Азотирование курсовая работа - Универсальный справочник

Обновлено: 31.03.2023

Азотированием (азотизацией или нитрированием) стали называется процесс поверхностного насыщения стали азотом.

Азотированию, как и цементации, подвергают детали, работающие на износ и воспринимающие знакопеременные нагрузки. Азотированные детали имеют следующие преимущества: высокую твердость, износостойкость, теплостойкость и коррозийную стойкость. Так как азотированию подвергают в основном легированные стали определенных составов и процесс имеет большую продолжительность (30-60 ч.), применение его оказывается экономически целесообразным лишь для обработки ответственных инструментов и деталей авиамоторов, дизелей, турбин, приборов и т. п.

Насыщаемость железа молекулярным азотом при атмосферном давлении и температуре до 1500 0 С невелика, однако ее можно увеличить, создав в печи высокое давление (несколько сот атмосфер). Но этот способ насыщения железа азотом пока не представляет практического интереса ввиду его трудоемкости.

Для насыщения целесообразнее использовать атомарный азот, образующийся в момент разложения соединений, содержащих этот элемент. В качестве такого соединения обычно применяют аммиак, диссоциация которого сопровождается выделением азота в атомарном активном состоянии, который, однако, вскоре переходит в молекулярное состояние и теряет свою активность:

2 NH 3 = 2 N + 6 H

Поэтому азотирование интенсивно протекает лишь в том случае, когда диссоциация аммиака происходит в непосредственной близости от азотируемой поверхности.

Стали для азотирования.

Все шире применяется азотирование аустенитных и нержавеющих теплостойких сталей.

Аустенитная сталь, как известно, имеет низкую износостойкость, но в то же время обладает рядом ценных свойств: парамагнитностью, высокой жаропрочностью, окалиностойкостью, коррозийной стойкостью и высокой ударной вязкостью при температуре ниже 0 0 С.

Азотирование — наиболее эффективный способ повышения износостойкости аустенитных нержавеющих сталей.

В ряде зарубежных работ освещены результаты исследований сталей, содержащих титан. Эти стали азотируются быстрее, чем хромомолибденоаллюминиевая, и отличаются более высокой поверхностной твердостью и красностойкостью.

Разработана сталь, содержащая 18% Ni, насыщение азотом при 425-455 0 С в течение 20 ч приводит к превращению в поверхностном слое феррита в аустенит, а последний, при охлаждении на воздухе превращается в мартенсит.

Рекомендовано подвергать азотированию (взамен цианирования) инструмент из быстрорежущих сталей Р9 и Р18.

Азотированию подвергают также детали из высокопрочного магниевого чугуна (в частности, коленчатые валы тепловоза и детали из специальных чугунов, легированных алюминием).

Основные процессы азотирования.

Газовое азотирование

Насыщение поверхности металла производится при температурах от 400 (для некоторых сталей) до 1200 (аустенитные стали и тугоплавкие металлы) градусов цельсия. Средой для насыщения является диссоциированный аммиак. Для управления структурой и механическими свойствами слоя при газовом азотировании сталей применяют:

двух-, трёхступенчатые температурные режимы насыщения.

разбавление диссоциированного аммиака:

Контрольными параметрами процесса являются:

степень диссоциации аммиака

расходы дополнительных технологических газов (если применяются)

Каталитическое газовое азотирование

Последняя модификация технологии газового азотирования. Средой для насыщения является аммиак, диссоциированный при температуре 400—600 градусов цельсия на катализаторе в рабочем пространстве печи. Для управления структурой и механическими свойствами слоя при каталитическом газовом азотировании сталей применяют изменение потенциала насыщения. В целом применяются более низкие температуры, чем при газовом азотировании.

Ионно-плазменное азотирование

изменение плотности тока

изменение расхода азота

изменение степени разряжения

добавки к азоту особочистых технологических газов:

Свойства азотированной легированной стали.

Азотированный слой обладает высокой твердостью и износостойкостью. Износостойкость азотированной стали в 1,5-4 раза выше износостойкости закаленных высокоуглеродистых, цементованных, а также цианированных и нитроцементованных сталей.

Азотирование снижает вязкость стали, повышает ее прочность, ослабляет влияние концентраторов напряжений на снижение предела выносливости стали и существенно повышает предел выносливости, особенно тонких деталей и деталей, работающих в некоторых коррозионных средах.

Азотирование повышает сопротивление задираемости и налипанию металла под нагрузкой и особенно при повышенных температурах.

Азотированная сталь обладает теплостойкостью (красностойкостью), и ее твердость сохраняется после воздействия высоких температур. Например, сталь 38ХМЮА сохраняет свою твердость при нагреве до 500-520 0 С в течение нескольких десятков часов. Еще большую устойчивость твердости против воздействия температур (до 600 0 С) имеет аустенитная сталь. Однако при длительной эксплуатации в условиях высоких температур азотированный слой постепенно рассасывается, на поверхности образуются окислы и происходит глубокая диффузия кислорода по нитридным прожилкам, образующимся как в процессе азотирования, так и при длительном нагреве во время эксплуатации.

В результате азотирования коррозионная стойкость конструкционной стали (в среде воздуха, водопроводной воде, перегретом паре, слабых щелочных растворах) повышается и, наоборот, аустенитной хромоникелевой и нержавеющей хромистой стали некоторых марок понижается. Окалиностойкость последних сталей также понижается. Это объясняется тем, что в азотированном слое этих сталей из твердого раствора устраняется значительная часть хрома, входящего в состав образующихся нитридов. В аустенитной стали некоторых составов, например с малым содержанием никеля, это может сопровождаться даже выпадением в азотированном слое -фазы, в результате чего поверхностный слой становится слегка магнитным.

Азотированная сталь обладает высокой эрозионной стойкостью в потоках горячей воды и водяного пара.

Оборудование для азотирования.

Для проведения газового азотирование используются преимущественно шахтные ретортные и камерные печи. Для подготовки аммиака перед подачей в печь используется диссоциатор.

Для проведения каталитического газового азотирование используются преимущественно шахтные ретортные и камерные печи, оснащенные встроенными катализаторами и кислородными зондами для определения насыщающей способности атмосферы.

Для проведения процессов ионно-плазменного азотирования применяются специализированные установки, в которых происходит нагрев изделий за счет катодной бомбардировки и собственно насыщение.

В 1906 А. Вильм (Германия) на изобретённом им дуралюмине открыл старение после закалки — важнейший способ упрочения сплавов на разной основе (алюминиевых, медных, никелевых, железных и др.). В 30-е гг. 20 в. появилась термомеханическая обработка стареющих медных сплавов, а в 50- — термомеханическая обработка сталей, позволившая значительно повысить прочность изделий. К комбинированным видам термической обработки относится термомагнитная обработка, позволяющая в результате охлаждения изделий в магнитном поле улучшать их некоторые магнитные свойства.

2.ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СПЛАВОВ

Итогом многочисленных исследований изменений структуры и свойств металлов и сплавов при тепловом воздействии явилась стройная теория термической обработки металлов.

Под термической обработкой понимают изменение структуры, а следовательно, и свойств стали при нагреве до заданной температуры, выдержке при этой температуре и охлаждении с заданной скоростью.

Классификация видов термической обработки основывается на том, какого типа структурные изменения в металле происходят при тепловом воздействии.

Термическая обработка металлов подразделяется на:

-собственно термическую, заключающуюся только в тепловом воздействии на металл,

-химико-термическую, сочетающую тепловое и химическое воздействия,

-термомеханическую, сочетающую тепловое воздействие и пластическую деформацию.

2.1. ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

Собственно термическая обработка включает следующие виды:

-закалку без полиморфного превращения и с полиморфным превращением

Термической обработкой называют процессы теплового воздействия на сплавы (нагрев и охлаждение) с целью изменения их структуры и свойств. Это один из самых распространённых в технике и самых эффективных способов изменения структуры и свойств сталей и сплавов, обусловленных протеканием различных фазовых превращений.

Термическая обработка может быть как промежуточной операцией, предназначенной для улучшения технологических свойств (облегчения ковки, штамповки, прокатки), так и окончательной – для обеспечения в материале или изделиях требуемого комплекса свойств

Так как основными факторами любого вида термической обработки являются температура и время, то любой процесс термической обработки можно описать графиком, показывающим изменение температуры во времени.

При рассмотрении разных видов термообработки железо-углеродистых сплавов (стали, чугуны) используются следующие условные обозначения критических точек этих сплавов (рис. 1.1).

