Влияние термической, термомеханической и химико-термической обработок на свойства стали и сплавов (реферат). Химико термическая обработка стали

29. Химико-термическая обработка стали, её сущность, назначение, разновидности.

Химико-термической обработка (ХТО) – обработка с сочетанием термического и химического воздействия для изменения состава, структуры и свойств поверхностного слоя детали в необходимом направлении, при котором происходит поверхностное насыщение металлического материала соответствующим элементом.

Цементация – насыщение углеродом (до 2-2,5мм)

Ц+З+Н\о – внутри вязкий, снаружи твёрдый.

Азотирование - насыщение поверхность детали азотом (твёрдость, износостойкость, коррозионная стойкость).

Борирование (940-960) – насыщает на 0,2-0,4мм поверхность детали бромом,с целью повышения твердости, износостойкости, коррозионной стойкости.

Хромирование – насыщение поверхности изделий хромом.

Алитирование – процесс диффузионного насыщения поверхности изделий алюминием с целью повышения жаростойкости, коррозионной и эрозионной стойкости. При алитировании железа и сталей наблюдается плавное падение концентрации алюминия по толщине слоя.

30. Цементация стали, её разновидности, технология, назначение, структура диффузионных слоев.

Цементация стали – ХТО, заключающаяся в диффузионном насыщении поверхностного слоя стали углеродом при нагревании в карбюризаторе, проводят при 930–950 °C, когда устойчив аустенит, растворяющий углерод в больших количествах.

Для цементации используют низкоуглеродистые, легированные стали. Детали поступают на цементацию после механической обработки с припуском на шлифование.

Основные виды цементации – твердая и газовая. Газовая цементация является более совершенным технологическим процессом, чем твердая. В случае газовой цементации можно получить заданную концентрацию углерода в слое; сокращается длительность процесса; обеспечивается возможность полной механизации и автоматизации процесса; упрощается термическая обработка деталей.

Термическая обработка необходима чтобы: исправить структуру и измельчить зерно сердцевины и цементованного слоя; получить высокую твердость в цементованном слое и хорошие механические свойства сердцевины. После цементации термическая обработка состоит из двойной закалки и отпуска. Недостаток такой термообработки – сложность технологического процесса, возможность окисления и обезуглероживания.

Заключительная операция – низкий отпуск при 160–180 °C, переводящий мартенсит закалки в поверхностном слое в отпущенный мартенсит, снимающий напряжения и улучшающий механические свойства.

31.Азотирование стали, его назначение, технология, область применения, структура диффузионного слоя.

Азотирование стали – ХТО, заключающаяся в диффузионном насыщении поверхностного слоя стали азотом при нагревании в соответствующей среде. Твердость азотированного слоя стали выше, чем цементованного, и сохраняется при нагреве до высоких температур (450–500 °C), тогда как твердость цементованного слоя, имеющего мартенситную структуру, сохраняется до 200–225 °C. Азотирование чаще проводят при 500–600 °C.

Назначение азотирования

• Упрочнение поверхности

• Защита от коррозии

• Повышение усталостной прочности

32. Конструкционная легированная сталь, её назначение, классификация, особенности состава и термической обработки каждой группы конструкционной стали – цементируемой, улучшаемой, пружинно-рессорной, шарикоподшипниковой и азотируемой.

(Низко-, средне-, высокоуглеродистые; низко-, среднелегированные; ТО-по назначению)

1)Цементируемые

(сталь низкоуглеродистая; цементация + закалка + низкий отпуск)

2)Улучшаемые

(среднеуглеродистая; закалка + высокий отпуск)

3)Пружинно-рессорные

(высокоуглеродистая; Мn-Г и Si-С – легирование; ТО: закалка + средний отпуск)

4)Сталь для азотирования

(среднеуглеродистая; Аl-Ю – легирование; ТО: улучшение + азотирование)

5)Шарикоподшипниковые

(ТО: Отжиг + закалка + отпуск)

33.Инструментальная легированная сталь, её классификация, особенности состава и термической обработки каждой группы.

(высокоуглеродистые; низко-, средне-; высоколегированные; ТО: закалка + низкий отпуск)

1)Сталь для мерительного инструмента и режущего

(+ Cr-Х)

2)Быстро-режущая сталь

((+ Сr-Х; +W) закалка + 3 средних отпуска)

3)Штамповый инструмент

((Cr, W, V) для холодных штампов; для горячих штампов)

34. Алюминий и сплавы алюминия, их классификация, свойства, применение.

Дюралюминий – деформируемый сплав алюминия (для производства проката и поковок).

Силумины – литейные сплавы алюминия (для производства отливок).

Большинство  алюминиевых сплавов  имеют худшую электро- и теплопроводность,  коррозионную стойкость и свариваемость по сравнению с чистым алюминием.

За счет того, что предел текучести сплавов в несколько раз превышает предел текучести чистого алюминия, алюминиевые сплавы уже могут использоваться в качестве конструкционного материала с разным уровнем нагрузок (в зависимости от марки сплава и его состояния).

Из алюминиевых сплавов изготовляют корпусы судов, палубные надстройки, коммуникацию и различного рода судовое оборудование. Основное преимущество при внедрении алюминия и его сплавов по сравнению со сталью - снижение массы судов, которая может достигать 50 ... 60 %. В результате представляется возможность повысить грузоподъемность судна или улучшить его тактико-технические характеристики (маневренность, скорость и т.д.).

studfiles.net

38. Химико-термическая обработка стали. Назначение, виды и общие закономерности. Диффузионное насыщение сплавов металлами и неметаллами

38. Химико-термическая обработка стали. Назначение, виды и общие закономерности. Диффузионное насыщение сплавов металлами и неметаллами

Химико-термической обработка (ХТО) – обработка с сочетанием термического и химического воздействия для изменения состава, структуры и свойств поверхностного слоя детали в необходимом направлении, при котором происходит поверхностное насыщение металлического материала соответствующим элементом (С, Т, В, Аl, Сг, Si, Т и др.) путем его диффузии в атомарном состоянии из внешней среды при высокой температуре.

ХТО металлов и сплавов как с целью их поверхностного упрочнения, так и для зашиты от коррозии повышает надежность и долговечность деталей машин.

ХТО включает основные взаимосвязанные стадии:

1) образование активных атомов в насыщающей среде и диффузию их к поверхности обрабатываемого металла;

2) адсорбционно-образовавшихся активных атомов поверхностью насыщения;

3) диффузионно-перемещение адсорбированных атомов внутри металла. Развитие процесса диффузии приводит к образованию диффузионного слоя – материала детали у поверхности насыщения, отличающегося от исходного по химическому составу, структуре и свойствам.

Материал детали под диффузионным слоем, не затронутый воздействием насыщающей активной среды, называется сердцевиной. Общая толщина диффузионного слоя – кратчайшее расстояние от поверхности насыщения до сердцевины. Эффективная толщина диффузионного слоя – кратчайшее расстояние от поверхности насыщения до мерного участка, которое отличается установленным предельным номинальным значением базового параметра.

Базовый параметр диффузионного слоя – параметр материала, служащий критерием изменения качества в зависимости от расстояния от поверхности насыщения. Переходная зона диффузионного слоя – прилегающая к сердцевине внутренняя часть диффузионного слоя, протяженность которой определяется разностью общей и эффективной толщин.

Этап ХТО – диффузия. В металлах при образовании твердых растворов замещения диффузия в основном происходит по вакансионному механизму. При образовании твердых растворов внедрения реализуется механизм диффузии по междоузлиям.

Цементация стали – ХТО, заключающаяся в диффузионном насыщении поверхностного слоя стали углеродом при нагревании в карбюризаторе, проводят при 930–950 °C, когда устойчив аустенит, растворяющий углерод в больших количествах.

Для цементации используют низкоуглеродистые, легированные стали. Детали поступают на цементацию после механической обработки с припуском на шлифование.

