Что такое криогенная зона

Что такое криогенная зона

Криолитозона Земли определяется как зона проявления особого типа осадочного породообразования. Она состоит из областей наземного оледенения и распространения мерзлых горных пород на суше, а также долговременных многолетних и сезонных ледовых покровов на море, т.е. наземного, подземного и морского оледенения. Во всех областях криолитозоны как на суше, так и в море, формируются своеобразные отложения, специфика литогенеза которых определяется криогенными факторами.

Современная гляциология включает в сферу своих интересов не только ледники, но вообще все типы природных льдов: наземные, подземные, морские, атмосферные, а также снежный покров. Поэтому при гляциологическом районировании Земли выделяются области распространения снежного покрова, многолетней мерзлоты (прерывистой и сплошной), морских льдов (сезонных и постоянных), ледяной пояс (ледники) и пояс атмосферных льдов.

Широко принятое определение криолитозоны как зоны распространения многолетнемерзлых горных пород основывается на отмеченном выше отождествлении понятий «литосфера» и «литозона». В этом случае литозона понимается не как зона проявления особого типа осадочного процесса, а как зона распространения определенного типа горных пород, в частности твердомерзлых. Вместе с тем в ряде работ, авторы которых придерживаются такого понимания объема криолитозоны, говорится о специфике литогенеза в ее пределах [ Попов, 1967 и др.]. При этом подчеркивается, что она определяется исключительно подземным льдообразованием как в неуплотненных влагонасыщенных осадках, так и в плотных осадочных, магматических и метаморфических породах. Отождествление зоны распространения мерзлых горных пород и криолитозоны делает малооправданной целесообразность введения последнего термина.

Отнесение к криолитозоне областей развития ледников и мерзлых горных пород, т.е. наземного и подземного оледенения, оправдывает правомерность ее особого выделения. Однако полный объем криолитозоны шире, ибо ледники, например, определяют своеобразие осадочного процесса не только на суше, но и в море, на существенно больших пространствах. Помимо ледникового льда на процесс формирования осадочных пород в море оказывают существенное воздействие морские, припайные и выносимые в море речные льды.

Определяя криолитозону как зону проявления особого процесса осадочного породообразования, рассмотрим влияние на него различных типов льдов. Наземные ледники, как известно, формируют комплекс весьма своеобразных отложений: моренных, флювиогляциальных, лимногляциальных. Главенствующая роль льда в осадочном породообразовании здесь очевидна. Роль подземного льдообразования в формировании осадочных пород менее изучена и раскрыта. Переходя в мерзлое состояние, рыхлые осадки превращаются в своеобразную льдонасыщенную отрицательно-температурную горную породу, обладающую литологическими признаками, отличающими ее от пород аналогичного происхождения в иных зонах литогенеза: гумидной и аридной. Формируются толщи льдонасыщенных отложений, содержащие относительно равномерно распределенный по разрезу текстурно-структурный подземный лед и его скопления в виде линз, прослоев, вертикальных жил. В зависимости от способа промерзания, соотношения его с процессом осадконакопления и литологического состава осадков их последующая льдистость неодинакова; различным является и тип мерзлотной текстуры и структуры.

В свете изложенных принципов выделения криолитозоны Земли как зоны особого осадочного породообразования она может быть подразделена наследующие области: I. Криолитозона суши: 1) области с наземным оледенением: а) сплошным (покровным), б) разобщенным (сетчатым, горным); 2) области с подземным оледенением: а) сплошным, б) прерывистым. II. Криолитозона моря: 1) области морского оледенения с многолетним покровом плавучих льдов: а) сплошных, б) разобщенных; 2) области с многолетними отрицательно-температурными донными грунтами: а) мерзлыми, б) пластичными и жидкими (засоленными).

На схеме криолитозона моря подразделена по типам плавучих льдов. В пределах суши показаны также области максимального распространения криолитозоны в плейстоцене.