Рис. 1.1 . Обозначение критических точек стали

Критические точки А₁ лежат на линии PSK (727 °C). Критические точки А₂ находятся на линии МО (768 °C). Критические точки А₃ лежат на линии GS, а критические точки А_cm — на линии SE.

Свойства сплава зависят от его структуры. Основным способом, позволяющим изменять структуру, а, следовательно, и свойства является термическая обработка.

Основы термической обработки разработал Чернов Д.К.. В дальнейшем они развивались в работах Бочвара А.А., Курдюмова Г.В., Гуляева А.П.

Рис.2.1. Графики различных видов термообработки: отжига (1, 1а), закалки (2, 2а), отпуска (3), нормализации (4)

Термическая обработка представляет собой совокупность операций нагрева, выдержки и охлаждения, выполняемых в определенной последовательности при определенных режимах, с целью изменения внутреннего строения сплава и получения нужных свойств (представляется в виде графика в осях температура – время, см. рис. 12.1 ).

Рассмотрим следующие виды термической обработки:

2.2 Отжиг 1 рода

– возможен для любых металлов и сплавов.

Его проведение не обусловлено фазовыми превращениями в твердом состоянии.

Нагрев, при отжиге первого рода, повышая подвижность атомов, частично или полностью устраняет химическую неоднородность, уменьшает внутреннее напряжения.

Основное значение имеет температура нагрева и время выдержки. Характерным является медленное охлаждение

Разновидностями отжига первого рода являются:

· отжиг для снятия напряжения после ковки, сварки, литья.

2.3 Отжиг II рода

– отжиг металлов и сплавов, испытывающих фазовые превращения в твердом состоянии при нагреве и охлаждении.

Проводится для сплавов, в которых имеются полиморфные или эвтектоидные превращения, а также переменная растворимость компонентов в твердом состоянии.

Проводят отжиг второго рода с целью получения более равновесной структуры и подготовки ее к дальнейшей обработке. В результате отжига измельчается зерно, повышаются пластичность и вязкость, снижаются прочность и твердость, улучшается обрабатываемость резанием.

Характеризуется нагревом до температур выше критических и очень медленным охлаждением, как правило, вместе с печью (рис. 12.1 (1, 1а)).

2.4 Закалка

– проводится для сплавов, испытывающих фазовые превращения в твердом состоянии при нагреве и охлаждении, с целью повышение твердости и прочности путем образования неравновесных структур (сорбит, троостит, мартенсит).

Характеризуется нагревом до температур выше критических и высокими скоростями охлаждения (рис. 12.1 (2, 2а)).

– проводится с целью снятия внутренних напряжений, снижения твердости и увеличения пластичности и вязкости закаленных сталей.

Характеризуется нагревом до температуры ниже критической А (рис. 2.1 (3)). Скорость охлаждения роли не играет. Происходят превращения, уменьшающие степень неравновесности структуры закаленной стали.

Термическую обработку подразделяют на предварительную и окончательную .

Предварительная – применяется для подготовки структуры и свойств материала для последующих технологических операций (для обработки давлением, улучшения обрабатываемости резанием).

Окончательная – формирует свойство готового изделия.

Любая разновидность термической обработки состоит из комбинации четырех основных превращений, в основе которых лежат стремления системы к минимуму свободной энергии.

Зависимость свободной энергии структурных составляющих сталей от температуры: аустенита (F_A ), мартенсита (F_M ), перлита (F_П )

1. Превращение перлита в аустенит , происходит при нагреве выше критической температуры А_1, минимальной свободной энергией обладает аустенит.

2. Превращение аустенита в перлит, происходит при охлаждении ниже А₁ , минимальной свободной энергией обладает перлит:

3. Превращение аустенита в мартенсит, происходит при быстром охлаждении ниже температуры нестабильного равновесия

4. Превращение мартенсита в перлит ; – происходит при любых температурах, т.к. свободная энергия мартенсита больше, чем свободная энергия перлита.

3.ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СПЛАВОВ

Химико-термической обработкой (ХТО) называется термическая обработка, заключающаяся в сочетании термического и химического воздействия с целью изменения состава, структуры и свойств поверхностного слоя стали, такие как: цементация, азотирование, нитроцементация, цианирование, борирование, силицирование, диффузионная металлизация стали и др.

Химико-термическая обработка является одним из наиболее распространенных видов обработки материалов с целью придания им эксплуатационных свойств. Наиболее широко используются методы насыщения поверхностного слоя стали углеродом и азотом как порознь, так и совместно. Это процессы цементации (науглероживания) поверхности, азотирования — насыщения поверхности стали азотом, нитроцементации и цианирования — совместного введения в поверхностные слои стали углерода и азота. Насыщение поверхностных слоев стали иными элементами (хромом — диффузионное хромирование, бором — борирование, кремнием — силицирование и алюминием — алитирование) применяются значительно реже.

Процесс химико-термической обработки представляет собой многоступенчатый процесс, который включает в себя три последовательные стадии:

1. Образование активных атомов в насыщающей среде вблизи поверхности или непосредственно на поверхности металла. Мощность диффузионного потока, т. е. количество образующихся в единицу времени активных атомов, зависит от состава и агрегатного состояния насыщающей среды, которая может быть твердой, жидкой или газообразной, взаимодействия отдельных составляющих между собой, температуры, давления и химического состава стали.

2. Адсорбция (сорбция) образовавшихся активных атомов поверхностью насыщения. Адсорбция является сложным процессом, который протекает на поверхности насыщения нестационарным образом. Различают физическую (обратимую) адсорбцию и химическую адсорбцию (хемосорбцию). При химико-термической обработке эти типы адсорбции накладываются друг на друга. Физическая адсорбция приводит к сцеплению адсорбированных атомов насыщающего элемента (адсорбата) с образовываемой поверхностью (адсорбентом) благодаря действию Ван-дер-Ваальсовых сил притяжения, и для нее характерна легкая обратимость процесса адсорбции — десорбция. При хемосорбции происходит взаимодействие между атомами адсорбата и адсорбента, которое по своему характеру и силе близко к химическому.

3. Диффузия — перемещение адсорбированных атомов в решетке обрабатываемого металла. Процесс диффузии возможен только при наличии растворимости диффундирующего элемента в обрабатываемом материале и достаточно высокой температуре, обеспечивающей энергию необходимую для протекания процесса.

Толщина диффузионного слоя, а следовательно и толщина упрочненного слоя поверхности изделия, является наиболее важной характеристикой химико-термической обработки. Толщина слоя определяется рядом таких факторов, как температура насыщения, продолжительность процесса насыщения, состав стали, т. е. содержание в ней тех или иных легирующих элементов, градиент концентраций насыщаемого элемента между поверхностью изделия и в глубине насыщаемого слоя

Глубина диффузионного слоя в зависимости от продолжительности процесса и температуры

Под цементацией принято понимать процесс высокотемпературного насыщения поверхностного слоя стали углеродом. Так как углерод в α-фазе практически нерастворим, то процесс цементации осуществляется в интервале температур 930–950 °С — т. е. выше α → γ-превращения. Структура поверхностного слоя цементованного изделия представляет собой структуру заэвтектоидной стали (перлит и цементит вторичный), поэтому для придания стали окончательных — эксплуатационных — свойств после процесса цементации необходимо выполнить режим термической обработки, состоящий в закалке и низком отпуске; температурно-временные параметры режима термической обработки назначаются в зависимости от химического состава стали, ответственности, назначения и геометрических размеров цементованного изделия. Обычно применяется закалка с температуры цементации непосредственно после завершения процесса химико-термической обработки или после подстуживания до 800–850 °С и повторного нагрева выше точки АС3 центральной (нецементованной) части изделия. После закалки следует отпуск при температурах 160–180 °С.

Цементация как процесс химико-термической обработки, в основном, применяется для низкоуглеродистых сталей типа Ст2, СтЗ, 08, 10, 15, 20, 15Х, 20Х, 20ХНМ, 18ХГТ, 25ХГТ, 25ХГМ, 15ХГНТА, 12ХНЗА, 12Х2Н4А, 18Х2Н4ВА и др., однако в ряде случаев может быть использована при обработке шарикоподшипников — стали ШХ15, 7Х3 и коррозионностойких сталей типа 10Х13, 20Х13 и т. д. Стали, рекомендуемые для цементации, должны обладать хорошей прокаливаемостью и закаливаемостью цементованного слоя, которые должны обеспечить требуемый уровень прочности, износостойкости и твердости. Прокаливаемость сердцевины должна регулироваться в весьма узком диапазоне твердостей, который составляет 30–43 HRCЭ. Учитывая длительность процесса цементации и высокую температуру процесса, рекомендуется при этом виде химико-термической обработки использовать наследственно мелкозернистые стали, размер зерна которых не должен превышать 6–8 баллов. В противном случае в ходе цементации отмечается значительный рост зерна сердцевины изделия, что приводит к снижению его эксплуатационных свойств.

