидких средах (карбюризаторах).

Цементация в твердом карбюризаторе производится в металлическом ящике (стальном, чугунном или из жаропрочного сплава) (рис. 7.1.). В качестве карбюризатора используют смесь древесного угля (60 – 90 %) и углекислых солей бария ВаСО₃ и натрия NaCО₃. Ящики закрывают крышкой, обмазывают шамотной глиной, просушивают, устанавливают в печь и выдерживают при температуре 900 – 950 °С.

При нагреве углерод древесного угля соединяется с кислородом воздуха и образуется окись углерода (СО), которая разлагается с образованием атомарного углерода, диффундирующего в изделие

2СО → С0₂ + С_{атомарный}

Двуокись углерода взаимодействует с древесным углем и вновь образует окись углерода

СО₂ + С → 2СО и т. д.

Один из лучших карбюризаторов, имеет следующий состав: 14 – 22 % ВаСО₃; 4 % Na₂CО₃; 2 % СаСО₃, 6 % патоки или крахмала, не более 5 % влаги; остальное древесный уголь твердых пород (зерно величиной 7 – 12 мм).

Углекислые соли сильно активируют карбюризатор, увеличивая количество окиси углерода в ящике.

Углекислый кальций (СаС0₃) добавляют для предотвращения спекания карбюризатора.

Рабочая смесь, применяемая для цементациии, составляется из ⅓ свежего карбюризатора и ²/₃ отработанного. При температуре цементации углекислые соли разлагаются на окись данной соли и углекислый газ (ВаСО₃ → ВаО + СО₂; Na₂CО₃ → Na₂О + СО₂).

Микроструктура цементированной стали приведена на рис. 7.2.

На поверхности стали образуется заэвтектоидная зона (перлит и сетка цементита), далее располагается эвтектоидная зона (перлит) и затем при переходе к сердцевине – переходная доэвтектоидная зона (феррит и перлит).

За толщину цементированного слоя обычно принимают сумму заэвтектоидной, эвтектоидной и половину переходной зоны.

С повышением температуры и времени выдержки увеличивается толщина цементированного слоя. Глубина цементированного слоя составляет 0,5 – 2,0 мм. На каждые 0,1 мм толщины слоя требуется выдержка примерно 1 ч.

Недостатки твердой цементации: большая трудоемкость и продолжительность процесса, невозможность регулирования толщины цементированного слоя и содержания углерода в нем, загрязнение воздуха угольной пылью.

Цементация в твердом карбюризаторе применяется в мелкосерийном и индивидуальном способе производства.

Цементация пастами значительно ускоряет процесс науглероживания и повышает использование объема печи. В состав паст входят следующие компоненты: сажа, углекислый натрий или барий, желтая кровяная соль, щавелевокислый натрий, мазут, декстрин, разжижители. Компоненты разводят до сметанообразного состояния.

Пасту наносят кистью или погружением в нее деталей. Толщина слоя нанесенной пасты 3 – 4 мм.

Детали укладывают в цементационный ящик. Процесс ведут при температуре 920 – 930 °С.

Цементация пастами применяют в индивидуальном производстве.

Газовая цементация проводится в специальных герметически закрытых печах и является основным и наиболее совершенным процессом при массовом и крупносерийном производствах.

Преимущества газовой цементации по сравнению с цементацией в твердом карбюризаторе: увеличение скорости цементации, пропускной способности оборудования и производительности труда, улучшение условий труда, возможность автоматизации, механизации и регулирования процесса насыщения углеродом. При газовой цементации атомарный углерод образуется при разложении углеводородов и окиси углерода. Основным углеводородом является метан СН₄, разложение которого идет по реакции

СН₄ → 2Н₂ + С_{атомарный}

Окись углерода диссоциирует 2СО ↔С0₂ + С_{атомарный}.

Заданную концентрацию углерода в поверхностном слое получают автоматическим регулированием состава газа (применением: газа – разбавителя, например, эндогаза).

Обычно для цементации применяют смесь природного газа с эндогазом, что повышает активность газовой среды, характеризуемой углеродным потенциалом. Под углеродным потенциалом атмосферы понимают ее науглероживающую способность, обеспечивающую определенную концентрацию углерода на поверхности цементированного слоя.

Если углеродный потенциал атмосферы при данной температуре 0,8 %, то эта атмосфера будет науглероживать сталь с меньшим содержанием углерода, но концентрация углерода на поверхности не превысит 0,8 %, а для высокоуглеродистых сталей (С > 0,8 %) она будет обезуглероживающей. Для ускорения процесса газовой цементации используют комбинированные атмосферы. Сначала цементация ведется смесью эндотермического газа с 5 – 12 % природного газа, что приводит к перенасыщению цементированного слоя углеродом, а в конце процессе только в эндогазе, что обеспечивает получение 0,8 – 1,0 % С на поверхности деталей.

Жидкостная цементация осуществляется в соляной ванне следующего состава: 75 – 80 % Na₂CО₃, 10 – 15 % NaCl и 6-10 % SiC (карборунд). Процесс ведется при температуре 850 – 860 °С. Скорость науглероживания 0,12 – 0,15 мм/ч. Добавление в ванну хлористого аммония NH₄Cl интенсифицирует процесс.

Преимущества процесса: быстрота и равномерность нагрева и возможность непосредственной закалки обрабатываемых деталей из соляной ванны.

Защита участков поверхности от цементации и нитроцементации производится применением гальванического меднения (толщина медного слоя в зависимости от глубины цементации 0,03 – 0,08 мм), обмазок различными пастами (наполнители маршалит, песок, глина и др., разводятся на жидком стекле, например обмазка, состоящая из 50 % талька, 25 % белой глины, 25 % воды), забивкой отверстий и внутренних полостей смесью шамотного или кварцевого песка с окалиной.

Способ гальванического омеднения более трудоемкий и сложный по сравнению с другими способами, но обеспечивает благодаря лучшему охлаждению при закалке увеличение твердости на 3 – 4 единицы HRC.

Удаление медного покрытия производится гальваническим или химическим способами.

За последние годы нашла успешное применение антицементционная паста АЗЛК. По сравнению с гальваническим меднением и другими способами она обеспечивает лучшие технико – экономические показатели. Паста наносится на защищаемую поверхность погружением, кистью или пульверизатором. Полученное покрытие высыхает при комнатной температуре в течение 2 – 2,5 ч. Сушка во влажной атмосфере или в сушильных шкафах не допускается. Оптимальная толщина покрытия 0,25 – 0,35 мм. Примерный расход цисты 0,5 кг на 1 м² защищаемой поверхности.