Основные виды цементации – твердая и газовая. Газовая цементация является более совершенным технологическим процессом, чем твердая. В случае газовой цементации можно получить заданную концентрацию углерода в слое; сокращается длительность процесса; обеспечивается возможность полной механизации и автоматизации процесса; упрощается термическая обработка деталей.

Термическая обработка необходима чтобы: исправить структуру и измельчить зерно сердцевины и цементованного слоя; получить высокую твердость в цементованном слое и хорошие механические свойства сердцевины. После цементации термическая обработка состоит из двойной закалки и отпуска. Недостаток такой термообработки – сложность технологического процесса, возможность окисления и обезуглероживания.

Заключительная операция – низкий отпуск при 160–180 °C, переводящий мартенсит закалки в поверхностном слое в отпущенный мартенсит, снимающий напряжения и улучшающий механические свойства.

Азотирование стали – ХТО, заключающаяся в диффузионном насыщении поверхностного слоя стали азотом при нагревании в соответствующей среде. Твердость азотированного слоя стали выше, чем цементованного, и сохраняется при нагреве до высоких температур (450–500 °C), тогда как твердость цементованного слоя, имеющего мартенситную структуру, сохраняется до 200–225 °C. Азотирование чаще проводят при 500–600 °C.

Диффузионное насыщение сплавов металлами и неметаллами

Борирование – насыщение поверхности металлов и сплавов бором с целью повышения твердости, износостойкости, коррозионной стойкости. Борированию подвергают стали перлитного, ферритного и аустенитного классов, тугоплавкие металлы и никелевые сплавы.

Силицирование. В результате диффузионного насыщения поверхности кремнием повышаются коррозионная стойкость, жаростойкость, твердость и износостойкость металлов и сплавов.

Хромирование – насыщение поверхности изделий хромом. Диффузионному хромированию подвергают чугуны, стали различных классов, сплавы на основе никеля, молибдена, вольфрама, ниобия, кобальта и метал-локерамические материалы. Хромирование производят в вакуумных камерах при 1420 °C.

Алитирование – процесс диффузионного насыщения поверхности изделий алюминием с целью повышения жаростойкости, коррозионной и эрозионной стойкости. При алитировании железа и сталей наблюдается плавное падение концентрации алюминия по толщине слоя.

Назначение поверхностной закалки – повышение твердости, износостойкости и предела выносливости поверхности обрабатываемых изделий. При этом сердцевина остается вязкой и изделие воспринимает ударные нагрузки.

39. Старение. Назначение, изменение микроструктуры и свойств сплавов при старении

Отпуск и старение – это разновидности термической обработки, в результате которой происходит изменение свойств закаленных сплавов.

Термин отпуск принято применять только к тем сплавам, которые были подвергнуты закалке с полиморфным превращением, а термин старение – в случае закалки без полиморфного превращения (после такой закалки фиксируется пересыщенный твердый раствор).

Цель отпуска стали – улучшение ее свойств. Отпуск стали смягчает действие закалки, уменьшает или снимает остаточные напряжения, повышает вязкость, уменьшает твердость и хрупкость стали. Отпуск производится путем нагрева деталей, закаленных на мартенсит до температуры ниже критической.

В отличие от отпуска после старения увеличиваются прочность, твердость, уменьшается пластичность.

Главный процесс при старении – это распад пересыщенного твердого раствора, который получается в результате закалки.

Таким образом, старение сплавов связано с переменной растворимостью избыточной фазы, а упрочнение при старении происходит в результате дисперсных выделений при распаде пересыщенного твердого раствора и возникающих при этом внутренних напряжений.

В стареющих сплавах выделения из пересыщенных твердых растворов встречаются в следующих основных формах: тонкопластинчатой (дискообразной), равноосной (обычно сферической или кубической) и игольчатой. Энергия упругих искажений минимальна для выделений в форме тонких пластин – линз. Основное назначение старения – повышение прочности и стабилизация свойств.

Различают старение естественное, искусственное и после пластической деформации.

Естественное старение – это самопроизвольное повышение прочности (и уменьшение пластичности) закаленного сплава, которое происходит в процессе его выдержки при нормальной температуре. Нагрев сплава увеличивает подвижность атомов, что ускоряет процесс.

Твердые растворы при низких температурах чаще всего распадаются до стадии образования зон. Данные зоны являются дисперсными областями, которые обогащены избыточным компонентом. Они сохраняют ту кристаллическую структуру, которую имел первоначальный раствор. Зоны носят название в честь Гинье и Престона. При использовании электронной микроскопии данные зоны можно наблюдать в сплавах Al – Ag, которые имеют вид сферических частиц диаметром ~10А. Спалавы Al – Cu имеют зоны-пластины, которые имеют толщину <10А.

Искусственное старение – это повышение прочности, происходящее в процессе выдержки при повышенных температурах. Если закаленный сплав, имеющий структуру пересыщенного твердого раствора, подвергнуть пластической деформации, то это ускоряет протекающие при старении процессы. Этот вид старения носит название деформационного. Термическая обработка алюминиевых сплавов состоит из двух циклов – закалки и старения. Старение охватывает все процессы, происходящие в пересыщенном твердом растворе, – процессы, подготавливающие выделение, и процессы выделения. Превращение, при котором происходят только процессы выделения, называется дисперсионным твердением.

Для практики большое значение имеет инкубационный период – время, в течение которого в закаленном сплаве совершаются подготовительные процессы, время, в течение которого закаленный сплав сохраняет высокую пластичность. Это позволяет проводить холодную деформацию непосредственно после закалки.

Если при старении происходят только процессы выделения, без сложных подготовительных процессов, то такое явление называют дисперсионным твердением.

Практическое значение явления старения сплавов очень велико. Так, после старения увеличивается прочность и уменьшается пластичность низкоуглеродистой стали в результате дисперсных выделений в феррите цементита третичного и нитридов.

Старение является основным способом упрочнения алюминиевых сплавов, некоторых сплавов меди, а также многих жаропрочных и других сплавов. В настоящее время все более широко используют мартенситностарею-щие сплавы.

Сегодня достаточно часто вместо термина «естественное старение» используют термин – «низкотемпературное старение», а вместо «искусственного старения» – «высокотемпературное старение». Самыми первыми металлами, которые были упрочнены при помощи старения, были алюминиевые сплавы. Упрочнение проводилось при температурах выше 100 °C.

В разных температурных интервалах наблюдаются различия в процессе распада. Поэтому для получения оптимального комплекса свойств в сплавах применяется сложное старение, проходящее в определенной последовательности, при низких и более высоких температурах.

Старение сплавов, вызванное процессом распада пресыщенного твердого раствора, является наиболее важным. После охлаждения сплавов появляется состояние пресыщения твердого раствора. Это вызвано тем, что при высокой температуре увеличивается растворимость примесей и легирующих компонентов.

Поделитесь на страничке

Следующая глава >

tech.wikireading.ru

ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СТАЛИ

Количество просмотров публикации ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СТАЛИ - 368

Химико-термической обработкой принято называть процесс изменения химического состава, структуры и свойств поверх­ностных слоев стальных деталей. Такой обработке часто подвергают детали с целью повышения твердости, износоустойчивости и коррози­онной стойкости поверхностного слоя при сохранении вязкой и доста­точно прочной сердцевины.

Наиболее распространенными видами химико-термической обра­ботки являются цементация, азотирование, циани­рование, а также диффузионная металлизация.

Кроме указанных видов обработки, также применяют хромирова­ние (насыщение поверхности слоя хромом), силицирование (насыщение кремнием), борирование (насыщение бором).

6.1.Цементация

Цементацией принято называть процесс насыщения поверхност­ного слоя низкоуглеродистой стали углеродом.

Цель цементации — получение высокой твердости поверхностного слоя деталей при сох­ранении вязкой и мягкой сердцевины, а также повышение износо­стойкости и предела усталости. Насыщенный углеродом поверхност­ный слой принято называть цементи­рованным.

Цементации подвергают де­тали из углеродистой (иногда и легированной) стали, содержа­щей углерода от 0,08 до 0,35 %.