Цементация производится в углероднасыщенных твердых, жидких или газообразных средах, называемых карбюризаторами.

При твердофазной цементации процесс ведут следующим образом. Цементуемые детали упаковываются в цементационные ящики таким образом, чтобы их объем, в зависимости от сложности конструкции детали, занимал от 15 до 30 % объема цементационного ящика. Ящики загружают в печь, нагретую до температур от 600–700 °С и нагревают до температуры цементации — 930–950 °С. По окончании процесса цементации ящики вынимаются из печи — охлаждение деталей ведется внутри цементационных ящиков на воздухе. К числу недостатков цементации в твердых карбюризаторах относятся: невозможность регулирования степени насыщения и невозможность проведения закалки непосредственно после цементации, дополнительный непродуктивный расход энергии на прогрев цементационных ящиков и т. п. Однако простота метода, возможность проводить процесс на стандартном печном оборудовании без установки дополнительных устройств делают этот метод весьма распространенным в условиях мелкосерийного производства в ремонтных цехах и на участках крупных предприятий. Цементация в жидкофазном карбюризаторе применяется для мелких деталей. К недостаткам этого процесса относятся неравномерность глубины цементованного слоя и необходимость частых регенераций углероднасыщенного расплава. В случае серийного и крупносерийного производства цементованных изделий наибольшее распространение получила цементация в газообразных карбюризаторах. Этот метод обеспечивает наибольшую равномерность по толщине и свойствам цементованного слоя, снижает время, затрачиваемое на процесс химико-термической обработки, а в ряде случаев позволяет производить закалку изделий непосредственно после цементации. В последнее время получил распространение процесс вакуумной цементации. Печи для вакуумной цементации состоят из нагревательной камеры, снабженной вентилятором для обеспечения интенсивной циркуляции воздуха, закалочного бака и транспортных устройств. Подготовленные для вакуумной цементации детали помещают в нагревательную печь, вакуумируют и нагревают до 1000–1100 °С, затем в печь подается газообразный карбюризатор — очищенный природный газ, пропан или бутан. Этот метод позволяет ускорить процесс цементации, повысить качество получаемого слоя.

Качество процесса цементации оценивается по эффективной толщине цементованного слоя, которая определяется по одному из двух показателей — твердости или структуре слоя. Структура поверхностного слоя цементованной стали состоит из нескольких зон: поверхностной — заэвтектоидной (перлит + цементит), эвтектоидной — перлитной и доэвтектоидной — перлитоферритной. Эффективную толщину цементованного слоя по структуре принято измерять на металлографических шлифах в отожженном состоянии при увеличениях от 100 до 500 раз.

В случае, когда за критерий оценки толщины цементованного слоя принимается твердость или микротвердость после цементации, то оценка ведется на термически обработанных образцах, а за конец цементованного слоя принимается зона с твердостью 50 HRCЭ или 540–600 Н

Под азотированием подразумевается процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стального изделия или детали азотом при нагреве в соответствующей среде. Целью азотирования являются повышение твердости поверхности изделия, выносливости и износостойкости, стойкости к появлению задиров и кавитационным воздействиям, повышение коррозионной стойкости в водных средах и атмосфере.

Азотированию подвергаются самые разнообразные по составу и назначению стали — конструкционные и инструментальные, жаропрочные и коррозионностойкие, спеченные порошковые стали, а также ряд тугоплавких материалов (табл. 2).

Азотирование проводится при температурах значительно ниже температур цементации и температур фазовых превращений, поэтому иногда этот процесс называют низкотемпературной химико-термической обработкой или низкотемпературным азотированном. Температура процесса азотирования обычно не превышает 600 °С. Однако следует отметить, что в последние годы все большее распространение получает процесс высокотемпературного азотирования (600–1200 °С). Этот процесс применяют для насыщения азотом поверхностей деталей из ферритных и аустенитных сталей, ряда тугоплавких металлов — титана, молибдена, ниобия, ванадия и т. д.

Таблица 2. Составы основных насыщающих сред и режимы химико-термической обработки при азотировании

Азотирование — технологический процесс химико-термической обработки азотом поверхностей металлов, сплавов: назначение, свойства азотированных металлических поверхностей. Процессы, оборудование для газового, каталитического, ионно-плазменного азотирования.

Рубрика	Производство и технологии
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	14.07.2013
Размер файла	14,7 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Общие сведения о процессе азотирования

Азотирование стали впервые предложено акад. Н.П. Чижевским. Процесс азотирования стальных деталей заключается в поверхностном насыщении азотом в среде аммиака (NH3) при температурах нагрева 500—700°С в течение 20—90 ч. Глубина азотированного слоя допускается в пределах 0,2—0,8 мм.

Азотирование — это технологический процесс химико-термической обработки, при которой поверхность различных металлов или сплавов насыщают азотом в специальной азотирующей среде. Поверхностный слой изделия, насыщенный азотом, имеет в своём составе растворённые нитриды и приобретает повышенную коррозионную стойкость и высочайшую микротвёрдость. По микротвёрдости азотирование уступает только борированию, в то же время превосходя цементацию инитроцементацию (незначительно).

Сущность процесса азотирования

Азотируемые детали выдерживаются в атмосфере диссоциированного аммиака при повышенных температурах. В этих условиях протекает реакция

Образующийся атомарный азот диффундирует в металл.

— Повышение твердости и износостойкости поверхностного слоя.

— Повышение предела выносливости.

— Повышение коррозионной стойкости поверхностного слоя.

Азотирование применяется для повышения твердости, износостойкости, предела усталости, сопротивления коррозии и жаропрочности.

Изготовление деталей при применении азотирования состоит из следующих этапов:

1) предварительная термическая обработка заготовки;

2) механическая обработка детали, включая шлифование;

3) защита мест, не подлежащих азотированию (покрытие тонким слоем олова гальваническим способом);

5) окончательное шлифование или доводка в соответствии с заданными допусками.

Азотирование проводится при температурах значительно ниже температур цементации и температур фазовых превращений, поэтому иногда этот процесс называют низкотемпературной химико-термической обработкой или низкотемпературным азотированном. Температура процесса азотирования обычно не превышает 600°С. Однако следует отметить, что в последние годы все большее распространение получает процесс высокотемпературного азотирования (600-1200°С). Этот процесс применяют для насыщения азотом поверхностей деталей из ферритных и аустенитных сталей, ряда тугоплавких металлов — титана, молибдена, ниобия, ванадия и т. д.

Процесс низкотемпературного азотирования проводят, в основном, в газовых средах — смеси азота и аммиака, диссоциированного аммиака и т. д. Для активизации процесса в насыщающую среду могут быть введены кислород или воздух. Достаточно широкое применение нашли среды, где азот-насыщенные среды дополняются углерод-насыщенными, — то есть среды, где кроме диссоциированного аммиака присутствуют природный или светильный газ, эндогаз, пары спирта или керосина и т. п.

Металлы и сплавы, подвергаемые азотированию

Стали углеродистые и легированные, конструкционные и инструментальные; высокохромистые чугуны, высокохромистые износоустойчивые сплавы, хром; титан и титановые сплавы; бериллий; вольфрам; ниобиевые сплавы; порошковые материалы.

Упрочнение поверхности, защита от коррозии, повышение усталостной прочности.

В зависимости от назначения, используемые технологические процессы азотирования могут существенно отличаться.

Основные процессы азотирования

химический термический металл азот

Насыщение поверхности металла производится при температурах от 400 (для некоторых сталей) до 1200 (аустенитные стали и тугоплавкие металлы) градусов Цельсия. Средой для насыщения является диссоциированный аммиак. Для управления структурой и механическими свойствами слоя при газовом азотировании сталей применяют: двух-, трёхступенчатые температурные режимы насыщения; разбавление диссоциированного аммиака: воздухом, реже водородом.

Контрольными параметрами процесса являются: степень диссоциации аммиака, расход аммиака, температура, расходы дополнительных технологических газов (если применяются).

Каталитическое газовое азотирование

Это последняя модификация технологии газового азотирования. Средой для насыщения является аммиак, диссоциированный при температуре 400—600 градусов Цельсия на катализаторе в рабочем пространстве печи.

Для управления структурой и механическими свойствами слоя при каталитическом газовом азотировании сталей применяют изменение перенаправление потенциала насыщения. В целом применяются более низкие температуры, чем при газовом азотировании.