После закалки деталей паста остается на деталях, не загрязняя закалочное масло, и легко удаляется обычной горячей промывкой (1 – 2 % – ный водный раствор кальцинированной соды, температура мойки 70 – 80 °С).

До температуры 800 °С нагрев деталей можно осуществлять в обычной окислительной атмосфере. По достижении температуры 800 °С в печи необходимо создать защитную или слабоцементующую атмосферу. Дальнейший подъем температуры по принятой технологии.

В состав пасты входят следующие компоненты: борный ангидрид 15 – 30 %, карборунд 15 – 35 %, эпоксидная смола (ЭД – 5, ЭД – 6) 1 – 10 %, канифоль – 25 – 50 %, остальное – органический растворитель. В качестве растворителей применяют бензол и толуол.

После цементации производится термическая обработка деталей для получения высокой твердости поверхности, исправления структуры перегрева, устранения карбидной сетки в цементированном слое.

После цементации в твердом карбюризаторе для получения мелкозернистой структуры поверхностного слоя и сердцевины применяют двойную закалку (рис. 7.3.).

При первой закалке деталь нагревают выше температуры Ас₃ на 30 – 50 °С. В результате измельчается структура сердцевины и устраняется цементитная сетка в поверхностном слое.

Рис. 7.3. Режимы обработки ответственных деталей машин после цементации:I – цементация, II – двойная закалка, III – низкий отпуск.

При второй закалке деталь нагревают выше температуры Ac₁ на 30 – 50 °С. В результате измельчается структура цементированного слоя и обеспечивается высокая твердость. После двойной закалки достигаются высокие механические свойства, но увеличивается коробление, окисление и обезуглероживание деталей. Окончательной операцией термической обработки является низкий отпуск при температуре 150 – 200 °С, уменьшающий остаточные напряжения и не снижающий твердость стали.

Структура поверхностного слоя после двойной закалки – мартенсит с равномерно распределенными карбидами и небольшое количество остаточного аустенита. Двойная закалка применяется для тяжело нагруженных деталей машины, требующих высокую поверхностную твердость, высокую прочность и высокую ударную вязкость.

Термическая обработка по режиму (рис. 7.4, а) применяется часто. Закалку ведут при температуре 780 – 850 °С с последующим отпуском при температуре 150 – 200 °С. При этом происходит измельчение зерна цементированного слоя и частично зерна сердцевины.

При газовой цементации деталей, изготовляемых из наследственно мелкозернистой стали, широко применяют закалку непосредственно из цементационной печи с предварительным подстуживанием до температуры 840 – 860 °С (рис. 7.4, б). Подстуживание позволяет уменьшить коробление и количество остаточного аустенита, что ведет к повышению поверхностной твердости.

После закалки производится низкий отпуск. Этот режим гарантирует от окисления и обезуглероживания поверхностных слоев, уменьшает коробление, снижает стоимость термообработки и облегчает механизацию и автоматизацию всех процессов (цементации, закалки и отпуска) в одном агрегате.

Для уменьшения количества остаточного аустенита в цементированном слое высоко – и среднелегированных сталей рекомендуется после закалки обработка холодом. Чаще проводят высокий отпуск при 600 – 640 °С (например, для стали 20Х2Н4А и др.).

С целью уменьшения коробления цементированных деталей применяют закалку в горячем масле при температуре 160 – 180 °С и закалку в штампах (например, для зубчатых колес).

Рис. 7.4. Режимы термической обработки при однократной закалке после цементации: а) – после охлаждения с температуры цементации до комнотной температуры, б) – закалка с температуры цементации; I – цементация, II – двойная закалка, III – низкий отпуск.

Дефекты и брак при цементации. Повторная цементация производится при недостаточной глубине слоя и его неравномерности, пониженном количестве углерода в слое или резком перепаде его концентрации.

Повторная закалка цементированных деталей необходима при низкой твердости поверхности, большом количестве остаточного аустенита, феррита или троостомартенсита в сердцевине детали.

Детали бракуются при чрезмерной глубине слоя, наличии мягких пятен на поверхности, при появлении цементированного слоя на защищенных поверхностях, и если есть сколы и забоины на поверхности деталей. Появление дефектов при цементации связано с нарушением технологии процесса.

Атмосферы, применяемые при газовой цементации, содержат кислород, двуокись углерода и водяной пар. Нагрев деталей в такой атмосфере сопровождается образованием окислов железа и окислов легирующих элементов. Такое явление называется внутренним окислением. В зависимости от способности к внутреннему окислению легирующие элементы располагаются в такой последовательности: Сu, Ni, Со, Mo, W, Fe, Cr, Mn, Si, V, Zr, Al, Be, Ti.

Глубина окисленного слоя зависит от расхода эндогаза, температуры, длительности процесса и содержания кислорода в печной атмосфере и может достигать 0,03 мм и более. Никель и молибден уменьшают внутреннее окисление. Внутреннее окисление стали при закалке в масле приводит к появлению трооститной сетки, что снижает прочностные показатели. Для устранения трооститной сетки за 5 – 10 мин до окончания процесса в печную атмосферу вводят аммиак в количестве 2,5 – 10 %.

Азотированием называется химико-термическая обработка, заключающаяся в диффузионном насыщении поверхностного слоя азотом путем нагревания в среде, содержащей аммиак (NH₃).

Аммиак разлагается на азот и водород по реакции 2NH₃ → 3H₂ + 2N. Получившийся при диссоциации аммиака атомарный азот диффундирует в сталь, образуя твердые растворы в α – и γ – железе и химические соединения с железом – нитриды (Fe₂N, Fe₄N). Степень диссоциации при 500 °С поддерживается около 15 – 30%, при 550 °С - около 35 – 45 %, при 600 °С - около 45 – 60 %.

Азотирование обеспечивает высокую твердость поверхностного слоя до HRC 72, высокую усталостную прочность, теплостойкость, минимальную деформацию, большую устойчивость против износа и коррозии.

На практике применяются: азотирование для получения высокой твердости и азотирование для повышения устойчивости против коррозии.