Богатые углеродом смеси, применяемые для цементации, называются карбюриза­торами. Οʜᴎ бывают твердыми, жидкими и газооб­разными. От вида применяемо­го карбюризатора цементация разделяется на твердую, жид­кую и газообразную.

Твердая цементация (в твердом карбюризаторе) является наиболее старым процессом химико-термической обработки. Карбюризатор представляет собой порошкообразную смесь, состоя­щую (по массе) из древесного угля (70%), углекислого бария (20 — 25%) и углекислого кальция (3—5%). Добавление к древесному углю углекислых солей ускоряет процесс цементации.

Толщина верхнего слоя карбюризатора 30—40 мм.

Цементация проводится при температуре выше 950° С, но не более 1000°. Длительность выдержки и температура зависят от требуемой глубины науглероживаемого слоя, к примеру цементация стали при температуре 900° С в течение 5 ч да­ет науглероженный слой глубиной 10 — 12 мм, а в течение 10ч — 1,5—3,0 мм.

Одним из существенных недостатком цементации в твердом карбю­ризаторе является значительная трудоемкость, загрязнение воздуха, невысокая производительность, большая длительность процесса. Важно заметить, что для сокращения продолжительности цементации в качестве карбюризато­ра применяют пасты, имеющие различный состав, к примеру, кокса 50%, углекислого натрия или калия 40%, щавелœевокислого натрия или калия 10% и др.

Жидкостная цементация осуществляется путем по­гружения деталей в соляные ванны при температуре 830—850° С. Карбюризатором при этом являются расплавленные соли, содержащие 75—80% углекислого натрия (сода), 10—15% поваренной соли и 6—10% карбида кремния. Цементация происходит за счёт атомарно­го углерода, выделяющегося в ванне при 820—850° С от взаимодей­ствия солей с карбидом кремния. Длительность процесса составляет 0,5—2 ч. За 40—50 мин процесса глубина цементированного слоя не превышает 0,2 мм.

Цементации подвергают мелкие детали, глубина цементированно­го слоя не должна превышать 0,5 — 0,6 мм.

Преимуществом цементации в соляных ваннах является равномер­ность нагрева и возможность непосредственной закалки после выемки из цементационной ванны. Процесс проходит быстрее, чем при це­ментации в твердой среде.

Газовая цементация состоит в насыщении поверх­ности стальных деталей углеродом в атмосфере углеродсодержащих газов.

Газовую цементацию стальных деталей осуществляют в гермети­чески закрытых камерах (муфелях) печей периодического или непре­рывного действия путем нагрева при температуре 930—950° С в среде углеродсодержащих газов, к примеру естественных, состоящих в ос­новном из метана СН4, и окиси углерода СО. Используют также жидкие карбюризаторы: бензол, пиробензол, осветительный керосин, синтин (продукт синтеза окиси углерода) и сжиженный природный газ.

Продолжительность процесса устанавливается исходя из требуемой глубины цементуемого слоя. Нагрев в газовом карбюри­заторе и процесс насыщения поверхностного слоя являются более прогрессивными и экономичными по сравнению с твердой цементаци­ей.

6.2. Азотирование

Азотированием принято называть процесс насыщения поверхностного слоя стальных деталей азотом.

Цель азотирования — полу­чение высокой твердости и износоустойчивости, хорошей сопротивля­емости действию переменных нагрузок, высокого предела выносливос­ти и коррозионной стойкости.

Азотирование производится в герметизированных муфельных ка­мерных или шахтных печах путем нагревания деталей в атмосфере подаваемого под давлением газообразного аммиака NН3. При темпе­ратуре 500—750° С аммиак разлагается на азот и водород. Атомы азота поглощаются поверхностью металла, диффундируют вглубь и, соединяясь с атомами желœеза, образуют твердое соединœение — нитрид.

Для повышения коррозионной стойкости деталей из углеродистой и конструкционной сталей процесс азотирования проводят при более высоких температурах (600—700° С) в течение 0,5—1 ч. Глубина азо­тированного слоя зависит от температуры и длительности процесса азотирования, а также от химического и структурного состава стали; в среднем при 500° С азот за каждые 10 ч диффундирует на глубину 0,1 мм.

Азотированию обычно подвергают детали, предварительно подверг­нутые закалке, отпуску и механической обработке, включая шлифо­вание; к таким деталям относятся гильзы цилиндров двигателœей, зуб­чатые колеса, валы, клапаны и седла для клапанов, шпиндели и ходо­вые винты станков, измерительные инструменты и т. п.

6.3.Цианирование

Цианированием принято называть процесс одновременного насы­щения поверхности деталей углеродом и азотом. Учитывая зависимость оттем­ператур, при которых осуществляется процесс, различают три вида цианирования: высокотемпературное, среднетемпературное и низко­температурное. Одновременное присутствие в среде углерода и азота ускоряет их совместную диффузию (насыщение) в поверхностные слои стали.

В качестве сред бывают твердые порошки и пасты (твердое цианирование), расплавленные цианистые соли (жидкостное цианиро­вание), науглероживающие и азотирующие газы (газовое цианирова­ние).

Твердое цианирование осуществляется аналогично твердой цементации, при этом в карбюризатор добавляют цианистые соли. Такое цианирование применяется главным образом для повыше­ния механических свойств режущего инструмента. Цианирование при­дает металлу большую износостойкость, чем цементация.

Жидкостное цианирование производится в ваннах с расплавами цианистых солей в целях повышения твердости и износоустойчивости поверхности деталей, изготовленных из конструкцион­ных низкоуглеродистых, а также быстрорежущих и высоколегирован­ных сталей.

Высокотемпературное цианирование при­меняют в целях повышения твердости и износостойкости поверхности деталей, изготовленных из конструкционных низкоуглеродистых ста­лей 10, 20, 35, 12ХНЗА и других, содержащих 0,10—0,40% углерода. Оно осуществляется при температуре 780—930° С в ваннах, содержа­щих 20—40%-ные расплавы цианистых солей с нейтральными солями.

Продолжительность жидкостного цианирования колеблется от 5 мин до 1 ч. Глубина цианированного слоя обычно не превышает 0,35 мм. Для придания цианистому слою высокой твердости детали подвергают закалке и отпуску.

Среднетемпературное цианирование осу­ществляется при температуре 820—860° С.

Низкотемпературное цианирование приме­няется с целью повышения режущих свойств инструментов, изготовленных из быстрорежущих и высоколегированных сталей. Цианирова­ние быстрорежущих сталей Р18 и Р9 ведут при температуре 550 — 570° С, высокохромистых сталей— при 510—520° С. Глубина цианированного слоя при этом достигает 0,02—0,06 мм.

Недостатком жидкостного цианирования является ядовитость цианистых солей, а также высокая их стоимость.

Газовое цианирование занимает промежуточное положение между газовой цементацией и азотировани­ем. Газовое цианирование отличается от газовой цементации тем, что к цементирующему газу добавляют аммиак, дающий активизирован­ные атомы азота.

Сущность этого способа состоит по сути в том, что стальные изделия нагревают в герметически закрытых муфельных печах при 550—900° С в смеси аммиака (20 — 30%) и цементирующего газа (70 — 80%) в течение нескольких часов. При этом происходит насыщение стали углеродом и азотом. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, газовое цианирование представляет собой два одновременно идущих процесса — цементацию и азотирование. Отсюда газовое цианирование называют также нитроцементацией.

6.4. Диффузионная металлизация

Диффузионной металлизацией принято называть про­цесс насыщения поверхностного слоя стальных изделий алюминием, хромом, кремнием, бором и другими элементами с целью придания ему окалиностойкости, коррозионной стойкости, износостойкости и твердости.

В производство внедрены процессы насыщения поверхносного слоя алюминием — алитирование, хромом — хромирование, крем­нием — силицирование и бором — борирование.