Технология насыщения металлических изделий в азотсодержащем вакууме (примерно 0,01 атм.), в котором возбуждается тлеющий электрический разряд. Анодом служат стенки камеры нагрева, а катодом — обрабатываемые изделия. Для управления структурой слоя и механическими свойствами слоя применяют (в разные стадии процесса): изменение плотности тока, изменение расхода азота, изменение степени разряжения, добавки к азоту особо чистых технологических газов, водорода, аргона, метана, кислорода.

Азотирование из растворов электролитов

Использование анодного эффекта для диффузионного насыщения обрабатываемой поверхности азотом в многокомпонентных растворах электролитов, один из видов скоростной электрохимико-термической обработки (анодный электролитный нагрев) малогабаритных изделий. Анод-деталь при наложении постоянного напряжения в диапазоне от 150 до 300 В разогревается до температур 450—1050 °C. Достижение таких температур обеспечивает сплошная и устойчивая парогазовая оболочка, отделяющая анод от электролита. Для обеспечения азотирования в электролит кроме электропроводящего компонента вводят вещества-доноры, обычно нитраты.

Оборудование для азотирования

Для проведения газового азотирования используются преимущественно шахтные, ретортные и камерные печи. Для подготовки аммиака перед подачей в печь используется диссоциатор.

Для проведения каталитического газового азотирования используются преимущественно шахтные, ретортные и камерные печи, оснащенные встроенными катализаторами и кислородными зондами для определения насыщающей способности атмосферы.

Для проведения процессов ионно-плазменного азотирования применяются специализированные установки, в которых происходит нагрев изделий за счёт катодной бомбардировки и, собственно, насыщение.

Для азотирования из растворов электролитов применяются установки для электрохимико-термической обработки.

В случае, когда главной целью азотирования является повышение твердости и износостойкости, а изделия преимущественно или тонкостенные, или сложной конфигурации, процесс проводят при температуре 500…520°С. При этом длительность процесса будет зависеть от требуемой толщины слоя.

В условиях массового производства, когда большое значение приобретает производительность процесса, прибегают к двухступенчатому азотированию. Сначала процесс ведут при температурах 500…520°С в течение 15…25 ч, а затем при 540…600°С в течение 25…30 ч. К назначению второй ступени следует относиться с большой осторожностью, т.к. повышение температуры может приводить к короблению и деформации детали. Охлаждение после азотирования проводят вместе с печью, не прекращая подачи аммиака.

В случае, когда главной целью азотирования является повышение предела выносливости, рекомендуется вести процесс при температуре не более 500°С. При более высоких температурах увеличение предела выносливости становится мало заметным, а начиная с температуры 550°С и выше, этот показатель заметно снижается.

4. Для повышения коррозионной стойкости азотирование проводят при температурах 600…700°С. Продолжительность процесса насыщения устанавливают в зависимости от габаритов деталей, подвергающихся насыщению. Так, для мелких деталей достаточно выдержки в течение 15…30 мин, а для крупногабаритных деталей потребуется выдержка, доходящая до 10 ч.

Подобные документы

Химико-термическая обработка как процесс нагрева и выдержки металлических материалов при высоких температурах в химически активных средах. Характеристика видов химико-термической обработки: цементация, азотирование, нитроцементация и жидкое цианирование.

реферат [62,1 K], добавлен 17.11.2012

Применение метода обработки без снятия стружки для деталей с ужесточением эксплуатационных характеристик машин. Данный метод обработки основан на использовании пластических свойств металлов. Обкатывание, раскатывание и алмазное выглаживание поверхностей.

реферат [508,5 K], добавлен 20.08.2010

Изучение химико-термической обработки металлов и сплавов. Характеристика возможностей методов отделочно-упрочняющей обработки для повышения износостойкости поверхностей. Описание фосфорирования, наплавки легированного металла и алмазного выглаживания.

курсовая работа [2,5 M], добавлен 01.12.2013

Термическая обработка металлов и ее основные виды. Превращения, протекающие в структуре стали при нагреве и охлаждении. Основы химико-термической обработки. Цементация, азотирование, нитроцементация и цианирование, борирование и силицирование стали.

реферат [160,5 K], добавлен 17.12.2010

Характеристика основных элементарных процессов (диссоциация, абсорбция, диффузия) химико-термической обработки стали. Рассмотрение процессов цементации (твердая, газовая), азотирования, цианирования, диффузионной металлизации поверхностных слоев стали.

Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой — мы готовы помочь.

Азотирование.

Стали для азотирования.

Все шире применяется азотирование аустенитных и нержавеющих теплостойких сталей.

Азотирование — наиболее эффективный способ повышения износостойкости аустенитных нержавеющих сталей.

Разработана сталь, содержащая 18% Ni , насыщение азотом при 425-455 0 С в течение 20 ч приводит к превращению в поверхностном слое феррита в аустенит, а последний, при охлаждении на воздухе превращается в мартенсит.

Рекомендовано подвергать азотированию (взамен цианирования) инструмент из быстрорежущих сталей Р9 и Р18.

Основные процессы азотирования.

Газовое азотирование

двух-, трёхступенчатые температурные режимы насыщения.
разбавление диссоциированного аммиака:
- воздухом,
- реже водородом
- степень диссоциации аммиака
- расход аммиака
- температура
- расходы дополнительных технологических газов (если применяются)
Последняя модификация технологии газового азотирования. Средой для насыщения является аммиак, диссоциированный при температуре 400—600 градусов цельсия на катализаторе в рабочем пространстве печи. Для управления структурой и механическими свойствами слоя при каталитическом газовом азотировании сталей применяют изменение потенциала насыщения. В целом применяются более низкие температуры, чем при газовом азотировании.

Ионно-плазменное азотирование
- изменение плотности тока
- изменение расхода азота
- изменение степени разряжения
- добавки к азоту особочистых технологических газов:
  - водорода
  - аргона
  - метана
  - кислорода
  Свойства азотированной легированной стали.
  
  Азотированный слой обладает высокой твердостью и износостойкостью. Износостойкость азотированной стали в 1,5-4 раза выше износостойкости закаленных высокоуглеродистых, цементованных, а также цианированных и нитроцементованных сталей.
  
  Азотирование снижает вязкость стали, повышает ее прочность, ослабляет влияние концентраторов напряжений на снижение предела выносливости стали и существенно повышает предел выносливости, особенно тонких деталей и деталей, работающих в некоторых коррозионных средах.
  
  Азотирование повышает сопротивление задираемости и налипанию металла под нагрузкой и особенно при повышенных температурах.
  
  Азотированная сталь обладает теплостойкостью (красностойкостью), и ее твердость сохраняется после воздействия высоких температур. Например, сталь 38ХМЮА сохраняет свою твердость при нагреве до 500-520 0 С в течение нескольких десятков часов. Еще большую устойчивость твердости против воздействия температур (до 600 0 С) имеет аустенитная сталь. Однако при длительной эксплуатации в условиях высоких температур азотированный слой постепенно рассасывается, на поверхности образуются окислы и происходит глубокая диффузия кислорода по нитридным прожилкам, образующимся как в процессе азотирования, так и при длительном нагреве во время эксплуатации.
  
  В результате азотирования коррозионная стойкость конструкционной стали (в среде воздуха, водопроводной воде, перегретом паре, слабых щелочных растворах) повышается и, наоборот, аустенитной хромоникелевой и нержавеющей хромистой стали некоторых марок понижается. Окалиностойкость последних сталей также понижается. Это объясняется тем, что в азотированном слое этих сталей из твердого раствора устраняется значительная часть хрома, входящего в состав образующихся нитридов. В аустенитной стали некоторых составов, например с малым содержанием никеля, это может сопровождаться даже выпадением в азотированном слое  -фазы, в результате чего поверхностный слой становится слегка магнитным.
  
  Азотированная сталь обладает высокой эрозионной стойкостью в потоках горячей воды и водяного пара.
  
  Оборудование для азотирования.
  
  Для проведения газового азотирование используются преимущественно шахтные ретортные и камерные печи. Для подготовки аммиака перед подачей в печь используется диссоциатор.
  
  Для проведения каталитического газового азотирование используются преимущественно шахтные ретортные и камерные печи, оснащенные встроенными катализаторами и кислородными зондами для определения насыщающей способности атмосферы.
  
  Для проведения процессов ионно-плазменного азотирования применяются специализированные установки, в которых происходит нагрев изделий за счет катодной бомбардировки и собственно насыщение.
  