Азотирование для увеличения твердости, износостойкости и усталостной прочности деталей ведется при температуре 500 – 520 °С в течение 8 – 90 ч для получения слоя глубиной 0,1 – 0,8 мм. По окончании процесса детали охлаждаются вместе с печью в потоке аммиака до температуры 200 – 300 °С, а затем на воздухе. Повышение температуры ускоряет процесс, но снижает твердость слоя.

Для сокращения процесса азотирования применяется двухступенчатый режим, при котором на первой ступени ведут процесс при 500 – 510 °С с выдержкой 8 – 10 ч, на второй ступени процесс ведут; при 570 – 590 °С в течение 18 – 20 ч. Детали охлаждаются вместе с печью до 200 °С. Ступенчатый режим позволяет сократить время обработки в 2 раза и получить азотированный слой с меньшей хрупкостью.

Структура азотированной стали показана на рис. 7.5. Светлая составляющая, на поверхности ε-фаза (Fe₂N), ниже γ – фаза, за ней эвтектоид (α + γ) и α – фаза.

Азотированию с целью повышения твердости поверхности подвергают зубчатые колеса, гильзы, валы и другие детали из сталей 38ХМЮА, 38ХВФЮА, 18Х2Н4ВА, 40ХНВА и др.|

Антикоррозионное азотирование ведется при температуре 600 – 700 °С в течение 1 – 2 ч на небольшую глубину.

Антикоррозионное азотирование часто совмещают с закалкой при 770 – 850 °С (стали У8, У10 и др.), с выдержкой 10 – 15 мин и с охлаждением в воде или масле. Степень диссоциации аммиак 70 – 80 %.

Для антикоррозионного азотирования пригодны любые стали Применяется для повышения коррозионной стойкости болтов, гаек и других деталей.

В последние годы получил применение процесс жидкостного азотирования в цианистых солях (состава 40 % KCNO + 60 % NaCN), через которые пропускают сухой воздух при 570 °С в течение 1 – 3 ч. Общая толщина слоя 0,15 – 0,50 мм. В результате распада солей в сталь диффундирует в основном азот, и на поверхности изделий образуется тонкий слой карбонитрида Fe₃(CN) с высоким сопротивлением износу и коррозии. Достоинство процесса – азотированный слой не склонен к хрупкому разрушению и имеет незначительное изменение размеров изделия. Недостаток процесса – токсичность и высокая стоимость цианистых солей.

Процесс может быть применен для обработки зубчатых колес, штампов, пресс – форм и других деталей.

Защита участков поверхности от насыщения азотом производится нанесением олова (гальваническим методом или методом окунания – толщина слоя 10 мкм); обмазкой жидким стеклом с наполнителем (мел, тальк, асбест, окись хрома и др.); химическим никелированием и заделкой отверстий металлическими пробками.

Цианированием называется химико-термическая обработка, заключающаяся в диффузионном насыщении поверхностного слоя стали одновременно углеродом и азотом в расплаве цианистых солей. Результаты цианирования определяются глубиной слоя и концентрацией углерода и азота в поверхностном слое и зависят от температуры и продолжительности процесса. Повышение температуры увеличивает содержание углерода в слое, снижение температуры увеличивает содержание азота.

Глубина цианированного слоя с повышением температуры возрастает. Микроструктура цианированного слоя после закалки понизана на рис. 7.6.

При цианировании детали нагревают в расплавленных солях, содержащих цианистый натрий NaCN, при температуре 550 – 960 °С.

В зависимости от температуры процесса различают три вида цианирования: низко –, средне – и высокотемпературное.

Низкотемпературное цианирование производится при 550 – 570 °С в соляных ванных, содержащих 40 % KCN (цианистого калия) + 60 % NaCN (цианистого натрия), через которые пропускают сухой воздух. Насыщение стали азотом в этом случае происходит в большей степени, чем углеродом. Применяется для повышения твердости, износостойкости и теплостойкости инструмента из быстрорежущей стали, а также и для деталей из среднеуглеродистых сталей. Продолжительность процесса 0,5 – 3 ч. Глубина слоя 0.015 – 0,04 мм.

Среднетемпературное цианирование проводится при 820 – 860 °С в расплавленных солях, представляющих смесь солей примерно следующего состава: 40 % NaCN (цианистого натрия); 40 % NaCl (хлористого натрия); 20 % Na₂CО₃ (кальцинированной соды). Продолжительность процесса 30 – 90 мин. Глубина слоя 0,15 – 0,35 мм. Детали закаливаются непосредственно из цианистой ванны и затем отпускаются при температуре 180 – 200 °С. Твердость цианированного слоя после термической обработки HRC 52 – 62. Цианированный слой содержит 0,8 – 1,2 % N и 0,6 – 0,7 % С.

Высокотемпературное цианирование проводится при 930 – 960 °С в расплавленных солях, содержащих 8 % NaCN; 10 % NaCl; 82 % ВаС1₂ (хлористого бария). Продолжительность процесса 1,5 – 6 ч. Глубина слоя 0,15 – 2,0 мм. Ввиду того, что цианирование проводится при высокой температуре и происходит рост зерна аустенита, непосредственная закалка не производится.

Детали охлаждаются на воздухе; а затем их подвергают закалке и низкому отпуску.

Твердость цианированного слоя после термической обработки HRC 63 – 65. Цианированный слой содержит 0,8 – 1,2 % С и 0,2 – 0,3 % N. По сравнению с цементацией высокотемпературное цианирование имеет следующие преимущества: меньшая продолжительность процесса, меньшие деформации и коробление деталей сложной формы, более высокое сопротивление износу и коррозии.

Недостатки цианирования: сильная ядовитость цианистых солей из-за чего для каждой ванны требуются отдельные помещения и вентиляционные устройства, относительно высокая стоимость применяемых химикатов.

Нитроцементацией называется химико-термическая обработка, заключающаяся в одновременном насыщении поверхностных слоев стальных изделий углеродом и азотом в газовой среде. Процесс осуществляется в газовой смеси из науглероживающего газа и диссоциированного аммиака при температуре 850 – 870 °С, время выдержки 2 – 10 ч, толщина слоя 0,2 – 1 мм. После нитроцементации детали закаливают и затем подвергают низкому отпуску при температуре 160 – 180 °С. Твердость поверхностного слоя HRC 60 – 62.

При нитроцементации совмещают процессы газовой цементации и азотирования.