Каждая из выделенных подзон и областей криолитозоны в пространстве частично накладывается одна на другую, образуя сложные переходные подзоны и области. Например, ледники из областей с наземным оледенением суши внедряются в криолитозону моря в виде шельфовых ледников, в этих районах возможно выделение криолитозоны моря с поверхностным оледенением. На суше области с наземным оледенением могут накладываться на области с подземным оледенением, если под ледниками установлены мерзлые породы. В криолитозоне моря области распространения многолетних плавучих льдов могут сочетаться с областями распространения многолетних отрицательно-температурных грунтов (твердомерзлых и пластичных), но эти области могут быть пространственно разобщены.

14 млн. км 2 ) и Гренландии (1,8 млн. км 2 ). На долю всех остальных ледников Земли приходится

Область подземного оледенения вне пределов наземных ледников имеет площадь

Криолитозона моря является неотъемлемой составной частью криолитозоны Земли в целом. Еще в 1933 г. В.И. Вернадский к выделенной им «области охлаждения» Земли помимо мерзлых зон суши относил и обширные части Мирового океана. Представляется парадоксальным, что при выделении криолитозоны Земли в нее не включается даже Полярный бассейн с его мощным и в центральной части сплошным покровом многолетних льдов, длительно существующих даже в геологическом масштабе времени. Это дает основание говорить о морском типе оледенения Земли. Ссылки на то, что в море не проявляется климатическая зональность осадочного процесса и что плавучие льды не оказывают существенного воздействия на литогенез, не придают морским осадкам специфических черт, заметно отличающих их от морских осадков иных зон литогенеза, вызывают возражения. Криогенная специфика литогенеза в ледовитых полярных бассейнах проявляется очень ярко, здесь формируются своеобразные типы ледниково- и ледово-морских отложений.

Поверхностные льды водоемов образуют многолетние круглогодичные сплошные и сезонно разобщенные покровы, а также сезонные покровы различной временной продолжительности. В составе их участвуют многолетние паковые, однолетние льды, льды морского припая и выносимые в море глетчерные (айсберги) и речные льды. Ежегодно морскими льдами покрывается

Рассматривая специфику литогенеза в полярных морях и океанах, нельзя не отметить, что в них выносится практически весь обломочный материал, содержащийся в крупнейших современных ледниковых покровах, и прежде всего, в ледниках Антарктиды и Гренландии. По существующим оценкам из 25 млрд. т вещества, сносимого с суши в море, 1,5 млрд. т приходится на ледники и айсберги. Эта цифра весьма существенна. Она примерно соответствует количеству эолового материала, выносимого в море и в 3 раза превышает количество обломочного материала, поступающего в море за счет абразии берегов. В этих оценках не учитывается обломочный материал, выносимый в море припайными и речными льдами, а его роль также весьма существенная, судя по содержанию крупных каменных обломков в осадках ледовитых морей, в которых айсберги отсутствуют (например, Охотское, Белое море и др.). Вероятно, аналогичная картина была свойственна прошлым этапам геологического развития Земли в плейстоцене, и это необходимо учитывать при палеогеографических реконструкциях.

Таблица. Мощность криолитозоны в различных районах Северного полушария по результатам измерений. Данные различных авторов, обобщены И.А. Некрасовым [ 1971 ] с добавлениями и уточнениями автора

Источник

Документ касается одной из животрепещущих проблем современной России. Запустив очередной этап освоения Арктики, государство в 2020 году выдало грандиозный пакет преференций для новых проектов в этом регионе. Но в тот же год в Норильске произошла одна из крупнейших промышленных аварий в истории российского Севера. Она показала, что цена освоения Арктики чрезвычайно высока не только с финансовой точки зрения, но и с позиции экологии, а, соответственно, репутации страны.

На фоне споров о причинах глобального потепления вопросы сохранения природы Арктики в процессе ее экономического развития, состояние инфраструктуры в Заполярье, а также предупреждение аварий на объектах в районах вечной мерзлоты вышли на первый план.