  Читайте также:
  - Характеристика очага ядерного поражения реферат
  - Научная хирургическая школа саратова реферат
  - Cad cam cae системы реферат
  - Развитие полиграфических технологий реферат
  - История морского образования в россии реферат

Источник

Курсовая работа: Термическая и химико-термическая обработка сплавов

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«Волгоградский государственный технический университет»

Камышинский Технологический институт (филиал)

Волгоградского государственного технического Университета

Кафедра «Физика»

Реферат

по учебной дисциплине «Материаловедение»

Выполнил:

Дьяченко Роман

студент группы КЭЛ 291

Камышин 2009

Содержание

1. Вступление

2.Термическая обработка сплавов

2.1 Основные виды термической обработки

2.2.Отжиг I рода

2.3 Отжиг II рода

2.4 Закалка

2.5 Отпуск

2.6 Превращения, протекающие в структуре стали при нагреве и охлаждени

3. Основы химико-термической обработки.

3.1 Цементация

3.2 Азотирование

3.3 Нитроцементация и цианирование стали

3.4 Борирование и силицирование стали

3.5 Диффузионная металлизация стали

3.5.а Алитирование

3.5.б Хромирование

3.5.в Титанирование

3.5 г Цинкование

4.Выводы

5.Заключение

Список используемой литературы

1 Вступление

Человек использует термическую обработку металлов с древнейших времён. Ещё в эпоху энеолита, применяя холодную ковку самородных золота и меди, первобытный человек столкнулся с явлением наклёпа, которое затрудняло изготовление изделий с тонкими лезвиями и острыми наконечниками, и для восстановления пластичности кузнец должен был нагревать холоднокованую медь в очаге. Наиболее ранние свидетельства о применении смягчающего отжига наклёпанного металла относятся к концу 5-го тысячелетия до н. э. Такой отжиг по времени появления был первой операцией термической обработки металлов. При изготовлении оружия и орудий труда из железа, полученного с использованием сыродутного процесса, кузнец нагревал железную заготовку для горячей ковки в древесноугольном горне. При этом железо науглероживалось, то есть происходила цементация — одна из разновидностей химико-термической обработки. Охлаждая кованое изделие из науглероженного железа в воде, кузнец обнаружил резкое повышение его твёрдости и улучшение других свойств. Закалка в воде науглероженного железа применялась с конца 2 — начала 1-го тысячелетия до н. э. В «Одиссее» Гомера (8—7 вв. до н. э.) есть такие строки: «Как погружает кузнец раскалённый топор иль секиру в воду холодную, и зашипит с клокотаньем железо — крепче железо бывает, в огне и воде закаляясь». В 5 в. до н. э. этруски закаливали в воде зеркала из высокооловянной бронзы (скорее всего для улучшения блеска при полировке). Цементацию железа в древесном угле или органическом веществе, закалку и отпуск стали широко применяли в средние века в производстве ножей, мечей, напильников и др. инструментов. Не зная сущности внутренних превращений в металле, средневековые мастера часто приписывали получение высоких свойств при термической обработке металлов проявлению сверхъестественных сил. До середины 19 в. знания человека о термической обработке металлов представляли собой совокупность рецептов, выработанных на основе многовекового опыта. Потребности развития техники, и в первую очередь развития сталепушечного производства обусловили превращение термической обработки металлов из искусства в науку. В середине 19 в., когда армия стремилась заменить бронзовые и чугунные пушки более мощными стальными, чрезвычайно острой была проблема изготовления орудийных стволов высокой и гарантированной прочности. Несмотря на то что металлурги знали рецепты выплавки и литья стали, орудийные стволы очень часто разрывались без видимых причин. Д. К. Чернов на Обуховском сталелитейном заводе в Петербурге, изучая под микроскопом протравленные шлифы, приготовленные из дул орудий, и наблюдая под лупой строение изломов в месте разрыва, сделал вывод, что сталь тем прочнее, чем мельче её структура. В 1868 Чернов открыл внутренние структурные превращения в охлаждающейся стали, происходящие при определённых температурах. которые он назвал критическими точками а и b. Если сталь нагревать до температур ниже точки а, то её невозможно закалить, а для получения мелкозернистой структуры сталь следует нагревать до температур выше точки b. Открытие Черновым критических точек структурных превращений в стали позволило научно обоснованно выбирать режим термической обработки для получения необходимых свойств стальных изделий.

2.ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СПЛАВОВ

Термическая обработка металлов подразделяется на:

-собственно термическую, заключающуюся только в тепловом воздействии на металл,

-химико-термическую, сочетающую тепловое и химическое воздействия,

-термомеханическую, сочетающую тепловое воздействие и пластическую деформацию.

2.1. ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

Собственно термическая обработка включает следующие виды:

-отжиг 1-го рода,

-отжиг 2-го рода,

-закалку без полиморфного превращения и с полиморфным превращением

— старение

— отпуск.

Рис. 1.1. Обозначение критических точек стали

Критические точки А1 лежат на линии PSK (727 °C). Критические точки А2 находятся на линии МО (768 °C). Критические точки А3 лежат на линии GS, а критические точки Аcm — на линии SE.

Вследствие теплового гистерезиса превращения при нагреве и охлаждении проходят при разных температурах. Поэтому для обозначения критических точек при нагреве и охлаждении используют дополнительные индексы: буквы «с» в случае нагрева и «r» в случае охлаждения. Например, АС1, АС3, Аr1, Аr3 .

Основы термической обработки разработал Чернов Д.К… В дальнейшем они развивались в работах Бочвара А.А., Курдюмова Г.В., Гуляева А.П.

Рис.2.1. Графики различных видов термообработки: отжига (1, 1а), закалки (2, 2а), отпуска (3), нормализации (4)

Рассмотрим следующие виды термической обработки:

2.2 Отжиг 1 рода

– возможен для любых металлов и сплавов.

Его проведение не обусловлено фазовыми превращениями в твердом состоянии.

Основное значение имеет температура нагрева и время выдержки. Характерным является медленное охлаждение

Разновидностями отжига первого рода являются:

· диффузионный;

· рекристаллизационный;

· отжиг для снятия напряжения после ковки, сварки, литья.

2.3 Отжиг II рода

– отжиг металлов и сплавов, испытывающих фазовые превращения в твердом состоянии при нагреве и охлаждении.

2.4 Закалка

Характеризуется нагревом до температур выше критических и высокими скоростями охлаждения (рис. 12.1 (2, 2а)).

2.5 Отпуск

Характеризуется нагревом до температуры ниже критической А(рис. 2.1 (3)). Скорость охлаждения роли не играет. Происходят превращения, уменьшающие степень неравновесности структуры закаленной стали.

Термическую обработку подразделяют на предварительную и окончательную .

Окончательная – формирует свойство готового изделия.

2.6 Превращения, протекающие в структуре стали при нагреве и охлаждении

Зависимость свободной энергии структурных составляющих сталей от температуры: аустенита (FA ), мартенсита (FM ), перлита (FП )

1. Превращение перлита в аустенит , происходит при нагреве выше критической температуры А1, минимальной свободной энергией обладает аустенит.

2. Превращение аустенита в перлит, происходит при охлаждении ниже А1, минимальной свободной энергией обладает перлит:

3.ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СПЛАВОВ

Рис.1

Глубина диффузионного слоя в зависимости от продолжительности процесса и температуры

3.1. Цементация

3.2 Азотирование

Таблица 2. Составы основных насыщающих сред и режимы химико-термической обработки при азотировании

Состав насыщающей среды	Режим азотирования	Глубина слоя, (мм)
Т, °С	τ, ч
Азотирование изотермическое
1	Аммиак NH3 давление, Па: 192,4–721,5 степень диссоциации, 20–40 %	500-520	6-90	0,1-0,8
30–55	560–580	1–10	0,15–0,4
2	20 % NH3 + 80 % N2 (или N2 + H2)*1	500–520	6–90	0,1–0,8
Азотирование двухступенчатое
3	20 % NH3 степень диссоциации 20–40 %	500–520	15–20	0,5–0,8
40–45	540–560	25–40	0,5–0,8
Азотирование с добавками углеродсодержащих газов
4	Аммиак NH3 + 50 % эндогаза (40 % H2 + 20 % СО + 40 % N2)*2	570	0,5–3,0
5	Аммиак NH3 + 50 % эндо-экзогаза (20 % H2 + 20 % СО + 60 % N2)
6	Аммиак NH3 + 50 % экзогаз (10 % СО + 90 % N2) в отношении 1 к 2
7	58,6 % N2 + 17,9 % H2 + 14,3 % NH3 + 3,5 % СО + 2,2 % СО2 + 3,5 % Н2О
8	Аммиак NH3 + 50 % С2Н8 (пропана)*3	570	2–10
9	Продукты пиролиза керосина, спирта (50 %) + Аммиак NH3 (50 %)	570	1–6
Азотирование антикоррозийное *4
10	Аммиак NH3 давление, Па: 192,4–721,5, степень диссоциации, %: 40–60	600–700	0,25–10	0,02–0,08

Примечание:

*1 Процесс кратковременного азотирования при 570 °С — вместо жидкого азотирования. Разбавление аммиака азотом уменьшает хрупкость слоя.