В газовую смесь входит эндогаз, к которому добавляют до 13% природного газа и до 8 % аммиака. Используется также жидкий карбюризатор – триэтаноламин, вводимый в виде капель в рабочее пространство шахтной печи.

При глубине слоя больше 1 мм трудно предотвратить пересыщение слоя азотом и образование дефектов структуры, снижающих усталостную прочность.

Для легированных сталей процесс осуществляют в атмосфере с минимальным количеством аммиака (до 3 %). В этом случае насыщение углеродом происходит значительно интенсивней, чем азотом. Такой процесс называют карбонитрированием в отличие от нитроцементации, проводимой для малолегированных и углеродистых сталей при повышенном содержании аммиака.

Нитроцементация деталей имеет следующие преимущества по сравнению с газовой цементацией: более низкая температура процесса и меньшая его продолжительность, большая износостойкость деталей, меньшее коробление их, возможность регулирования насыщения слоя, безвредность процесса. Стоимость процесса нитроцементации меньше стоимости процессов газовой цементации и цианирования. Процессы нитроцементации и цементации являются основными методами химико – термической обработки.

Сульфацианированием называется химико – термическая обработка, заключающаяся в одновременном насыщении поверхности стальных деталей серой, углеродом и азотом. Процесс проводится при температуре 580 – 590 °С в течение 3 ч в жидких ваннах, содержащих в расплаве карбиды, поташ, желтую кровяную соль и гипосульфит натрия. При разложении этих солей образуются атомарные углерод, азот и сера, которые адсорбируются на поверхности детали и диффундируют в глубь металла. При этом образуется наружный слой из сульфидов железа с нитридными включениями и графитом с малой твердостью. Далее располагается слой из карбонитридов. Внутренний слой состоит из азотистого аустенита.

Сульфацианированные детали имеют высокий коэффициент трения и очень высокую износостойкость.

Этот процесс применяется для упрочнения металлических фрикционных деталей.

Диффузионной металлизацией называется химико-термическая обработка, заключающаяся в диффузионном насыщении поверхностного слоя стали металлами для изменения его состава и структуры.

Алитированием называется химико – термическая обработка, заключающаяся в диффузионном насыщении поверхностного слоя стали алюминием в соответствующей среде. Основная цель – получение высокой жаростойкости поверхностей стальных деталей. Алитирование ведут в порошкообразных смесях, ваннах с расплавленным алюминием при температуре 700 – 800 °С в течение 45 – 90 мин и напылением с последующим диффузионным отжигом при 900 – 1000 °С. Толщина алитированного слоя 0,2 – 1,0 мм.

Алитированию подвергают детали газогенераторных машин, чугунные колосники, цементационные ящики, чехлы термопар и другие детали из низкоуглеродистой и среднеуглеродистой стали, специальной стали и серого чугуна.

Хромированием называется химико – термическая обработка, заключающаяся в диффузионном насыщении поверхностного слоя стали хромом в соответствующей среде. Основная цель – повышение коррозионной стойкости и жаростойкости, твердости и износостойкости.

Хромирование ведут в твердой, жидкой и газовой средах при 900 – 1100 °С в течение 5 – 20 ч. Толщина хромированного слоя 0,1 – 0,3 мм. Твердость хромированного слоя средне– и высокоуглеродистой стали HV 1200 – 1300.

Силицированием называется химико – термическая обработка, заключающаяся в диффузионном насыщении поверхностного слоя стали кремнием в соответствующей среде. Основная цель – повышение коррозионной стойкости и жаростойкости поверхности стальных деталей, а также резкое повышение жаростойкости молибдена и некоторых других металлов и сплавов.

Силицирование ведут в порошкообразных смесях, состоящих из 60 % ферросилиция, 30 % окиси алюминия и 1 % хлористого аммония, и в газовой среде, во вращающихся ретортах при разложении хлорида кремния SiCl₄ при температуре 950 – 1050 °С с выдержкой 2 – 5 ч. Толщина слоя 0,5 – 1,0 мм, твердость HV 200 – 300.

Борированием называется химико – термическая обработка, заключающаяся в диффузионном насыщении поверхностного слоя стали бором при нагревании в соответствующей среде. Основная цель – получение высокой твердости, повышение абразивного износа, коррозионной стойкости, теплостойкости и жаростойкости поверхности стальных изделий.

Применяют два метода борирования: электролизное и газовое.

При электролизном борировании в тигель с расплавленной бурой (950 °С) помещают графитовый стержень (анод) и обрабатываемую деталь (катод). Бура разлагается, образуя атомарный бор, диффундирующий в поверхность обрабатываемой детали.

Газовое борирование осуществляют при 850 – 900 °С в газовой смеси, состоящей из диборана В₂Н₆ и водорода.

Толщина борированных слоев не превышает 0,3 мм, а твердость равна HV 1800 – 2000. Недостаток борированных слоев – высокая хрупкость.

Борированию подвергают траки, втулки грязевых и нефтяных насосов и другие сильно изнашивающиеся детали.

§ 7.2. Высокочастотная закалка

При прохождении переменного тока высокой частоты по проводнику – медному индуктору 1 (рис. 7.7) вокруг последнего образуется переменное электромагнитное поле, силовые линии 3 которого пронизывают помещенную в индуктор деталь 2 . В поверхностном слое детали возникают вихревые токи (токи Фуко), вызывающие нагрев этого слоя. Источником для питания током служат машинные генераторы (до 10000 Гц) и ламповые (до 100000 Гц) а также тиристорные преобразователи (до 10000 Гц).

Индуктированный переменный ток распределяется по сечению проводника (нагреваемого изделия) неравномерно; в основном он проходит по поверхности проводника. Это явление называется поверхностным эффектом или скин – эффектом.

С увеличением частоты тока глубина проникновения индукционных токов уменьшается.

Распространение тепла в глубоколежащие слои осуществляется в результате теплопроводности.

На рис. 7.8. изображен график индукционного нагрева, из которого видно, что более быстрый нагрев происходит при температурах ниже точки Кюри.

Выше этой температуры нагрев замедляется в связи с потерей сталью магнитных свойств, увеличением удельного сопротивления и фазовыми превращениями.

Термические параметры индукционного нагрева - конечная температура нагрева детали t_к° и скорость нагрева в области фазовых превращений v_ф, град/с.