Две трети страны и минимум данных

В докладе подчеркивается, что криолитозона занимает 65% страны: «Это огромное по площади геологическое тело из горных пород различного состава и генезиса с отрицательной температурой. Одна часть находится в многолетнемерзлом состоянии и содержит лёд-цемент, тонкие ледяные прослои. Другая часть содержит не замерзающие растворы разнообразного химического состава. По площади криолитозона России больше таких стран как Канада, США или Китай». При этом данных о текущем состоянии вечной мерзлоты в России нет.

В Арктике мерзлота занимает 85% территории, ее глубина здесь достигает своих максимальных значений (до 1,5 км), а в среднем изменяется от 250 м до 400 м. В толщах вечной мерзлоты и под ней скрыта большая часть минерально-сырьевых ресурсов страны: золото, олово, ртуть, алмазы, нефть, газ. Независимо от способов и технологии добычи этих полезных ископаемых в мерзлоте происходят значительные геоэкологические изменения. В большинстве случаев они мало контролируемы, а потому опасны. Но до сих пор в России не существует ни одной государственной программы комплексного изучения вечной мерзлоты.

Собранные в прошлом веке данные о состоянии вечной мерзлоты сейчас совсем устарели. В текущем столетии ведомства не уделяли этой теме почти никакого внимания. Минприроды фактически не проводит работ мерзлотной направленности, регионального изучения в Арктике нет. Минстрой не ведет мониторинг градостроительных объектов, межвеждомственного обмена данных нет. Массивы инженерных изысканий скрыты за грифом «коммерческой тайны» и не доступны для экспертного и научного сообщества. Исследования ученых способны сформулировать лишь самые общие закономерности, поскольку экспериментальный потенциал весьма ограничен, делают выводы составители доклада.

Ни в одном федеральном законе нет упоминания о существовании в РФ вечной мерзлоты. Чтобы снизить природные риски и предотвратить экологические катастрофы, России нужны документы государственного уровня: «Концепции изучения вечной мерзлоты», федеральная программа «Криолитозона России» и закон «О вечной мерзлоте». Критически важным становится формирование наблюдательной сети мониторинга криолитозоны, делают выводы ученые.

Опасно не знать

Естественные процессы потепления усиливаются хозяйственной деятельностью: фундаменты зданий деформируются из-за криогенных процессов, серьезные проблемы возникают при строительстве железных и автомобильных дорог, вдоль магистральных трубопроводов происходит заболачивание и, как следствие, всплывание трубы. Изменение теплового режима мерзлоты и криогенные процессы, по некоторым подсчетам, оказываются причиной 23% отказа технических систем и 29% потерь добычи углеводородов. В целом испытывают деформации около 40% всех инженерных сооружений в криолитозоне, констатируют эксперты.

Авторы доклада подчеркивают, что при строительстве объектов на вечной мерзлоте важно: «Особое внимание уделять вопросам экологической безопасности и эксплуатационной надежности, мониторингу природной среды, условию безопасного хозяйствования. Это необходимо учитывать при разработке новых нормативных документов в данной области. Следует разработать, в том числе на базе современных ГИС технологий, национальную комплексную программу мониторинга состояния криолитозоны Российской Федерации, соответствующую коллективную базу данных и аналитический центр».

Геокриологическая карта СССР была составлена по материалам, полученным 30-50 лет назад. С того времени появились новые данные, особенно многочисленные и важные на арктическом шельфе, изменился ряд геологических представлений, достигнуты успехи в теории, методологии и методике геокриологических исследований. Новую геокриологическую карту России нужно составлять с учетом актуальной информации и на основе современных технологий.

Концепция полигонов

До настоящего времени всё внимание чиновников было сконцентрировано на инженерных объектах Заполярья, вопрос о мониторинге характеристик вечной мерзлоты даже не ставился. Но кумулятивный эффект потепления климата и техногенное воздействие начали приводить к крупным авариям и к увеличению риска природопользования.