*2 Применение эндогаза при температурах ниже 700 °С — взрывоопасно. Требуется принятие специальных защитных мер.

*3 Степень диссоциации аммиака — 30–60 %.

*4 Антикоррозийному азотированию подвергают изделия, изготовленные из углеродистых сталей, работающих в условиях атмосферной коррозии.

Процесс низкотемпературного азотирования проводят, в основном, в газовых средах — смеси азота и аммиака, диссоциированного аммиака и т. д. Для активизации процесса в насыщающую среду могут быть введены кислород или воздух. Достаточно широкое применение нашли среды, где азот-насыщенные среды дополняются углероднасыщенными, — то есть среды, где кроме диссоциированного аммиака присутствуют природный или светильный газ, эндогаз, пары спирта или керосина и т. п.

Для азотирования в жидких средах, которое также называют «мягким азотированием» или «тенифер-процессом» применяют расплавы цианид-цианатных солей или ванны на основе карбамида. Однако жидкое азотирование не получило широкого распространения из-за токсичности процесса, высокой стоимости используемого оборудования и используется, в основном, для обработки инструментов из быстрорежущих или высоколегированных инструментальных сталей. Подогретые инструменты выдерживают в ванне при 530–560 °С в течение 10–100 мин — в зависимости от типа инструмента, а затем охлаждают на воздухе. Необходимо строго следить за химическим составом насыщающего состава, так как полная азотирующая способность ванны устанавливается только в том случае, когда содержание цианатов составляет около 40 % от начального содержания в расплаве цианидов.

Термическая обработка инструментальных сталей после азотирования производится по следующему режиму: закалка с температур 1000–1050 °С и затем, для повышения ударной вязкости, первый отпуск выполняется при температуре 350 °С, а последующие — при 560 °С.

3.3. Нитроцементация и цианирование стали

Нитроцементация или цианирование стали — процессы химико-термической обработки, заключающиеся в высокотемпературном насыщении поверхности изделия азотом и углеродом. Причем процесс совместного насыщения поверхности азотом и углеродом в жидких ваннах принято называть цианированием, а насыщение в газообразных средах — нитроцементацией,

Процесс нитроцементации обычно ведут при температурах 820–860 °С в средах эндогазов и эндоэкзогазов с добавками природного газа (метана) и аммиака. Чем больше толщина требуемого слоя насыщения, тем меньше должно быть содержание аммиака и метана и выше температура химико-термической обработки. Для получения слоя толщиной около 0,2 мм при температуре нитроцементации 800–820 °С в атмосферу печи добавляют 6–15 % аммиака и около 5 % метана. Для получения слоя 0,5–1,0 мм температура нитроцементации повышается до 860–880 °С, а содержание аммиака и метана снижаются соответственно до 0,6–1,3 % и 0,5–0,8 %.

Основное назначение процесса нитроцементации — повышение твердости, контактной выносливости, износостойкости и предела выносливости изделий. Основной температурой процесса считается 860 °С. При оптимальных условиях насыщения структура нитроцементованного слоя состоит из мартенсита, небольшого количества равномерно распределенных частиц карбонитридов и 25–30 % остаточного аустенита, обеспечивающего хорошую прирабатываемость. Содержание углерода на поверхности составляет 0,7–0,9 %, азота — 0,3–0,4 %. Эффективная толщина насыщаемого слоя не должна превышать 1 мм, так как при большей толщине в структуре слоя появляются фазы, резко снижающие предел выносливости и контактную выносливость материала.

Цианирование проводят при температурах от 800 до 950 °С в расплавах, содержащих цианистые соли, причем с повышением температуры химико-термической обработки доля углерода в слое растет, а азота — понижается. Структура насыщенного слоя после цианирования оказывается аналогичной структуре слоя после нитроцементации. Химические составы основных расплавов для цианирования приведены в табл. 3.

Таблица 3. Составы ванн и режимы цианирования изделий

Состав насыщающей среды	Режим цианирования	Глубина слоя, мм
Т,°С	τ, ч
50 % NaCN +50 % NaCl (20–25 % NaCN + + 25–30 % NaCl + 25–50% Na2CO3)*	840	0,5	0,15–0,2
840	1,0	0,2–0,25
870	0,5	0,2–0,25
870	1,0	0,25–0,35
10 % NaCN +40 % NaCl + + 50 % BaCl2 (8–12 % NaCN + + 30–55 % NaCl + 10 % Na2CO3 + + 15 % BaCl2)	840	1,0–1,5	0,25–0,3
900	1,0	0,5–0,6
900	2,0	0,7–0,8
900	4,0	1,0–1,2
8 % NaCN +10 % NaCl + + 82 % BaCl2 (3–8 % NaCN + 30 % BaCl2 + + 30 % NaCl + 40 % BaCO2)	900	0,5	0,2–0,25
900	1,5	0,5–0,8
950	2,0	1,0–1,1
950	3,0	1,0–1,2
950	5,5	1,4–1,6

* В скобках дан рабочий состав ванн для цианирования.

Цианистый натрий в расплаве солей окисляется кислородом воздуха с протеканием реакций:

2NaCN + О2 ® 2NaCNO, (1)

2NaCNO + О2 ® Na2C3 + CO + 2N, (2)

2CO ® CО2 + С (3)

Полученные в результате реакций (2) атомарный азот и (3) атомарный углерод диффундируют в железо. Следует иметь в виду, что активность ванн в процессе цианирования изделий постепенно снижается. Для поддержания скорости течения процесса следует периодически добавлять в расплав цианистый натрий.

Цианирование применяется для изделий из низкоуглеродистых и низколегированных сталей и используют для повышения их поверхностной твердости, износостойкости, предела выносливости при изгибе и контактной выносливости.

Среди главных достоинств цианирования — относительно небольшая длительность процесса химико-термической обработки, малые деформации и коробления детали в ходе процесса насыщения, малые потери тепла. Главным же недостатком процесса цианирования является высокая токсичность применяемых расплавов и, следовательно, существуют экологические проблемы. Отсюда следует необходимость строительства изолированных помещений, установка в них систем вентиляции и очистки воздуха.

Термическую обработку изделий после цианирования — закалку — проводят непосредственно из ванн, а затем дают низкий отпуск при температурах порядка 180–200 °С. Твердость насыщенного слоя после термической обработки находится в пределах 58–64 HRCЭ.

Основными дефектами процессов насыщения поверхностных слоев изделий углеродом и азотом являются отслаивания; грубозернистый излом и хрупкость; магкая поверхность; крайне малая толщина насыщенной пленки и снижение твердости; повышенная хрупкость.

Отслаивания. Это явление, в основном, присуще насыщению поверхности стали углеродом и связано со слишком низкой температурой цементации, когда содержание углерода по направлению к сердцевине выравнивается очень медленно или при слишком быстром нагреве, когда содержание углерода очень резко снижается по мере удаления от поверхности изделия. Такие резкие переходы, а также очень крупное зерно в наружной зоне вызывают (за счет возникновения напряжений отрыва) отделение цементованного слоя от сердцевины изделия в виде отслаивающейся оболочки.

Грубозернистый излом и хрупкость. Грубозернистость цементованного слоя может быть обусловлена перегревом или передержкой при закалке, а также переизбытком углерода в поверхности изделия из-за слишком высокой или колеблющейся температуры цементации. Эти дефекты могут быть устранены повторной закалкой. Грубозернистость сердцевины может быть обусловлена закалкой с температуры цементации при отсутствии последующего измельчения зерна, слишком низкой температурой закалки, при использовании углеродистых и низколегированных сталей — завышенными размерами деталей, что приводит к недостаточной прокаливаемости сердцевины.

Мягкая поверхность. Мягкие пятна на поверхности цементованных изделий могут быть обусловлены рядом нарушений процесса цементации, например, возникновением пустот (в отсутствии карбюризатора) при набивке деталей в цементационный ящик, а при газовой цементации — возникновением на поверхности детали корки графита. Другими причинами локального снижения твердости цементованного слоя могут быть дефекты закалки, связанные с обезуглероживанием, недостаточной скоростью охлаждения или возникновения паровой рубашки при охлаждении с температуры закалки. Для углеродистых сталей, характеризующихся малой закаливаемостью, такой дефект может быть устранен повышением скорости охлаждения при закалке, например, охлаждением детали в растворах солей.