Распределение температуры по глубине нагреваемой детали зависит от глубины проникновения тока, теплопроводности стали, скорости нагрева, температуры поверхности и геометрических размеров детали. Смещение фазовых превращений в область более высоких температур при увеличении скорости нагрева приводит к необходимости нагрева изделий под закалку до температур, превышающих обычный печной погрев.

Внутренние напряжения. При поверхностной закалке стальных и чугунных деталей в них возникают остаточные напряжения из-за объемных изменений, происходящих вследствие градиента температуры по сечению при нагреве и охлаждении.

Образование в закаленном слое остаточных напряжений сжатия порядка 589 – 785 МПа (60 – 80 кгс/мм²) приводит к повышению предела выносливости изделий после индукционной закалки.

Внутренние напряжения могут вызвать деформацию и коробление закаливаемых изделий, но при высокочастотной поверхностной закалке они меньше, чем после обычной закалки.

Способы индукционной закалки. Существуют следующие основные способы закалки: одновременный, непрерывно - последовательный и последовательный.

Одновременный нагрев и охлаждение всей поверхности применяется для закалки небольших деталей (пальцы, валики и т.д.).

Непрерывно – последовательныйнагрев и охлаждение применяются для закалки деталей продолжительной длины. Закалка происходит при относительно неподвижных индукторе и охлаждающем устройстве (спрейере).

Последовательный способ закалки, при котором обрабатываемая поверхность нагревается и охлаждается по частям, применяется для обработки шеек коленчатых валов, зубьев крупномодульных зубчатых колес и т. д

После закалки для уменьшения возникающих внутренних напряжений детали подвергают низкому отпуску (160 – 200 °С) в электропечах или самоотпуску.

Основные марки углеродистых и легированных сталей, подвергаемых поверхностной закалке. Стали с содержанием углерода 0,40 – 0,50 % имеют наибольшее применение при поверхностной закалке деталей, к которым предъявляются высокие требования по твердости и износостойкости (стали марок 40 и 45 применяют для изготовления коленчатых валов, штоков, муфт, зубчатых ободов и других деталей).

Стали с содержанием углерода 0,30 – 0,35 % применяют для деталей, к которым не предъявляют больших требований по твердости и износостойкости, но которые должны иметь пониженную хрупкость поверхностного слоя, повышенную вязкость и минимальную склонность к трещинообразованию (сталь марки 35, из которой изготовляются детали повышенной вязкости: толкатели, ключи, вилки и другие детали).

Легированные стали, например 40Х, 55Г, 9Х, применяются для деталей, к которым предъявляются повышенные требования к механическим свойствам.

Стали пониженной и регламентированной прокаливаемости ПП (55ПП, 58ПП) и РП (47ГТ) позволяют осуществлять объемно – поверхностную закалку при глубинном индукционном нагреве ответственных тяжело-нагруженных деталей машин (полуоси, крестовины кардана и другие детали), при котором за один нагрев осуществляется поверхностная закалка и упрочнение сердцевины. Это обеспечивает комплекс более высоких свойств, чем при обычной поверхностной закалке. Поверхностный слой имеет твердость HRC 60 – 65, а более глубокие слои HRC 30 – 40.

Химико-термическая обработка с нагревом т.в.ч. может выполняться в твердых, газовых и жидких средах, расплавах солей, с использованием обмазок, гальванических, металлизированных и других покрытий. Например, газовая цементация с использованием природного газа и индукционного нагрева позволяет получить цементированный слой 0,8 – 1,0 мм за 45 – 60 мин при температуре 1050 °С.

§ 7. 3. Поверхностная закалка с нагревом в электролите

В качестве электролита обычно применяют 14 – 16 %-ный водный раствор кальцинированной соды. Закаливаемую деталь допускают в ванну 1 с электролитом и присоединяют к отрицательному полюсу генератора постоянного тока (рис. 7.9.). Деталь погружают на заданную глубину и нагревают в течение нескольких секунд, после чего ток выключают. Охлаждающей средой может быть тот же электролит.

При нагреве в электролите возникают электролитические и электроэрозионные процессы, очищающие нагреваемую поверхность от окислов и других пленок, ухудшающих теплопередачу. Скорость нагрева 10 – 150 °С в секунду. Поверхностная закалка в электролите применяется для упрочнения ведущих колес звеньев гусениц поддерживающих роликов гусеничных тракторов и других деталей.

Рис 7.9. Принципиальная электрическая схема нагрева в электролите:

§ 7.4. Поверхностная закалка с нагревом газовым племенем

При этом методе закалки нагрев поверхности детали часто осуществляется ацетилено – кислородным пламенем, температура которого 3150 °С (рис. 7.10.). Толщина закаленного слоя может быть в пределах 1 – 10 мм. Твердость закаленного слоя HRC 58 – 60. Время нагрева 10 – 15 с. Температура поверхностного слоя составляет 1000 – 1300 °С.

Охлаждающей средой при закалке является вода, сжатый воздух,

Рис. 7.10. Схемы способов поверхностной закалки при нагреве пламенем:

а - стационарный, б - вращательный, в - поступательный, г - комбинированный; 1 - зона нагрева, 2 - зона охлаждения

растворы солей и эмульсии. После закалки проводится низкотемпературный отпуск при температуре 180 – 220 °С.

При нагреве пламенем используют обычные сварочные горелки, в которых применяют щелевые и многопламенные наконечники.

Перед закалкой детали для улучшения структуры подвергают предварительной термической обработке – нормализации или улучшению.

Этот метод применяется для поверхностной закалки звездочек, цапф, валов и осей, зубчатых колес и других деталей. Метод простой и доступный, особенно в единичном и мелкосерийном производстве и при ремонтных работах.

Недостатки метода: перегрев поверхности, трудность измерения и регулирования температуры, невозможность обеспечить заданную толщину закаленного слоя.

ГЛАВА VIII ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ЧУГУНА

§ 8.1. Классификация чугуна

В зависимости от состояния углерода в чугуне различают: белый чугун, в котором весь углерод связан в цементит; серый чугун, в котором углерод в значительной степени или полностью находится в свободном состоянии в форме пластинчатого графита; высокопрочный чугун, в котором углерод в значительной степени или полностью находится в свободном состоянии в форме шаровидного графита; ковкий чугун, в котором весь углерод или значительная часть его находится в свободном состоянии и форме хлопьевидного графита. Получается в результате отжига отливок из белого чугуна (рис. 8.1.).