Созданию системы мониторинга посвящена значительная часть доклада. Проанализирован опыт контроля в нефтегазовой сфере, на объектах крупного и жилищного строительства, а также ЖКХ арктических городов. В результате авторами разработана «Концепция изучения вечной мерзлоты», которая базируется на формировании сети стационаров и полигонов.

Сейчас в России действует ограниченное число геокриологических стационаров. Так в системе Минприроды функционирует всего 2 таких объекта в Арктике. Воркутинский опорный мерзлотно-гидрогеологический полигон (ведет государственный мониторинг состояния недр по Северо-Западному Федеральному округу) и геокриологический стационар Марре-Сале (оценивает Уральский Федеральный округ). Работают еще ряд профильных стационаров, но они не могут сформировать полную картину для всей страны.

Предполагается, что полигоны будут организованы по единому стандарту. Они должны обладать собственной наблюдательной сетью, состоящей из опорных наблюдательных инженерно-геокриологических и гидрогеологических скважин и площадок периодического обследования. Ожидается, что информация от всех источников изначально концентрируется в региональных аналитических центрах, а после ее обработки частично передается в федеральный центр. Не исключено, что в начальный период организации системы государственного мониторинга криолитозоны Арктики функции региональных центров могут исполнять профильные научные организации (с отдельным целевым финансированием и основным штатным составом). Это позволит наиболее качественно проводить анализ получаемой информации в период становления и развития мониторинговой системы.

Учитывается и бурение опорных скважин для изучения ледяных тел, позже эти скважины планируется перевести в режим мониторинговых наблюдений. Кроме того, предлагается организация мерзлотных станций в крупных городах и поселках, формирование мерзлотных инспекций, а также работа региональных центров проектирования защиты и реконструкции зданий и сооружений. Большие перспективы связываются с применением дистанционных методов исследований от беспилотных летательных аппаратов до высоко разрешающей спектрозональной космической съемки, а также до сети спутников для космического мониторинга вечной мерзлоты.

Снизить риски

Поэтапная реализации предлагаемой «Концепции создания федерального объединения по изучению, мониторингу и регулированию состояния вечной мерзлоты в Арктической зоне РФ» позволит на научной основе снизить риски возникновения экологически опасных ситуаций в Арктике, надеются эксперты.

Глава Минвостокразвития Алексей Чекунков, комментируя «Интерфаксу» итоги научно-исследовательской работы, отметил: «Эта работа, действительно, выявила слабые точки в изучении вечной мерзлоты в России. С главой Минприроды Александром Козловым мы детально обсуждали этот вопрос. Будем заниматься этой работой совместно с Минприроды, поскольку за экологию титульно отвечает министерство природных ресурсов и экологии. Совместными усилиями подготовим законопроект «О вечной мерзлоте», и внесем его в правительство в этом году».

Источник

Криогенная технология

Криогенная технология-разделения воздуха с помощью криогенных температур на основные газовые компоненты

ИА Neftegaz.RU. Технология разделения воздуха с помощью криогенных температур на основные газовые компоненты известна очень давно.

Повторяя подобный процесс многократно на ректификационных тарелках воздухоразделительных колонн, получают жидкие кислород, азот и аргон нужной чистоты.
При относительно высокой стоимости криогенные блоки очень надежны, просты в эксплуатации, обладают высокими техническими характеристиками и позволяют получать газы высокой чистоты в очень больших объемах, например, газообразный азот сверхвысокой чистоты (до 1 ppb), который не может быть получен в адсорбционных и мембранных системах.

В то же время криогенные блоки являются экономически эффективными при долгосрочной эксплуатации за счет низкого удельного энергопотребления и низких эксплуатационных затрат.
Широкое применение нержавеющей стали, особенно для трубопроводов и клапанов, позволяет использовать простые и надежные сварные соединения, а также обеспечивает противокоррозионную стойкость. Кроме этого, само по себе сварные соединения нержавеющих трубопроводов как внутри холодного блока, так и в не его, обеспечивают долговечную плотность и не допускают протечек.
Основными техническими преимуществами криогенного способа являются гарантированная высокая чистота продукта при неизменном расходе, а также низкое удельное энергопотребление в течение всего срока эксплуатации.
Минимизация вращающихся и движущихся механизмов обеспечивает долгий ресурс работы криогенных установок.
При соблюдении проектных условий эксплуатации блока комплексной очистки (БКО) не требуется замена адсорбентов в течение всего срока службы установки.