Алитированием принято называть процесс насыщения поверх­ности стальных и чугунных деталей алюминием, он основан на диффу­зии алюминия в желœезо. Алитированию подвергают для повышения окалиностойкости детали, работающие при высоких температурах (вы­хлопные коллекторы, колосниковые решетки, сопловые головки паро­вых котлов, камеры сгорания газогенераторных двигателœей, цемента­ционные ящики и т. п.).

Существуют три способа алитирования: жидкостный, твердый и металлизация. Наиболее производительным является способ метал­лизации.

При твердом способе алитирования стальные изде­лия закладывают в ящики и пересыпают тщательно перемешанной смесью, составленной из 49% порошка алюминия, 49% порошка окиси алюминия и 2% хлористого аммония (нашатыря). Упакованные в ящики изделия нагревают в печи до 950—1000° С в течение 5—10 ч, при этой образуется алитированный слой глубиной 0,3—1,0 мм.

При жидкостном алитировании в стальном тигле расплавляют алюминий, насыщенный 6—8% желœеза, и погружают в него изделия, которые в течение 50—90 мин выдерживают при темпе­ратуре 750—800 ° С. При этом режиме глубина алитированного слоя составляет 0,2—0,35 мм.

Способ металлизации наиболее производительный. Сущность его состоит в том, что расплавленный алюминий сначала наносят на изделие распылением струи сжатым воздухом. Далее нанесенный слой алюминия защищают жаростойкой обмазкой и про­изводят диффузионный отжиг изделий при температуре 920° С в те­чение 3 ч. В процессе отжига поверхностный слой изделия насыщается алюминием на глубину в среднем 0,5 мм.

Алитирование в расплавленном алюминии и в порошкообразных смесях имеет существенные недостатки в сравнении с приведенным.

Хромированием называют процесс насыщения поверхност­ного слоя изделий хромом с целью повышения коррозионной стойкости и кислотоупорности низкоуглеродистых сталей; у средне- и высокоуг­леродистых сталей одновременно повышается твердость и износостой­кость. Хромирование осуществляют в твердой, жидкой или газовой среде.

Для хромирования в твердой среде изделия по­мещают в ящик с порошкообразной смесью, состоящей из 60—65% металлического хрома или феррохрома, 30—35 % глинозема и 5 % хло­ристого аммония. В течение 7—12 ч процесс проводят при температуре 1100—1150° С. При этом образуется хромированный слой толщиной 0,1—0,25 мм.

Жидкостное хромирование проводят нагреванием изделий до 900—1100° С в ванне, состоящей из расплавленных хлорис­тых солей бария, магния и кальция с добавкой 15—30% хлористого хрома или 15—25% феррохрома.

Газовое хромирование осуществляют нагреванием изделий в атмосфере паров хлористого хрома при температуре 950— 1050 ° С в течение 3—4 ч, в результате чего образуется хромированный слой 0,05—0,1 мм.

Силицированием принято называть процесс насыщения поверхно­стного слоя стали и чугуна кремнием для повышения износостойкости, коррозионной стойкости против окисления при высоких температурах (до 1200° С) и действия кислот. Силицирование осуществляется в твер­дых, жидких и газообразных средах.

Борированием называют процесс поверхностного насыще­ния стали бором с целью повышения твердости, теплостойкости, изно­состойкости и коррозионной стойкости. Борирование стали осущест­вляется электролизным методом в расплавленной буре (деталь — ка­тод, графит — анод). Процесс ведут в течение 6—8 ч при температуре 950° С, глубина борированного слоя 0,15—0,25 мм. Хрупкость борированного слоя препятствует широкому применению этого процесса.

referatwork.ru

Термическая и химико-термическая обработка стали

Строительные машины и оборудование, справочник

Категория:

   Техническое обслуживание автомобилей

Термическая и химико-термическая обработка стали

Железоуглеродистые сплавы (сталь, чугун) являются сложными сплавами, состоящими из различных веществ, называемых компонентами сплава. При переходе сплава из жидкого состояния в твердое могут получаться различные виды взаимодействия его компонентов, в результате чего образуется та или иная структура, т. е. внутреннее строение сплава.

В зависимости от изменения структуры стали изменяются ее механические и другие свойства. Для изменения внутреннего строения стали ее подвергают термической обработке. Процесс термической (т. е. тепловой) обработки стали сводится к трем последовательным операциям: нагреванию металла до определенной температуры, выдержке при этой температуре в течение некоторого времени и охлаждению.

Термическая обработка стали. Основными видами термической обработки стали являются отжиг, нормализация, закалка и отпуск.

Отжиг применяется в тех случаях, когда нужно изменить крупнозернистую структуру стали, т. е. измельчить зерно и сделать структуру мелкозернистой, чем снижается твердость, улучшается обрабатываемость стали режущим инструментом, снимаются внутренние напряжения в деталях. При отжиге стальную деталь нагревают до температуры 750—860° С и после выдержки медленно охлаждают вместе с печью.

Нормализация преследует те же цели, что и отжиг. Отличием ее от отжига является большая скорость охлаждения стальных деталей после нагрева и выдержки. При нормализации температура нагрева на 30—50° С выше, чем при отжиге, а охлаждение производится на спокойном воздухе. Благодаря этому нормализованные детали имеют более высокую твердость, а пластичность их меньше. Нормализация способствует образованию в стали более мелкого зерна, чем при отжиге.

Закалка применяется в тех случаях, когда нужно повысить прочность, упругость и твердость стали. При закалке сталь нагревают в горне, в термической печи или током высокой частоты в индукторе до температуры 750—860° С, выдерживают некоторое время при этой температуре, после чего быстро охлаждают в воде, масле или на воздухе. В зависимости от скорости охлаждения в стали образуются новые мелкозернистые структуры.

Отпуском называется вид термической обработки, заключающийся в нагреве закаленной стали до температуры 150— 670° С, выдержке при этой температуре и последующем медленном охлаждении в воде или на воздухе. Отпуск в зависимости от температуры нагрева бывает трех видов: низкий, средний и высокий. Низкий отпуск производится при температуре 150—250° С. Такой отпуск главным образом снимает внутренние напряжения, а высокая твердость и износостойкость детали сохраняются. Низкий отпуск применяют для инструментальных сталей.

Средний отпуск осуществляется при нагреве стальных деталей до температуры 350—480° С. При среднем отпуске повышается предел прочности и упругость. Этот отпуск применяют при обработке пружин, рессор и штампов, а также ударного инструмента.

Высокий отпуск осуществляют при нагреве закаленных стальных деталей до температуры 480—670° С, применяют его для обработки деталей, изготовленных из улучшенной конструкционной стали. Такому отпуску подвергают шатуны, шатунные болты, передние оси автомобилей и т. п.

Температуру нагрева деталей при термической обработке определяют специальными приборами, называемыми пирометрами. При отсутствии пирометров температуру нагрева металла можно определить грубо на глаз по цветам каления и по цветам побежалости стали.

При нагревании сталь окисляется и на ее поверхности появляются пленки окислов, которые приобретают различную окраску, зависящую от толщины пленки и температуры нагрева. Такая окраска металла при нагревании называется цветом побежалости. При температуре свыше 330° С цвета побежалости исчезают.

При нагревании стали до температуры выше указанной цвет металла также изменяется в зависимости от температуры. Цвет стали при нагреве выше 330° С называется цветом каления. В табл. 4 и 5 приведены цвета каления и цвета побежалости стали, соответствующие температурам нагрева.

Химико-термическая обработка стали. При химико-термической обработке стали изменяется химический состав и структура поверхностного слоя стали под действием температуры и среды. Химико-термическая обработка повышает поверхностную твердость стали и применяется для повышения износостойкости трущихся поверхностей, стойкости против коррозии и жаростойкости при сохранении достаточной вязкости и упругости сердцевины.

В зависимости от того, каким элементом насыщается поверхностный слой детали, различают следующие виды химико-термической обработки: цементация, азотирование, цианирование, али-тирование и др.