Из приведенной классификации чугуна видно, что отличительной особенностью чугунов является наличие в структуре свободного углерода – графита, который в той или иной степени ослабляет металлическую основу.

Белые чугуны имеют белый блестящий излом. Они обладают высокой твердостью и хрупкостью, практически не обрабатываются режущим инструментом.

Отбеленными называют чугуны, имеющие в поверхностных слоях структуру белого чугуна, а в сердцевине – серого чугуна.

Отбеленная зона «корочка» глубиной 12 – 35 мм получается при заливке чугуна в металлические формы или кокили.

б –серый чугун × 100, графит пластинчатый, в - высокопрочный, г- ковкий чугун × 100, графит шаровидный.

В зависимости от количества углерода, связанного в цементит, различают: белые чугуны – практически весь углерод находится в виде цементита; половинчатые чугуны – С_св (С_{св –} количество углерода, находящегося в связанном (Fe₃C) виде) > 0,8 %; структура – перлит + ледебурит + графит; перлитные серые чугуны – С_св~0,8 % С; структура – перлит + графит; феррито-перлитные серые чугуны – 0,8 % С > С_св > 0,02 % С; структура – перлит + феррит + графит; ферритные чугуны – С_св= 0 %; структура – феррит + графит.

Обычный промышленный чугун содержит те же примеси, что и углеродистая сталь – марганец, кремний, серу и фосфор. Эти примеси влияют на графитизацию, структуру и свойства чугуна.

Кремний усиливает графитизацию. Выделению графита способствуют также алюминий, медь, никель и титан.

Марганец, молибден, сера, хром, ванадий, вольфрам способствуют образованию цементита.

Фосфор образует в чугунах тройную фосфидную эвтектику (Fe(P) + Fe₃C + Fe₃P), которая обладает высокой твердостью, поэтому чем больше фосфора, тем выше твердость и хрупкость чугуна.

Сера – вредная примесь, понижает жидкотекучесть, увеличивает усадку и склонность к образованию трещин.

Если в чугуны вводят алюминий, медь, хром, никель, кремний свыше 3,5 % и марганец свыше 1 %, то такие чугуны называются легированными или специальными.

Скорость охлаждения чугуна влияет на его структуру. В зависимости от толщины отливки при одном и том же химическом составе структура получается различной. Для выбора химического состава чугуна в зависимости от требуемой структуры и свойств опытным путем строят структурные диаграммы. Например, если детали отлиты из чугуна состава C + Si = 4 %, то в деталях с толщиной стенки до 10 мм получается белый чугун, от 10 до 20 мм – половинчатый чугун, от 20 до 60 мм – перлитный серый чугун, от 60 до 120 мм – феррито-перлитный серый чугун.

Серые чугуны маркируют буквами СЧ и цифрами. Первые цифры показывают предел прочности при растяжении, вторые – предел прочности при изгибе.

Установлены следующие марки серого чугуна (ГОСТ 1412 – 70): СЧ00 (без механических испытаний), СЧ 12 – 28, СЧ 15 – 32, (СЧ 24 – 44, СЧ 32 – 52 и др. Например, марка СЧ 12 – 28 показывает, что чугун имеет σ_в = 120 МН/м² (12 кгс/мм² ) и σ_изг= 280МН/м² (28 кгс/мм²). Твердость чугуна этой марки НВ 143 – 229. Отливки из серого чугуна широко применяют для станин, маховиков, поршневых колец, поршней, гильз и других деталей.

Для получения высокопрочного чугуна с шаровидным графитом в ковш с жидким чугуном вводят металлический магний или другой модификатор. Магния в чугуне должно быть 0,03 – 0,07 %.

В зависимости от химического состава чугуна, скорости охлаждения могут быть получены высокопрочные чугуны со следующей структурой: феррит + шаровидный графит, феррит + перлит + шаровидный графит, перлит + шаровидный графит.

Высокопрочные чугуны маркируют буквами ВЧ и цифрами

Первые цифры показывают предел прочности при растяжении, последующая цифра – относительное удлинение.

Установлены следующие марки чугуна (ГОСТ 7293 – 70): ВЧ45 – 0 ВЧ50 – 1,5, ВЧ60 – 2, ВЧ45 – 5, ВЧ40 – 10. Например, марка ВЧ60 – 2 показывает, что чугун имеет предел прочности 588 МПа (60 кгс/мм²), относительное удлинение 2 %. Твердость НВ 197 – 269.

Чугуны, модифицированные магнием, имеют более высокие механические свойства, чем обычный серый чугун, благодаря шаровидной форме графита. Высокопрочные чугуны легируют хром, никелем, молибденом, титаном, алюминием с целью получения особых свойств: жаростойких, антифрикционных и т. д. Чугуны с шаровидным графитом применяют для ответственных деталей, например, коленчатых валов, кулачковых валов, деталей насосов и т. д.

§ 8.2. Термическая обработка чугуна

Чугун подвергают отжигу, нормализации, закалке, отпуску и химико – термической обработке.

Отжиг отливок из белого чугуна производится по режимам, на графике (рис. 8.2.). При отжиге происходит распад цементита с образованием графита, т. е. процесс графитизации. В результате отжига белого чугуна получают ковкий чугун с хлопьевидной формой графита.

Разложение цементита ледебурита и цементита вторичного (частично) происходит на первой стадии графитизации, которую проводят при температуре выше критической (950 – 1000 °С).

Разложение эвтектоидного цементита происходит на второй стадии графитизации при температуре ниже критической (740 – 720 °С), или при медленном охлаждении в интервале критических температур (760 – 720 °С). Отжиг белого чугуна с получением ферритного ковкого чугуна называют полным графитизирующим отжигом.

Ковкий чугун маркируется буквами КЧ и цифрами. Первые цифры показывают предел прочности при растяжении, последующая цифра –относительное удлинение. Применяются следующие марки: КЧ30 – 6, КЧ35 – 10, КЧ45 – 6, КЧ56 – 4, КЧ63 – 2 и др.

Отжиг отливок для снятия внутренних напряжений проводят при температуре 500 – 650 °С с выдержкой 3 – 10 (в зависимости от размера).

Графитизирующий отжиг серого и высокопрочного чугунов проводят при температуре 680 – 750 °С с выдержкой 1 – 4 , (происходит графитизация и частичная сфероидизация эвтектоидного цементита) для снижения прочности, твердости, улучшения обрабатываемости чугуна на металлорежущих станках и стабилизации размеров отливки.