Процесс генерации жидкого азота

Источник

Услуги криогенной обработки (криогенное упрочнение)

Что такое криогенная обработка.

Процесс криогенной обработки (криогенного воздействия) включает в себя три последовательно идущих стадии:

Схема комплексной термической обработки в сочетании с криогенной обработкой на завершающей стадии

Согласно представленной схеме, криогенному воздействию предшествуют закалка и отпуск. Для снятия термических напряжений, вызванных криогенной обработкой, проводят повторный отпуск.

Такая схема обработки увеличивает в структуре количество мартенсита за счет образования более легированного мартенсита повышенной твердости. Это позволяет получать значительно более высокую твердость закаленной стали, практически не достижимую при других способах термической обработки.

Почти за 80 лет изучения влияния холода на улучшение механических и эксплуатационных характеристик материалов выявлены следующие преимущества криогенной обработки:

Указанные преимущества криогенной обработки напрямую влияют на повышение ресурса металлопродукции.

Наши специалисты проводят криогенную обработку изделий из сталей, чугуна, алюминиевых и твердых сплавов; кабелей и электронного оборудования; духовых и струнных инструментов.

Стоимость оказания услуг определяется с учетом объема деталей, подлежащих криогенной обработке.

С расценками на услуги криогенной обработки можно ознакомиться здесь:

Для чего проводится криогенная обработка

Проведение криогенной обработки

Для проведения криогенной обработки необходимо связаться с нашими специалистами и сообщить следующую информацию:

Далее заказчиком готовится заявка, в которой указывается вся информация и заключается договор на проведение криогенной обработки:

Этапы проведения криогенной обработки

Приемка продукции на криогенную обработку проводится по качеству и номенклатуре. Проводится визуально-параметрический осмотр.

Принятая к обработке продукция перемещается в цех, где проводится обработка.

Далее проводится непосредственно криогенная обработка. Температурно-временные режимы криогенной обработки определяются технологами, исходя из информации, предоставленной заказчиком.

После проведения криогенной обработки проводится контроль качества упрочнения (выходной контроль). На этом этапе делаются контрольные замеры, готовится отчет (заключение) о целесообразности проведения криогенной обработки исходя только из числовых значений входного и выходного контроля.

Обработанная продукция отправляется заказчику за счет его средств.

Сроки проведения криогенной обработки

Сроки проведения криогенной обработки зависят от материала, габаритов обрабатываемых изделий, загрузки производства и составляют от 5 до 14 дней.

Доставка изделий на обработку

Доставить изделия на обработку вы можете собственным транспортом либо воспользоваться услугами транспортных компаний.

С тарифами и сроками перевозки транспортными компаниями можно ознакомиться на их официальных сайтах:

Транспортные компании

При этом стоит учитывать, что доставка от транспортных компаний до места проведения криогенной обработки осуществляется за счет средств заказчика. Просим это учесть при передаче заказа на обработку и оформлять доставку до непосредственного места ее проведения – г. Ижевск, ул. Маяковского, 18.

Пробная обработка

Если вы сомневаетесь в эффективности проведения криогенной обработки, то в этом случае возможно проведение пробной обработки, по результатам которой будет сделано заключение о ее целесообразности.

Пробная обработка проводится на безвозмездной основе в обмен на отчет с результатами эксплуатационных испытаний, предоставленный на фирменном бланке предприятия за подписью ответственных лиц.