Цементацией называется процесс поверхностного науглероживания стали. Существуют три вида цементации: твердыми карбюризаторами, газовая и жидкостная. Цементация твердыми карбюризаторами заключается в том, что детали из малоуглеродистых сталей (с содержанием углерода не более 0,25%) укладывают в цементационные стальные ящики, пересыпают науглероживающим веществом (карбюризатором, который состоит из древесного угля и углекислых солей бария), затем герметически закрывают и устанавливают в специальную печь. В печи детали нагревают до температуры 900—980 °С и выдерживают при этой температуре в течение нескольких часов, затем медленно охлаждают, после чего детали подвергают нормализации, закалке, отпуску.

Для равномерного науглероживания поверхности деталей перед цементацией тщательно очищают от ржавчины, грязи и масла. Участки поверхностей, не подлежащие цементации, предохраняют различными способами: омеднением гальваническим способом или обмазыванием различными пастами. Отверстия деталей набивают изолирующей массой, состоящей из асбеста, слюды и окалины.

При газовой цементации применяют газы, содержащие углерод (природный, нефтяной, светильный и др.).

Жидкостную цементацию проводят в соляных ваннах, в состав которых входят соли: цианистый натрий, поваренная соль, хлористый барий и углекислый натрий.

Азотирование представляет собой процесс насыщения азотом поверхностного слоя детали. Азотированная сталь имеет высокую твердость поверхностного слоя и большую стойкость против коррозии. Азотированию подвергают главным образом легированные стали. Детали, подлежащие азотированию, обрабатывают сначала механически, а затем подвергают закалке и отпуску. Подготовленные детали укладывают в муфель электрической печи, который герметически закрывается. В муфель подается аммиак. При температуре 480—520 °С аммиак разлагается на азот и водород. Процесс азотирования продолжается от 30 до 80 ч.

Цианирование — такой вид химико-термической обработки, при которой поверхностный слой стальной детали насыщается одновременно углеродом и азотом. Цианирование проводят в жидкой или газовой среде. Жидкостное цианирование осуществляют нагревом стальных деталей в расплавленных цианистых солях, а газовое цианирование — в газовой среде, которая состоит из смеси аммиака и газов, содержащих углерод. Цианирование проводится при температуре 800—860 °С.

Алитирование —это процесс насыщения поверхностного слоя стальных деталей алюминием.

Поверхность деталей, обработанных методом алитирования, приобретает высокие жаропрочность и твердость. Алитированные детали могут работать длительное время при высоких температурах (800—1000 °С), не снижая жаростойкости и твердости. Наибольшее распространение получил способ алитирования в твердой среде. Детали, подлежащие алитированию, укладывают в стальные ящики, пересыпают алитирующими порошками (ферроалю-миниевый или ферроалюминиевомедный сплав и хлористый аммоний) нагревают до температуры 950—1050 °С и выдерживают в течение 4—12 ч. После алитирования детали подвергаются отжигу при температуре 950—1000 °С с выдержкой от 3 до 6 ч.

Читать далее: Цветные металлы и сплавы

Категория: - Техническое обслуживание автомобилей

Главная → Справочник → Статьи → Форум

stroy-technics.ru

Влияние термической, термомеханической и химико-термической обработок на свойства стали и сплавов (реферат) :: Рефераты по металлургии

 

Термическая обработка

Термической обработкой стали называют процессы нагрева и охлаждения, проведенные по определенному режиму, для направленного изменения ее структуры с целью получения необходимых эксплуатационных свойств. Мартенсит имеет наибольший удельный объем по сравнению с другими структурными составляющими стали, и, особенно, с аустенитом. Увеличение удельного объема при образовании мартенсита приводит к возникновению при закалке больших внутренних напряжений, вызывающих деформацию изделий или даже появление трещин. Отжиг стали производится в тех случаях, когда необходимо уменьшить твердость, повысить пластичность и вязкость, ликвидировать последствия перегрева, получить равновесное состояние, улучшить обрабатываемость при резании. Разновидностями отжига сталей являются нормализационный и изотермический отжиги. Нормализация применяется в тех случаях, когда необходимо получить мелкозернистую однородную структуру с более высокой твердостью и прочностью, но с несколько меньшей пластичностью, чем после отжига. При нормализации в заэвтектоидных сталях устраняется цементитная сетка, поэтому ею часто заменяют полный или неполный отжиг при подготовке углеродистых сталей к механической обработке. Нормализация более производительный и экономичный процесс, чем отжиг. Изотермический отжиг - вид термической обработки стали, заключающийся в нагреве стали до температуры, на 30...50°С превышающей верхнюю критическую точку, выдержке при этой температуре, а затем переносе детали в другую печь с заданной температурой (ниже верхней критической точки) и изотермическую выдержку ее до полного распада аустенита. Изотермический отжиг улучшает обрабатываемость резанием и применяется для деталей и заготовок небольших размеров. Закалка стали - термическая обработка, включающая нагрев до температур выше верхних критических точек на 30...50°С, выдержку при этих температурах до полного прогрева металла и последующее очень быстрое его охлаждение. В результате закалки в стали из аустенита образуется мартенсит. Стали, подвергающиеся закалке, характеризуются закаливаемостью и прокаливаемостью. В тех случаях, когда требуются высокая Твердость и повышенная износостойкость поверхности при сохранении вязкой и достаточно прочной сердцевины изделия, применяется поверхностная закалка, то есть закалка не на полную глубину. Поверхностной закалке подвергаются стали при содержании углерода более 0,3%. Выбор оптимальной толщины упрочняемого слоя определяется условиями работы детали и составляет от 1,5 до 15 мм (и выше). Площадь сечения закаленного слоя не должна превышать 20% площади всего сечения. В практике наиболее часто используют поверхностную закалку с индукционным нагревом током высокой частоты (ТВЧ). В зависимости от температуры отпуска различают низкотемпературный (низкий), среднетемпературный (средний) и высокотемпературный (высокий) виды отпуска. Закалка на мартенсит с последующим высоким отпуском называется улучшением стали. Улучшение обеспечивает хороший комплекс свойств (прочность, ударная вязкость, твердость) и применяется для ответственных изделий из среднеуглеродистых сталей (коленчатые валы, шатуны и др. детали). К основным дефектам, которые могут возникнуть при закалке стали относят трещины и деформацию. Трещины - неисправимый дефект, предупредить который можно конструктивном решением (избегать в изделии конструктивных элементов, которые могут стать концентраторами напряжений) и тщательным соблюдением режимов термообработки. Деформация, то есть изменение размеров и формы изделий, всегда сопровождает процессы термической обработки, особенно закалки. Несимметричную деформацию изделий в практике часто называют короблением (поводкой). Деформацию можно уменьшить подбором соответствующего состава стали и условий термической обработки, а избежать коробления - обеспечив равномерность нагрева под закалку и правильное положение детали при погружении в закалочную среду. Легированная сталь имеет меньшую теплопроводность, чем углеродистая, поэтому требует замедленных нагрева и охлаждения, во избежание коробления и трещин.

Термомеханическая обработка

ВТМО осуществляется в цехах прокатного производства на металлургических заводах, например, при упрочнении прутков для штанг, рессорных полос, труб и пружин.