Сплошная мягкая пленка может образоваться на поверхности высоколегированных сталей при их переуглероживании за счет образования при нагреве под закалку поверхностного слоя аустенита, сохраняющегося до комнатных температур. Для устранения такого дефекта необходимо провести гомогенизацию и понизить температуру закалки изделия.

В случае азотирования изделий мягкая поверхность или мягкие пятна на поверхности могут вызываться азотированием необезжиренных деталей.

Повышенная хрупкость и склонность к выкрашиванию азотированного слоя может быть связана с азотированием обезуглероженной поверхности, которая могла образоваться на детали в процессе горячей обработки давлением, термической обработке. Такой слой должен быть удален с помощью механической обработки. Также следует иметь в виду, что твердость поверхности при азотировании несколько ниже твердости слоя, лежащего непосредственно под поверхностью, поэтому при азотировании высоконагруженных деталей рекомендуется провести удаление поверхностного азотированного слоя шлифовкой и притиркой до сборки конструкции.

Нарушения температурного режима при азотировании также могут привести к возникновению ряда дефектов на насыщенной поверхности изделия. Так, слишком низкая температура процесса дает крайне малую толщину насыщенной пленки, причем такой дефект не выявить обычными методами контроля (проверкой твердости азотированного слоя), однако он крайне негативно отражается на эксплуатационных свойствах изделия. Подобный дефект может быть устранен повторным азотированием при правильной температуре процесса. Завышенные температуры азотирования применимы только для быстрорежущих и нержавеющих сталей, в других случаях они приводят к снижению твердости поверхности, которая уже не может быть восстановлена повторными азотированиями.

3.4. Борирование и силицирование стали

Борирование — процесс химико-термической обработки, состоящий в диффузионном насыщении поверхностного слоя стали бором при высокотемпературной выдержке в соответствующих насыщающих средах. Это один из наиболее эффективных и универсальных процессов химико-термической обработки. Борированию могут подвергаться стали перлитного, ферритного и аустенитного классов.

Борирование может осуществляться в твердых, жидких (электролизное и безэлектролизное борирование) и газообразных средах (табл. 4). При борировании в твердых средах, обрабатываемые детали помещаются в герметически закрываемые контейнеры, называемые боризаторами. Процесс твердофазного борирования, или борирования в порошковых средах, осуществляется в вакууме или водородных средах. Жидкофазное (безэлектролизное) борирование применяют только в случае обработки деталей сложной конфигурации, а электролизное, как более экономичное широко используется для широкого спектра изделий простых форм различного назначения. В качестве анода при электролизном борировании применяют графитовые стержни, напряжение постоянного тока в процессе борирования колеблется в пределах 6–24 В. Наиболее низкотемпературным процессом борирования является химико-термическая обработка деталей в газообразных средах, однако взрывоопасность и токсичность применяемых сред ограничивает возможности этого, безусловно прогрессивного, способа химико-термической обработки.

Борирование применяют для повышения износостойкости поверхностного слоя стального изделия, в частности, при повышенных температурах, повышения его твердости и износостойкости. Изделия, подвергшиеся борированию, обладают повышенной до 800 °С окалиностойкостью и теплостойкостью до 900–950 °С. Твердость борированного слоя в сталях перлитного класса составляет 15 000–20 000 МПа.

Углерод в процессе борирования оттесняется от поверхности стали и в насыщаемой зоне образуется зона сплошных боридов, химический состав форма и структура которых напрямую зависит от химического состава стали. Углерод и легирующие элементы уменьшают глубину насыщаемого слоя, чем выше их содержание, тем меньше глубина борирования.

Таблица 4. Составы сред и режимы борирования сталей

Состав насыщающей среды	Режим борирования	Глубина слоя, мм
Т, °С	τ, ч
Борирование в твердых средах
B4C* + 2–4 % NH4Cl	950–1050	3–6	0,15–0,30
80 % B4C + 16–18 % Al2O3 + 2–4 % NH4Cl
79 % B4C + 16 % Na2B4O7 + 5 % KBF4
Борирование в жидких средах
Электролизное борирование
40 % расплавленная бура – Na2B4O7 + 50 % B2O3 + 10 % NaCl	950	2–3	0,15–0,3
Расплавленная бура – Na2B4O7	900–950	2–4	0,15–0,3
70 % Na2B4O7 + 30 % Na2SO4	600	4–6	0,015–0,025
Безэлектролизное борирование
60 % расплавленная бура – Na2B4O7 + 40 % В4С	100–1050	3–5	0,2–0,35
Около 80 % Na2B4O7 + 15–17 % NaCl + 6–7 % порошка бора	850	2–3	0,04–0,05
900–950	2–4	0,1–0,25
Борирование в газообразных средах
В2Н2, разбавленный водородом в соотношениях от 1: 25 до 1: 150	800–850	2–4	0,1–0,2
BCl3 + H2 в соотношении 1:20	750–950	3–6	0,1–0,25

Примечание:

* Карбид бора используется в порошкообразном виде.

Углерод, вытесненный из поверхностного слоя, образует собственную зону повышенной концентрации, которая располагается непосредственно за слоем боридов. По ширине такая зона оказывается значительно шире боридной и ее размеры определяются наличием или отсутствием в стали карбидообразующих элементов. Карбидообразующие элементы, резко снижая скорость диффузии углерода, уменьшают ширину слоя с повышенным содержанием углерода, некарбидообразующие практически не оказывают влияние на ее размеры.

В ряде случаев выполняется многокомпонентное борирование, когда совместно с насыщением бором дополнительно производится насыщение поверхности детали другими элементами — хромом, алюминием, кремнием и т. д. такое насыщение производится для повышения коррозионной стойкости и износостойкости поверхностного слоя детали, однако, полученные результаты повышения стойкости не так велики, чтобы эти процессы нашли широкое распространение.

Силицирование — процесс химико-термической обработки, состоящий в высокотемпературном (950–1100 °С) насыщении поверхности стали кремнием. Силицирование повышает коррозионную стойкость стали в различных агрессивных средах — морской воде, растворах кислот, увеличивает окалиностойкость изделий до 800—1000 °С. В ряде случаев силицирование используется для придания детали антифрикционных свойств. Силицирование может производиться в газообразных и жидких средах как электролизным, так и безэлектролизным методом. Основные составы насыщающих сред и режимы силицирования по данным М. Ю. Лахнина приведены в табл. 5.

Таблица 5. Составы сред и режимы силицирования сталей

Состав насыщающей среды	Режим силицирования	Глубина слоя, мм
Т, °С	τ, ч
Силицирование в газообразных средах
75 % феррокремния + 20 % Al2O3 + 5 % NH4Cl	1100–1200	6–12	0,15–0,8
SiCl4 + H2 или SiCl4 + N2	950	2–3	0,4–0,5
SiH4 + H2 или SiH4 + Ar	950	2–3	0,4–0,6
Силицирование в жидких средах
Электролизное силицирование
Расплав Na2SiO3 или 95% Na2SiO3 + 5% NaF*	1050	0,5–1,0	0,15–0,25
Безэлектролизное силицирование
35% Na2SiO3 + 15% SiC + 28% NaCl + 22% BaCl2	950–1100	2–10	0,1–0,3

Примечание:

* Плотность тока при электролизе от 2,5 до 3,0 кА/м2.

3.5 Диффузионная металлизация стали

Насыщение поверхности стали металлами в ходе их высокотемпературной химико-термической обработки в соответствующих насыщающих средах называется диффузионной металлизацией. Целью такого вида химико-термической обработки является изменение состава, структуры и свойств поверхностного слоя стали путем введения в него таких металлов, как хром, алюминий, цинк, вольфрам, ванадий, ниобий. Диффузионная металлизация, в зависимости от насыщающего элемента, может проводиться в диапазоне температур от 1400 до 700 °С. Техническое исполнение этого вида химико-термической обработки может быть вы-полнено рядом способов, например, погружением обрабатываемой детали в ванну с расплавленным металлом. Такой метод применим в том случае, когда температура плавления насыщающего металла оказывается значительно ниже температуры плавления стали. В случае необходимости насыщения поверхности стальной детали тугоплавкими металлами возможно использование погружения детали в расплавы солей насыщающего металла, насыщения поверхности детали из газовой фазы, состоящей галогенидов диффундирующего металла, диффузии насыщающего металла путем его испарения из сублимированной фазы, метода циркуляционного газового насыщения и т. п.