Источник

Технология

Результаты криогенной обработки во многом определяются последовательностью взаимодействия с различными видами термической обработки. На стадии предварительной термической обработки криогенное воздействие используется с целью повышения обрабатываемости ряда материалов, в том числе в сочетании с отжигом или нормализацией. На рис. 1 приведена схема технологического процесса термической обработки в сочетании с криогенной обработкой на предварительной стадии. Уменьшение пластичности и повышение твердости при криогенных температурах позволяет повысить эффективность обработки ряда материалов. По завершении криогенного воздействия объекты обработки подвергаются деформированию или лезвийной обработке до закалки и отпуска.

Наиболее востребованным процессом термической обработки в сочетании с криогенным воздействием, применяемым с целью повышения прочности и твердости, является схема, представленная на рис. 2. Процесс криогенной обработки понятийно не связан с тепловыми процессами закалки или отпуска, но в комбинациях с ними будет классифицироваться комплексной термической обработкой. Пока не предложено отдельного термина такой комплексной термической обработке, как например «улучшение» (закалка плюс высокий отпуск).

Непосредственно закалка заключается в охлаждении стали со скоростью больше критической с целью получения структуры мартенсита. Мартенсит обладает самой высокой твердостью, в шесть раз больше твердости феррита, уступая только цементиту. Из-за сильного искажения атомно-кристаллической решетки при образовании мартенсита плотность укладки атомов железа резко уменьшается, поэтому мартенсит по сравнению со всеми другими структурами стали имеет самый большой удельный объем, что используется в практике криогенной обработки при восстановлении изношенных деталей и для стабилизации размеров прецизионных изделий. При охлаждении закаленной стали в момент перехода аустенита в мартенсит происходит увеличение объема, что сопровождается большими напряжениями, которые приводят к короблению и изменению размеров.

Мартенситная реакция начинается только при определенном переохлаждении аустенита. Температура начала образования мартенсита обозначается М_н и зависит от содержания углерода и легирующих элементов, а точка конца превращения обозначается М_к (рис.3). Для нелегированной стали с содержанием углерода больше 0,5% температура конца мартенситного превращения ниже комнатной. При закалке стали до 20–25°С мартенситное превращение идет не до конца и в мартенситной структуре стали присутствует непревращенный остаточный аустенит. Продолжить мартенситное превращение с устранением остаточного аустенита можно криогенной обработкой на основной стадии до отпуска.

Переход аустенита в мартенсит совершается в точке начала превращения с очень большой скоростью и в течение нескольких тысячных долей секунды большая часть аустенита (70%) переходит в мартенсит, после чего процесс замедляется. Оставшееся количество непревращенного аустенита постепенно переходит в мартенсит по мере дальнейшего понижения температуры при криогенной обработке, и процесс совершенно прекращается в точке М_к. Из диаграммы (рис.3) видно, что чем больше углерода в стали, тем при более низкой температуре заканчивается мартенситное превращение.

Углерод и легирующие элементы в стали (кроме кобальта и алюминия) снижают температуру начала и конца мартенситного превращения. Так при добавлении 1% легирующего элемента к стали с почти 1% углерода температура начала превращения аустенита в мартенсит снижается при легировании марганцем на 45°С, никелем – на 26°С, ванадием – на 30°С, молибденом – на 25°С, хромом – на 35°С, медью – на 7°С [3].

Возвращаясь к обсуждению схемы комплексной термической обработки в сочетании с криогенным воздействием (рис. 2), необходимо отметить, что существует две разновидности закалки с полиморфным превращением – объемная и поверхностная. При объемной закалке закаливают весь объем объекта обработки (насквозь), а при поверхностной – только поверхностный слой. Так как сердцевина охлаждается всегда медленнее поверхности, то при объемной закалке изделий с достаточно большой толщиной сердцевина изделия может не закалиться, как при поверхностной закалке. Послойным рентгеноструктурным анализом определяли количество остаточного аустенита вблизи поверхности образца с 1% углерода и 4,82% никеля после закалки в масло. Количество остаточного аустенита составило: около 10% на глубине 0,08 мм; около 25% на глубине 0,2 мм; примерно 50% на глубине 0,4 мм и нижележащих слоях [5]. Исправить значительные перепады количества остаточного аустенита в стали позволяет криогенная обработка, которая проводится после закалки. Охлаждение до криогенных температур позволяет уменьшить количество аустенита в 2,5 – 3,5 раза, а в некоторых сталях с высоким содержанием углерода до 6 раз [1].