Химико-термическая обработка

Химико-термическая обработка повышает твердость, износостойкость, кавитационную и коррозионную стойкость и, создавая на поверхности изделий благоприятные остаточные напряжения сжатия, увеличивает их надежность и долговечность. Азотированные стали сохраняют высокую твердость, в отличие от цементованных, до сравнительно высоких температур (500...520°С). Азотированные изделия не коробятся при охлаждении, так как температура азотирования ниже, чем цементации. Азотирование сталей широко применяют в машиностроении для повышения твердости, износостойкости, предела выносливости и коррозионной стойкости ответственных деталей, например, зубчатых колес, валов, гильз цилиндров и др. Нитроцементация эффективна для инструментальных (в частности, быстрорежущих) сталей; она используется для деталей сложной конфигурации, склонных к короблению. Однако, поскольку этот процесс связан с использованием токсичных цианистых солей, он не нашел широкого распространения.

markmet.ru

Химико термическая обработка стали

Лабораторная работа Химико-термическая обработка стали

1.Общие сведения Химико-термической обработкой стали называется процесс, сочетающий поверхностное насыщение стали тем или иным элементом при высокой температуре и термическое воздействие, в результате которых происходит изменение химического состава, микроструктуры и свойств поверхностных слоев деталей. Химико-термическая обработка включает в себя цементацию, азотирование, цианирование, алитирование, силицирование и т. д. Насыщение поверхностного слоя происходит при нагреве детали до определенной температуры в среде, легко выделяющей насыщающий элемент в активном состоянии, и выдержке при этой температуре. Среды, выделяющие насыщающий элемент, могут быть газообразными, жидкими и твердыми. В отличие от поверхностной закалки при химико-термической обработке разница в свойствах достигается не только изменением структуры металла, но и его химического состава. ХТО не зависит от формы деталей. Она обеспечивает получение упрочненного слоя одинаковой толщины по всей поверхности. ХТО дает более существенное различие в свойствах поверхности и сердцевины деталей. ХТО изменяет химический состав и структуру поверхностного слоя, а поверхностная закалка — только структурВместе с тем ХТО уступает поверхностной закалке по производительности. Основными элементарными процессами любого вида химико-термической обработки являются: 1.  Диссоциация— выделение насыщающего элемента в активном атомарном состоянии в результате разложения исходных веществ: 2СО ↔СО2 + С; 2Nh4 ↔ ЗН2 + 2N и т. д. Степень распада молекул газа (%) называют степенью диссоциации. 2.  Абсорбция — захват поверхностью металла свободных атомов насыщающего элемента. Атомы металла, находящиеся на поверхности, имеют направленные наружу свободные связи. При подаче к поверхности детали атомов насыщающего элемента эти свободные связи вступают в силу, что уменьшает поверхностную энергию металла. С повышением температуры абсорбционная способность металла увеличивается. Развитию процесса абсорбции способствует способность диффундирующего элемента образовывать с основным металлом твердые растворы или химические соединения. 3.  Диффузия — проникновение насыщающего элемента вглубь металла. В результате абсорбции химический состав поверхностного слоя меняется, образуется градиент концентраций насыщающего элемента в поверхностных и нижележащих слоях. Диффузия протекает легче при образовании твердых растворов внедрения (С, N), чем твердых растворов замещения (Al, Cr, Si). Поэтому при диффузионной металлизации процесс ведут при более высоких температурах. Поверхностный слой детали, отличающийся от исходного материала по химическому составу, называется диффузионным слоем. Материал детали под диффузионным слоем с неизменившимся химическим составом называется сердцевиной. 2. Цементация стали Цементацией называется процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стальных деталей углеродом. Цель цементации — получение на поверхности детали высокой твердости и износостойкости в сочетании с вязкой сердцевиной. На цементацию поступают механически обработанные детали g припуском на шлифование 0,05—0,10 мм. Цементации подвергают стали с низким содержанием углерода 0,1—0,2 %. На поверхности концентрация углерода достигает 1,0 %. Глубина цементованного слоя (при содержании углерода порядка 0,4 %) обычно лежит в пределах 0,5—2,5 мм. Для достижения высокой твердости поверхности и вязкой сердцевины после цементации всегда проводится закалка с низким отпуском. Различают два основных вида цементации; в твердой и газовой средах. Среда, поставляющая углерод к поверхности детали, подвергаемой цементации, называется карбюризатором. Твердая цементация производится в специальных стальных ящиках, в которых детали укладываются попеременно с карбюризатором. Ящики закрываются крышками и замазываются огнеупорной глиной для предотвращения утечки газов. В качестве твердого карбюризатора используют дубовый или березовый древесный уголь и активизаторы ВаСО3 или Na2CO3. При нагреве до температуры 930—950 °С идут реакции: 2С + О2 → 2СО, ВаСО3 + С → ВаО + 2СО, 2СО → СО2 + С. Образующиеся активные атомы углерода диффундируют в решетку γ-железа. Процесс цементации в твердом карбюризаторе проводят выше Ас3, когда сталь находится в аустенитном состоянии, в котором растворимость углерода выше. В течение 8—10 ч образуется слой толщиной около 1мм. Газовая цементация является основным процессом массового производства. Стальные детали нагревают в газовых смесях, содержащих СО, СН4 и др. Газовая цементация проходит быстрее, так как не требует времени на прогрев ящика и карбюризатора. Слой толщиной 1 мм образуется за 6—7 ч. После цементации характерно неравномерное распределение углерода по сечению детали. Полученный в результате цементации наружный слой содержит более 0,8 % углерода и имеет структуру заэвтектоидных сталей — перлит и вторичный цементит. Глубже лежит слой эвтектоидного состава с перлитной структурой, а далее — слой с феррито-перлитной структурой. Кроме того, после цементации из-за длительной выдержки при высоких температурах стали приобретают крупнозернистость. 