Графитизирующий отжиг отливок отбеленного и половинчатого чугунов проводят при температуре 900 – 950 °С с выдержкой 1 – 5 ч для графитизации цементита ледебурита или избыточного цементита и получения структуры – перлит + графит.

Нормализацию отливок из серого, высокопрочного и ковкого чугуна проводят при температуре 850 – 950 °С для растворения части графита в аустените с целью получения перлитного чугуна из ферритного или феррито – перлитного чугуна. В результате повышаются твердость и износостойкость.

Закалку отливок из серого, высокопрочного и ковкого чугунов проводят при нагреве до температуры 850 – 930 °С с выдержкой 0,5 – 3 ч и охлаждением в масле. Время выдержки зависит от массы обрабатываемых деталей и структуры чугуна. При закалке образуется мартенсит.

Низкий отпуск проводят при температуре 200 – 250 °С для деталей, работающих на износ. Чугунные отливки, деталей, не работающих на износ, подвергают высокому отпуску при температуре 500 – 600 °С.

Рис.8.2. График режима отжига белого чугуна для

получения ковкого чугуна

.

Повышение износостойкости чугунных отливок достигается и при изотермической закалке по режиму: температура нагрева 840 – 870 °С с последующим охлаждением в расплавленной селитре при температуре 280 – 340 °С. Выдержка в селитре составляет 40 – 90 мин. При этом происходит изотермический распад аустенита и образование структуры игольчатый троостит + графит. Изотермическая закалка повышает твердость и прочность при сохранении пластичности.

Старение искусственное и естественное применяют для снятия внутренних напряжений в отливках.

Естественное старение осуществляют на открытом воздухе или в помещении склада в течение 10 – 16 мес. Этот способ удлиняет производственный цикл.

Искусственное старение осуществляют в печи. Отливки в печь загружают при температуре 100 – 200 °С. Затем печь нагревают до температуры 550 – 570 °С со скоростью 30 – 60 град/ч. Отливки выдерживаются в печи 3 – 5 ч и затем охлаждаются вместе с печью со скоростью 20 – 40 °С/ч до температуры 150 – 200 °С|, а затем охлаждаются на воздухе. Искусственное старение позволяет устранить внутренние напряжения, повысить вязкость и исключить деформации и коробления при механической обработке и эксплуатации станков и машин.

Чугунные отливки в некоторых случаях подвергаются и поверхностной закалке.

Чугунные изделия подвергают также химико – термической обработке: азотированию, алитированию и диффузионному хромированию. Режимы химико – термической обработки аналогичны режимам обработки стали.

ГЛАВА IX ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СПЛАВОВ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ

§ 9.1. Термическая обработка меди и ее сплавов

Медь – широко применяют в электротехнике, различных отраслях машиностроения, радиоэлектронике и приборостроении. Медь обладает высокой пластичностью, тепло- и электропроводностью. Благодаря этим свойствам ее используют для изготовления проводов, шин, контактов, индукторов и других проводников электрического тока.

Медные изделия изготовляют в основном методом холодного деформирования. Для восстановления пластических свойств медь подвергают рекристаллизационному отжигу при температуре 500 – 600 °С с охлаждением в холодной воде. Охлаждение в воде устраняет окислы и окалину и придает меди чистый, красный цвет.

Пластичность резко повышается (σ = 45 ÷ 50%), а прочность снижается примерно в два раза и составляет 196 – 245 МПа (20 -– 25 кгс/мм²).

Медь выпускается следующих марок: М00 (примеси висмут и свинец 0,01 %), M1 (примеси – 0,1%), М2 (примеси – 0,3 %), М3 (примеси – 0,5 %).

Латуни – это сплавы меди с цинком. Они обладают высокими технологическими свойствами. Из них получают отливки и катаный полуфабрикат: листы, ленты, трубки, проволоку. Содержание меди и цинка отражают в наименовании марки. Например, латунь Л90 – среднее содержание меди в сплаве 90 % и 10 % цинка.

В однофазных α-латунях с содержанием меди не менее 61 % (Л70, ЛН65 – 5 и др.) нет фазовых превращений и поэтому они подвергаются только рекристаллизационному отжигу при температуре (100 – 700 °С) с охлаждением на воздухе или в воде для лучшего отделения окалины. Латунные листы, предназначенные для глубокой вытяжки с целью получения более мелкого зерна, отжигают при более низких температурах (450 – 550 °С).

Латунные детали, имеющие после деформации остаточные напряжения, в условиях влажной атмосферы подвержены самопроизвольному растрескиванию. Эти детали подвергают низкотемпературному отжигу при температуре 200 – 300 °С, в результате остаточные напряжения значительно уменьшаются.

Латуни, содержащие 3 – 12 % цинка (остальное медь), имеют цвет золота, и их применяют для ювелирных и декоративных изделий.

В специальные латуни для придания им тех или иных свойств дополнительно вводят различные элементы: свинец – для улучшения обрабатываемости; олово – для повышения сопротивления коррозии в морской воде; алюминий, никель и др. – для повышения механических свойств.

Бронзы – сплавы меди с оловом, свинцом, кремнием, алюминием и другими элементами. Маркируются буквами Бр. – бронза, зa которыми следуют заглавные буквы легирующих элементов и далее цифры, показывающие среднее содержание легирующих элементов в процентах (например, Бр.ОФ6,5 – 0,4 содержит 6,5 % олова, 0,4 % фосфора).

Оловянные бронзы (содержание олова до 20%) обладают хорошими литейными свойствами, высокой химической стойкостью и хорошими антифрикционными свойствами. Бронзы с 4 – 5 % олова являются однофазными и хорошо деформируются в холодном состоянии. Эти бронзы подвергаются рекристаллизационному отжигу при температуре 600 – 650 °С.

Алюминиевые бронзы содержат 5 – 10 % алюминия. Алюминиевые бронзы подвергаются нормализации с нагревом до 650 °С или закалке с 900 °С в воде. Алюминиевые бронзы хорошо сопротивляются коррозии и имеют высокие механические и технологические свойства.

Кремнистые бронзы превосходят оловянистые по механическим свойствам и являются более дешевыми.