В настоящее время криогенную обработку проводят как отдельную упрочняющую операцию. Предшествует криогенному воздействию закалка и отпуск (рис. 4). Для снятия термических напряжений, вызванных криогенной обработкой проводят повторный отпуск.

Выдержка стали после закалки при комнатной температуре более 3–6 часов стабилизирует аустенит [6]. Стабилизацию аустенита вызывает перерыв в охлаждении, промежуточный отпуск, длительное вылеживание при комнатной температуре. Окончательно сохраняющееся количество остаточного аустенита колеблется в зависимости от состава стали и условий закалки, от долей процента до десятков процентов. Путем комбинированного воздействия – охлаждение до низких температур и последующего отпуска – иногда удается дополнительно уменьшить количество остаточного аустенита. Нестабильность получаемого результата объясняется тем, что превращение остаточного аустенита закаленной стали в мартенсит происходит не только при охлаждении до низких температур, но и при нагреве стали при отпуске или эксплуатации. Эти неодинаковые пути превращения остаточного аустенита весьма различно влияют на окончательные свойства стали.

Необходимо уточнить, что мартенситное превращение остаточного аустенита при отпуске (нагреве) углеродистых сталей, независимо от содержания углерода, начинается обычно около 240°С и происходит до 325°С. На этот процесс, направленный к повышению твердости и прочности стали, накладывается развивающийся одновременно отпуск мартенсита закалки. Этот второй процесс вызывает обратный эффект, ведущий к понижению твердости, предела прочности и износоустойчивости закаленной стали. Влияние второго процесса является преобладающим, так как он вызывает отпуск не только мартенсита, полученного при охлаждении (закалке), но и мартенсита отпуска, полученного из остаточного аустенита при нагреве. Мартенсит отпуска отличается обеднением по содержанию углерода от мартенсита закалки при отрицательных температурах [1].

Таким образом, охлаждение до криогенных температур сразу после закалки изменяет свойства стали всегда в определенном и одинаковом направлении, поскольку при этом исключается отпуск мартенсита. Такая схема обработки увеличивает в структуре количество мартенсита за счет образования более легированного мартенсита повышенной твердости. Это позволяет получать значительно более высокую твердость закаленной стали, практически не достижимую при других способах термической обработки.

Для получения изделий с различными физико-химическими и механическими свойствами на поверхности и в сердцевине используют химико-термическую обработку стали. Наибольшее распространение из видов химико-термической обработки получила цементация. Для насыщения поверхности изделий углеродом применяют простые углеродистые или легированные стали с 0,15 – 0,25% углерода. Цементованные слои толщиной от 0,8 до 2,5 мм получают с концентрацией углерода 0,9 – 1,3% [7].

После цементации и закалки сталь подвергают криогенной обработке с последующим отпуском (рис. 5). При этом сердцевина стали имеет достаточную прочность и высокую вязкость, так как в ней мало углерода. Поверхность же ввиду высокого содержания углерода приобретает большую твердость и прочность. В обработанном криогенным воздействием цементованном слое образуется структура мартенсита закалки с вкраплениями дисперсных карбидов, повышающих износостойкость стали.

Из-за внедрения большого количества углерода в кристаллическую решетку железа объем цементованного слоя растет, и в поверхностной зоне детали возникают напряжения сжатия. Прочность, твердость и напряжения сжатия обеспечивают цементованному слою после криогенного воздействия высокую износостойкость, а всей детали – большую усталостную прочность и контактную выносливость.

За 80 лет изучения влияния холода на улучшение механических и эксплуатационных характеристик материалов выявлены следующие преимущества криогенной обработки:

Источник