3. Азотирование стали Азотированием называется процесс насыщения поверхностного слоя азотом. Целью азотирования является создание поверхностного слоя с высокой твердостью, износостойкостью, повышенной усталостной прочностью и сопротивлением коррозии. Процесс азотирования состоит в выдержке в течение довольно длительного времени (до 60 ч) деталей в атмосфере аммиака при 500—600 °С. При более высокой температуре образуются более крупные нитриды и твердость уменьшается. Азотирование проводят в стальных герметически закрытых ретортах, в которые поступает аммиак.. Реторту помещают в нагревательную печь. Поступающий из баллонов аммиак при нагреве разлагается на азот и водород: Nh4→3H + N. Активные атомы азота проникают в решетку α-железа и диффундируют в ней. Образующиеся при этом нитриды железа еще не обеспечивают достаточно высокой твердости. Высокую твердость азотированному слою придают нитриды легирующих элементов, прежде всего хрома, молибдена, алюминия. При совместном легировании стали Cr, Mo, A1 твердость азотированного слоя по Вик-керсу достигает HV 1200, в то время, как после цементации и закалки твердость HV 900. Благодаря высокой твердости нитридов легирующих элементов азотированию обычно подвергают легированные среднеуглеродистые стали. К таким сталям относятся 38Х2МЮА, 35ХМА, более дешевая 38Х2Ю, а также некоторые штамповые стали, например 3X2BS, 5ХНМ. Азотированию обычно подвергают готовые изделия, прошедшие механическую и окончательную термическую обработку (закалку с высоким отпуском). После такой термической обработки металл приобретает структуру сорбита, имеющую высокую прочность и вязкость. Эта структура сохраняется в сердцевине детали и после азотирования. Высокая прочность металлической основы необходима для того, чтобы тонкий и хрупкий азотированный слой не продавливался при работе детали. Высокая твердость после азотирования достигается сразу и не требует последующей термической обработки. Это важное преимущество процесса азотирования. Участки, не подлежащие азотированию, защищают нанесением тонкого слоя олова (10—15 мкм) электролитическим методом или жидкого стекла. Глубина азотированного слоя составляет 0,3— 0,6мм. Из-за сравнительно низких температур скорость азотирования значительно меньше, чем при цементации и составляет всего 0,01 мм/ч и менее. По сравнению с цементацией азотирование имеет ряд преимуществ и недостатков. Преимуществами азотирования являются более высокая твердость и износостойкость поверхностного слоя, сохранение им высоких свойств при нагреве до 500 °С, а также высокие коррозионные свойства. В азотированном слое создаются остаточные напряжения сжатия, что повышает усталостную прочность. Кроме того, после азотирования не требуется закалки, что позволяет избежать сопутствующих закалке дефектов. Недостатками азотирования по сравнению с цементацией является более высокая длительность процесса и необходимость применения дорогостоящих легированных сталей. Поэтому азотирование применяют в случае изготовления более ответственных деталей, от которых требуется особо высокое качество поверхностного слоя. Азотирование применяют в машиностроении для изготовления мерительного инструмента, гильз, цилиндров, зубчатых колес, шестерен, втулок, коленчатых валов и др. 4.  Цианирование стали Цианированием (нитроцементацией) называется процесс совместного насыщения поверхности стальных деталей азотом и углеродом. Основная цель цианирования состоит в повышении твердости и износостойкости деталей. При цианировании нагрев осуществляется либо в расплавленных солях, содержащих цианистые соли NaCN или KCN, либо в газовой среде, состоящей из смеси СН4 и Nh4. Состав и свойства цианированного слоя зависят от температуры проведения цианирования. В зависимости от температуры процесса различают высокотемпературное (850—950 °С) и низкотемпературное (500—600 °С) цианирование. Чем выше температура цианирования, тем меньше насыщение поверхностного слоя азотом и больше углеродом. Совместная диффузия углерода и азота протекает быстрее, чем у этих элементов в отдельности. При низкотемпературном цианировании поверхностный слой насыщается преимущественно азотом. Низкотемпературному цианированию обычно подвергают окончательно изготовленный и за- точенный режущий инструмент из быстрорежущих марок стали с целью повышения его износостойкости и красностойкости. После низкотемпературного цианирования отпуск не производится. Глубина цианированного слоя 0,01—0,04 мм о твердостью HV 1000. После высокотемпературного цианирования на глубину 0,6— 1,8 мм в течение 3—10 ч детали подвергают закалке и низкому отпуску, Твердость после термообработки составляет HRC 59—62. По сравнению с цементированным цианированный слой имеет несколько более высокую твердость и износостойкость, а также более высокое сопротивление коррозии. В ваннах можно подвергать цианированию мелкие детали, например детали часовых механизмов, для которых достаточно получение слоя небольшой толщины. Недостатком цианирования является более высокая стоимость процесса, связанная с необходимостью строгого соблюдения правил техники безопасности из-за высокой токсичности цианистых солей. 5.  Диффузионная металлизация Диффузионной металлизацией называется процесс диффузионного насыщения поверхностных слоев стали различными металлами. Детали, поверхность которых насыщена алюминием, хромом, кремнием, бором, приобретают ряд ценных свойств, например жаростойкость, коррозионную стойкость, повышенную износостойкость и твердость. Металлизация бывает твердая, жидкостная и газовая. При жидкостной металлизации стальная деталь погружается в расплав металла. При твердой и газовой металлизации насыщение происходит с помощью летучих соединений хлора с металлом А1С13, CrCl3, SiCl4, которые при температуре 1000—1100 °С вступают в обменную реакцию с железом с образованием диффундирующего элемента в активном состоянии. При алитировании, т. е. насыщении алюминием, которое обычно проводится в порошкообразных смесях или расплавленном алюминии, детали приобретают повышенную коррозионную стойкость благодаря образованию плотной пленки А12О3, предохраняющей металл от окисления. Толщина слоя составляет 0,2—0,5 мм. При хромировании обеспечивается высокая стойкость против газовой коррозии до 800 °С, а также стойкость против коррозии в воде, морской воде и кислотах. Толщина слоя составляет до 0,2 мм. Силицирование, т. е. насыщение кремнием, придает высокую кислотоупорность в соляной, серной и азотной кислотах и применяется для деталей, используемых в химической и нефтяной промышленности. Толщина слоя колеблется в пределах 0,3—1,0 мм. Борирование придает поверхностному слою исключительно высокую твердость (до HV 1800—2000), износостойкость и устойчивость против коррозии в различных средах. Борирование часто проводят при электролизе расплавленных солей, например буры Na2B2O7, когда стальная деталь является катодом. При температуре около 150 °С и выдержке 2—5 ч на поверхности образуется твердый борид железа и толщина слоя достигает 0,1—0,2 мм.