Бериллиевые бронзы значительно повышают механические свойства в результате термической обработки. Закалка производится с температуры 760 – 780 °С с охлаждением в воде. Старение проводят при температуре 300 – 350 °С в течение 2 ч. Твердость возрастает до НВ 350 – 400. Бериллиевые бронзы обладают меньшей прочностью, хорошей обрабатываемостью и свариваемостью. Идут для изготовления ответственных деталей типа пружин, мембран, втулок, зубчатых колес и других деталей и инструмента для взрывобезопасных работ (при ударе не возникают искры).Бериллиевые бронзы содержат 2 – 2,5 % Be.

§ 9.2. Термическая обработка алюминиевых сплавов

Алюминий и его сплавы широко применяются в машиностроении. Алюминий обладает большой пластичностью, невысокой прочностью 98 МПа (σ_в = 10 кгс/мм²) и низкой твердостью (НВ25 – 28). Чистый алюминий обладает хорошей коррозионной стойкостью, так как на его поверхности образуется защитная пленка окиси алюминия Al₂O₃.

Для производства машинных деталей используется не чистый алюминий, а его сплавы. Алюминиевые сплавы делятся на деформируемые и литейные.

Деформируемые сплавы делятся на упрочняемые и не упрочняемые. Не упрочняемые термической обработкой сплавы характеризуются невысокой прочностью, высокой пластичностью и высокой коррозионной стойкостью (сплавы алюминий – марганец – АМц и алюминий – магний АМг). Применяются для малонагруженных деталей и деталей, работающих в агрессивных средах.

К упрочняемым термической обработкой алюминиевым сплавам относится дуралюмин.

Дуралюмин – это сплав А1 – Сu – Mg – Мn. Поставляется в виде профилей, прутков, труб, листов и других изделий. После холодной деформации дуралюмин подвергают смягчающему отжигу при температуре 340 – 370 °С. Закалку дуралюмина производят с температуры 490 – 510 °С с охлаждением в воде. Недогрев не обеспечивает получения необходимых свойств, а перегрев вызывает окисление и частичное оплавление границ зерен.

После закалки дуралюмин подвергают старению, что обеспечивает получение высокой прочности и твердости. Естественное старение при обычных температурах в течение 5 – 7 суток повышает прочность с 245 до 392 МПа (с 25 до 40 кгс/мм²). Искусственное старение проводят при 150 – 180 °С в течение 2 – 4 ч.

Сплавы авиаль АВ (Al – Mg – Si – Сu) уступают по прочности дуралюмину, но обладают лучшей пластичностью. Поставляются в виде листов, труб и других изделий. Подвергаются закалке с температуры 515 – 528 °С с охлаждением в воде.

Для ковки и штамповки применяют алюминиевые сплавы АК обладающие высокой пластичностью при температурах ковки 450 – 475 °С. Закалка с 490 – 515 °С в воде и старение при 150 – 160 °С в течение 5 – 15 ч.

Литейные сплавы алюминия АЛ (Al – Si) называются силуминами. Структура литых сплавов более груба и крупнозерниста, чем у деформированных.

Сплав АЛ2, в котором 10 – 13 % Si, имеет малую усадку и высокую жидкотекучесть. Применяется для отливок сложной формы от которых не требуются высокие механические свойства. Для повышения механических свойств сплава его модифицируют, т. е. перед самой разливкой вводят в сплав соли натрия в количестве 1% от массы жидкого металла. При этом σ_в и σ возрастают до модифицирования со 137 МПа (14 кгс/мм²) и 3 % до 177 МПа (18 кгс/мм²) и 8 % после модифицирования.

Силумины с добавками меди, магния и марганца обладают более высокими механическими свойствами (например, сплавы АЛЗ, АЛ4 и др.). Закалка силуминов производится с температурой 520 – 540 °С, искусственное старение проводят при температуре 150 – 180 °С в течение 10 – 20 ч.

§ 9.3. Термическая обработка магниевых и титановых сплавов

Магний обладает малой плотностью (1,70 г/см³), пластичен, имеет низкую прочность 177 МПа (18 кгс/мм²) и высокую активность по отношению к кислороду. Применяется в основном в виде сплавов в различных областях техники.

Основными легирующими элементами магния являются алюминий, цинк и марганец. Сплавы магния, как и алюминиевые, подразделяют на деформируемые (МА) и литейные (МЛ).

Деформированные магниевые сплавы отжигаются для рекристаллизации и повышения пластичности (340 – 400 °С в течение 3 – 12 ч), а отливки – для снятия напряжений (200 – 250 °С). Закалка литых магниевых сплавов производится с 380 °С (МЛ4) или 415 °С (МЛ5) с выдержкой в течение 10 – 16 ч, охлаждением на воздухе и последующим старением при 175 °С в течение 15 – 16 ч. Сплав МЛ4 после закалки и старения имеет прочность 245 МПа (σ_в = 25 кгс/мм²), σ = 4%.

Титан – серебристо – белый металл с малой плотностью (1,5 г/см³) и высокой температурой плавления (1672 °С). Титан имеет две аллотропические модификации: α – низкотемпературную с плотноупакованной гексагональной решеткой и β – высокотемпературную с кубической объемно – центрированной решеткой. Температура перехода α↔β равна 882 °С. Свойства титана зависят от чистоты. Присутствие углерода снижает ковкость, ухудшает обрабатываемость резанием и свариваемость титана. Наличие кислорода и азота повышает прочность титана, но снижает пластичность. Водород повышает чувствительность титана к хрупкому разрушению.

Титан обладает высокой коррозионной стойкостью в атмосфере, морской воде и в ряде кислот. Титан хорошо куется и сваривается.

Различают три вида титановых сплавов: α-сплавы – малопластичны, не упрочняются термической обработкой; β-сплавы – наиболее пластичны, но менее прочны, при высоких температурах (выше 700 °С) легко поглощают кислород и азот. Не испытывают фазовых превращений, упрочняются термообработкой; (α + β) – сплавы – хорошо куются, штампуются, обладают большой прочностью и подвергаются термообработке

Практическое применение нашли α – и (α + β) – сплавы..

Для повышения износостойкости титановые сплавы подвергают химико-термической обработке – цементации или азотированию. Азотирование проводится при температуре 850 – 950 °С в течение 15 – 25 ч в диссоциированном аммиаке или сухом, очищенном от кислорода азоте, в результате образуется тонкий (около 0,1 мм) слой, насыщенный азотом с твердостью HV 1000 – 1200.