www.coolreferat.com

Химико термическая обработка стали

Лабораторная работа Химико-термическая обработка стали

1.Общие сведения Химико-термической обработкой стали называется процесс, сочетающий поверхностное насыщение стали тем или иным элементом при высокой температуре и термическое воздействие, в результате которых происходит изменение химического состава, микроструктуры и свойств поверхностных слоев деталей. Химико-термическая обработка включает в себя цементацию, азотирование, цианирование, алитирование, силицирование и т. д. Насыщение поверхностного слоя происходит при нагреве детали до определенной температуры в среде, легко выделяющей насыщающий элемент в активном состоянии, и выдержке при этой температуре. Среды, выделяющие насыщающий элемент, могут быть газообразными, жидкими и твердыми. В отличие от поверхностной закалки при химико-термической обработке разница в свойствах достигается не только изменением структуры металла, но и его химического состава. ХТО не зависит от формы деталей. Она обеспечивает получение упрочненного слоя одинаковой толщины по всей поверхности. ХТО дает более существенное различие в свойствах поверхности и сердцевины деталей. ХТО изменяет химический состав и структуру поверхностного слоя, а поверхностная закалка — только структурВместе с тем ХТО уступает поверхностной закалке по производительности. Основными элементарными процессами любого вида химико-термической обработки являются: 1.  Диссоциация— выделение насыщающего элемента в активном атомарном состоянии в результате разложения исходных веществ: 2СО ↔СО2 + С; 2Nh4 ↔ ЗН2 + 2N и т. д. Степень распада молекул газа (%) называют степенью диссоциации. 2.  Абсорбция — захват поверхностью металла свободных атомов насыщающего элемента. Атомы металла, находящиеся на поверхности, имеют направленные наружу свободные связи. При подаче к поверхности детали атомов насыщающего элемента эти свободные связи вступают в силу, что уменьшает поверхностную энергию металла. С повышением температуры абсорбционная способность металла увеличивается. Развитию процесса абсорбции способствует способность диффундирующего элемента образовывать с основным металлом твердые растворы или химические соединения. 3.  Диффузия — проникновение насыщающего элемента вглубь металла. В результате абсорбции химический состав поверхностного слоя меняется, образуется градиент концентраций насыщающего элемента в поверхностных и нижележащих слоях. Диффузия протекает легче при образовании твердых растворов внедрения (С, N), чем твердых растворов замещения (Al, Cr, Si). Поэтому при диффузионной металлизации процесс ведут при более высоких температурах. Поверхностный слой детали, отличающийся от исходного материала по химическому составу, называется диффузионным слоем. Материал детали под диффузионным слоем с неизменившимся химическим составом называется сердцевиной. 2. Цементация стали Цементацией называется процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стальных деталей углеродом. Цель цементации — получение на поверхности детали высокой твердости и износостойкости в сочетании с вязкой сердцевиной. На цементацию поступают механически обработанные детали g припуском на шлифование 0,05—0,10 мм. Цементации подвергают стали с низким содержанием углерода 0,1—0,2 %. На поверхности концентрация углерода достигает 1,0 %. Глубина цементованного слоя (при содержании углерода порядка 0,4 %) обычно лежит в пределах 0,5—2,5 мм. Для достижения высокой твердости поверхности и вязкой сердцевины после цементации всегда проводится закалка с низким отпуском. Различают два основных вида цементации; в твердой и газовой средах. Среда, поставляющая углерод к поверхности детали, подвергаемой цементации, называется карбюризатором. Твердая цементация производится в специальных стальных ящиках, в которых детали укладываются попеременно с карбюризатором. Ящики закрываются крышками и замазываются огнеупорной глиной для предотвращения утечки газов. В качестве твердого карбюризатора используют дубовый или березовый древесный уголь и активизаторы ВаСО3 или Na2CO3. При нагреве до температуры 930—950 °С идут реакции: 2С + О2 → 2СО, ВаСО3 + С → ВаО + 2СО, 2СО → СО2 + С. Образующиеся активные атомы углерода диффундируют в решетку γ-железа. Процесс цементации в твердом карбюризаторе проводят выше Ас3, когда сталь находится в аустенитном состоянии, в котором растворимость углерода выше. В течение 8—10 ч образуется слой толщиной около 1мм. Газовая цементация является основным процессом массового производства. Стальные детали нагревают в газовых смесях, содержащих СО, СН4 и др. Газовая цементация проходит быстрее, так как не требует времени на прогрев ящика и карбюризатора. Слой толщиной 1 мм образуется за 6—7 ч. После цементации характерно неравномерное распределение углерода по сечению детали. Полученный в результате цементации наружный слой содержит более 0,8 % углерода и имеет структуру заэвтектоидных сталей — перлит и вторичный цементит. Глубже лежит слой эвтектоидного состава с перлитной структурой, а далее — слой с феррито-перлитной структурой. Кроме того, после цементации из-за длительной выдержки при высоких температурах стали приобретают крупнозернистость. 3. Азотирование стали Азотированием называется процесс насыщения поверхностного слоя азотом. Целью азотирования является создание поверхностного слоя с высокой твердостью, износостойкостью, повышенной усталостной прочностью и сопротивлением коррозии. Процесс азотирования состоит в выдержке в течение довольно длительного времени (до 60 ч) деталей в атмосфере аммиака при 500—600 °С. При более высокой температуре образуются более крупные нитриды и твердость уменьшается. Азотирование проводят в стальных герметически закрытых ретортах, в которые поступает аммиак.. Реторту помещают в нагревательную печь. Поступающий из баллонов аммиак при нагреве разлагается на азот и водород: Nh4→3H + N. Активные атомы азота проникают в решетку α-железа и диффундируют в ней. Образующиеся при этом нитриды железа еще не обеспечивают достаточно высокой твердости. Высокую твердость азотированному слою придают нитриды легирующих элементов, прежде всего хрома, молибдена, алюминия. При совместном легировании стали Cr, Mo, A1 твердость азотированного слоя по Вик-керсу достигает HV 1200, в то время, как после цементации и закалки твердость HV 900. Благодаря высокой твердости нитридов легирующих элементов азотированию обычно подвергают легированные среднеуглеродистые стали. К таким сталям относятся 38Х2МЮА, 35ХМА, более дешевая 38Х2Ю, а также некоторые штамповые стали, например 3X2BS, 5ХНМ. Азотированию обычно подвергают готовые изделия, прошедшие механическую и окончательную термическую обработку (закалку с высоким отпуском). После такой термической обработки металл приобретает структуру сорбита, имеющую высокую прочность и вязкость. Эта структура сохраняется в сердцевине детали и после азотирования. Высокая прочность металлической основы необходима для того, чтобы тонкий и хрупкий азотированный слой не продавливался при работе детали. Высокая твердость после азотирования достигается сразу и не требует последующей термической обработки. Это важное преимущество процесса азотирования. Участки, не подлежащие азотированию, защищают нанесением тонкого слоя олова (10—15 мкм) электролитическим методом или жидкого стекла. Глубина азотированного слоя составляет 0,3— 0,6мм. Из-за сравнительно низких температур скорость азотирования значительно меньше, чем при цементации и составляет всего 0,01 мм/ч и менее. По сравнению с цементацией азотирование имеет ряд преимуществ и недостатков. Преимуществами азотирования являются более высокая твердость и износостойкость поверхностного слоя, сохранение им высоких свойств при нагреве до 500 °С, а также высокие коррозионные свойства. В азотированном слое создаются остаточные напряжения сжатия, что повышает усталостную прочность. Кроме того, после азотирования не требуется закалки, что позволяет избежать сопутствующих закалке дефектов. Недостатками азотирования по сравнению с цементацией является более высокая длительность процесса и необходимость применения дорогостоящих легированных сталей. Поэтому азотирование применяют в случае изготовления более ответственных деталей, от которых требуется особо высокое качество поверхностного слоя. Азотирование применяют в машиностроении для изготовления мерительного инструмента, гильз, цилиндров, зубчатых колес, шестерен, втулок, коленчатых валов и др. 4.  Цианирование стали Цианированием (нитроцементацией) называется процесс совместного насыщения поверхности стальных деталей азотом и углеродом. Основная цель цианирования состоит в повышении твердости и износостойкости деталей. При цианировании нагрев осуществляется либо в расплавленных солях, содержащих цианистые соли NaCN или KCN, либо в газовой среде, состоящей из смеси СН4 и Nh4. Состав и свойства цианированного слоя зависят от температуры проведения цианирования. В зависимости от температуры процесса различают высокотемпературное (850—950 °С) и низкотемпературное (500—600 °С) цианирование. Чем выше температура цианирования, тем меньше насыщение поверхностного слоя азотом и больше углеродом. Совместная диффузия углерода и азота протекает быстрее, чем у этих элементов в отдельности. При низкотемпературном цианировании поверхностный слой насыщается преимущественно азотом. Низкотемпературному цианированию обычно подвергают окончательно изготовленный и за- точенный режущий инструмент из быстрорежущих марок стали с целью повышения его износостойкости и красностойкости. После низкотемпературного цианирования отпуск не производится. Глубина цианированного слоя 0,01—0,04 мм о твердостью HV 1000. После высокотемпературного цианирования на глубину 0,6— 1,8 мм в течение 3—10 ч детали подвергают закалке и низкому отпуску, Твердость после термообработки составляет HRC 59—62. По сравнению с цементированным цианированный слой имеет несколько более высокую твердость и износостойкость, а также более высокое сопротивление коррозии. В ваннах можно подвергать цианированию мелкие детали, например детали часовых механизмов, для которых достаточно получение слоя небольшой толщины. Недостатком цианирования является более высокая стоимость процесса, связанная с необходимостью строгого соблюдения правил техники безопасности из-за высокой токсичности цианистых солей. 5.  Диффузионная металлизация Диффузионной металлизацией называется процесс диффузионного насыщения поверхностных слоев стали различными металлами. Детали, поверхность которых насыщена алюминием, хромом, кремнием, бором, приобретают ряд ценных свойств, например жаростойкость, коррозионную стойкость, повышенную износостойкость и твердость. Металлизация бывает твердая, жидкостная и газовая. При жидкостной металлизации стальная деталь погружается в расплав металла. При твердой и газовой металлизации насыщение происходит с помощью летучих соединений хлора с металлом А1С13, CrCl3, SiCl4, которые при температуре 1000—1100 °С вступают в обменную реакцию с железом с образованием диффундирующего элемента в активном состоянии. При алитировании, т. е. насыщении алюминием, которое обычно проводится в порошкообразных смесях или расплавленном алюминии, детали приобретают повышенную коррозионную стойкость благодаря образованию плотной пленки А12О3, предохраняющей металл от окисления. Толщина слоя составляет 0,2—0,5 мм. При хромировании обеспечивается высокая стойкость против газовой коррозии до 800 °С, а также стойкость против коррозии в воде, морской воде и кислотах. Толщина слоя составляет до 0,2 мм. Силицирование, т. е. насыщение кремнием, придает высокую кислотоупорность в соляной, серной и азотной кислотах и применяется для деталей, используемых в химической и нефтяной промышленности. Толщина слоя колеблется в пределах 0,3—1,0 мм. Борирование придает поверхностному слою исключительно высокую твердость (до HV 1800—2000), износостойкость и устойчивость против коррозии в различных средах. Борирование часто проводят при электролизе расплавленных солей, например буры Na2B2O7, когда стальная деталь является катодом. При температуре около 150 °С и выдержке 2—5 ч на поверхности образуется твердый борид железа и толщина слоя достигает 0,1—0,2 мм.

baza-referat.ru

---

• 
  Категория дорог
• 
  Средний диаметр резьбы
• 
  Насос форсунки
• 
  Трансмиссия автомобиля это
• 
  Термообработка металлов
• 
  Кран мостовой устройство
• 
  Контактно транзисторная система зажигания
• 
  Мостовой кран устройство
• 
  Кшм двигателя
• 
  Форд транзит размеры
• 
  У водителя автомобиля наибольшую нагрузку испытывают