Подобная химико-термическая обработка может включать в себя как насыщение только одним элементом, например, насыщение поверхности детали хромом — хромирование, насыщение алюминием — алитирование, так и насыщение группой металлов — хромоалитирование (одновремен-ное насыщение хромом и алюминием), одновременное насыщение поверхности детали металлами и неметаллами — карбохромирование (насыщение поверхности углеродом и хромом). Совместное насыщение поверхности детали рядом элементов может проводиться как одновременно, так и последовательно.

В результате диффузионной металлизации в поверхности стали возникают слои высоколегированных твердых растворов диффундирующих элементов в железе, создавая принципиально иные физико-химические свойства поверхностных, защитных слоев изделия.

3.5.а Алитирование

Алитированием — называется режим химико-термической обработки, состоящей в насыщении поверхности стали алюминием в соответствующих насыщающих средах. Как правило алитирование производится при температурах 700–1100 °С. Целью алитирования является повышение окалиностойкости изделий (до 800–900 °С), коррозионной стойкости в атмосферных условиях и морской воде.

В основном, алитированию подвергаются малоуглеродистые стали (так как углерод резко снижает глубину алитированного слоя. При алитировании в течение 12 ч при 1100 °С у стали с 0,06 % углерода толщина слоя составляет 1 мм, у стали с 0,38 % углерода — менее 0,9 мм, при температуре 850 °С — 0,17 и 0,14 мм соответственно). Содержание алюминия в насыщенном слое может достигать 40–50 %, однако при превышении его концентрации 30% отмечается повышенная хрупкость слоя и для выравнивания его концентрации по сечению поверхностного слоя обычно выполняется термическая обработка. В табл. 6 приведены основные составы сред и режимов алитирования

Таблица 6.Составы сред и режимы алитирования сталей.

Состав насыщающей среды	Режим алитирования	Глубина слоя, мм
Т, °С	τ, ч
Алитирование в газообразных средах
Через алюминий или ферроалюминий пропускают соляную кислоту. Алитирование протекает за счет образования AlCl2	950–1050	2–5	0,25–0,4
Алитирование в порошковых средах*
49,5 % порошкообразного Al + 49 % Al2O3 + + до 1 % NH4Cl	950–1050	6–12	0,25–0,6
48 % ферроалюминия + + 48 % SiO2 + 4 % NH4Cl
Алитирование методом металлизации
На поверхность детали напыляют слой алюминия толщиной от 0,7 до 1,2 мм. Поверх напыленного слоя наносят слой обмазки, состоящий из 50 % графита + + 20 % жидкого стекла и 30 % SiO2	900–950	2–4	0,2–0,4
Алитирование в ваннах с расплавленным алюминием
Расплавленный алюминий (88–92 %) + + 8–12 % Fe**	680–750	0,25–1,0	0,05–0,25

Примечание:

* Приспособления для алитирования (ящики, контейнеры) подобны ящикам для цементации.

** Железо в расплав вводится во избежание растворения поверхности детали.

Так как углерод практически нерастворим в алитированном слое, то он оттесняется вглубь от поверхности детали, образуя под насыщенным алюминием слоем зону, обогащенную углеродом.

3.5.б Хромирование

Хромирование — способ химико-термической обработки, состоящий в высокотемпературном (900–1300 °С) диффузионном насыщении поверхности обрабатываемой детали хромом в насыщающих средах с целью придания ей жаростойкости (до 800 °С), коррозионной стойкости в пресной и морской воде, растворах солей и кислот, эрозионной стойкости. Диффузионное насыщение поверхности стали хромом, также уменьшает скорость ползучести материала повышает его сопротивление термическим ударам. Хромирование также повышает предел выносливости стали при комнатных и повышенных температурах, что связано с возникновением в слое сжимающих напряжений.

Хромированию подвергаются стали различных классов — ферритных, перлитных и аустенитных, сталей различного назначения.

Структура хромированного слоя напрямую зависит от содержания в стали углерода. Если в малоуглеродистых сталях этот слой обычно состоит из твердого раствора замещения хрома в a -железе, то в случае высокоуглеродистых материалов может образовываться слой карбидов, состоящий, например, для сталей с 0,8–1,0 % углерода из карбидов Сr23С6, расположенных в верхних слоях насыщенной хромом поверхности и карбида Cr7С3 лежащего ниже. Под карбидными слоями располагается эвтектоидный слой, состоящий из троостита и карбида Cr7С3. Кроме углерода на параметры хромированного слоя влияет легирующий комплекс стали. Все карбидообразующие элементы — вольфрам, молибден, титан, ванадий и т. д. — увеличивают глубину хромированного слоя; элементы, расширяющие аустенитную область, — никель, кобальт — уменьшают глубину хромирования. Это связано с особенностями диффузии хрома в a -Fe и g -Fe. С одной стороны, скорость диффузии атомов хрома в a -железе значительно выше, чем в аустените, с другой, — при легировании вольфрамом, молибденом и другими карбидообразующими элементами содержание хрома в стали в исходном, до химико-термической обработки, состоянии превосходит его концентрацию в сталях углеродистых или легированных, например только никелем.

Твердость насыщенной хромом поверхности у средне- и высокоуглеродистых сталей, то есть тогда, когда хром в поверхности находится в виде слоя карбидов, составляет 12 000–13 000 МПа. Твердость хромированного слоя у низкоуглеродистых сталей, когда хром находится в твердом растворе, не превышает 1500–3000 МПа.

В табл. 7 приведены основные составы сред и режимов хромирования. Наиболее широко применяется метод диффузионного хромирования в порошках, содержащих хром или феррохром и активные добавки в виде галогенидов аммония (контактный метод). При этом подвергающиеся химико-термической обработке детали укладываются в специальные контейнеры (ящики) с двойными крышками для повышения герметичности и подвергаются высокотемпературным нагревам в соответствующих (табл.7) смесях в течение 6–12 ч. Особо широкое применение этого метода объясняется простотой применяемого оборудования, отсутствием необходимости создания специальных производств и участков.

Таблица 7. Составы сред и режимы хромирования сталей

Состав насыщающей среды	Режим хромирования	Глубина слоя, мм
Т, °С	τ, час
Хромирование в порошковых средах (газовый метод)
50 % феррохрома или хрома + Al2O3 + + 1–2 % NH4Cl (или NH4I или NH4Br или NH4F); 5–10 % CrCl2 + + 90 % Al2O3	1000–1050	6–12	0,1–0,15 (0,01–0,03)*
Хромирование в вакууме (парогазовый метод)
Порошок хрома, образующий в вакууме при высоких температурах паровую фазу	1050–1100	4–15	0,05–0,25 (0,01–0,04)
Газовое хромирование (неконтактный метод)
CrCl2 + H2	1000–1050	6–12	0,1–0,2 (0,02–0,05)
Галогениды типа CrCl2, CrF2, CrI2, CrCl3 и др.
Хромирование в керамической массе (газовый метод, контактный способ)
Пористый фарфор, пеношамотный кирпич или глина, поры которых наполнены хлоридами хрома, а также хромом или феррохромом	1050	5–6	0,1–0,2
Жидкое хромирование
Расплавы солей BaCl2, MgCl2, NaCl, CaCl2 и др., к которым добавляют CrCl2 в количестве 15–20 % от массы нейтральных солей, или 20–25 % от массы нейтральных солей феррохрома, обработанного соляной кислотой	1000–1100	1–6	0,05–0,3

Вакуумное хромирование производится путем осаждения паров хрома на поверхность обрабатываемой детали разогретой до температур 1000–1100 °С при остаточном давлении 10–2–10–3 мм рт. ст. Этот метод привлекателен тем, что не требует в ходе химико-термической обработки применения агрессивных веществ, позволяет получать наиболее высококачественные поверхности деталей и может применяться для производства деталей ответственного назначения.

Газовое неконтактное хромирование ведется в ретортах, в печах с вращающейся ретортой или шахтных печах, в специальных контейнерах с нагревом в обычных нагревательных печах. Нагрев деталей осуществляется до температур порядка 1000–1100 °С в нейтральной или восстановительной среде или вакууме при остаточном давлении 10–3–10–5 мм рт. ст. В процессе химико-термической обработки через слой порошкообразного хрома или феррохрома пропускают соляную кислоту НСl или (НСl + Н2), или газообразный Сl2 — хромирование осуществляется за счет переноса атомов хрома соединением СrСl2. Кроме хлорида хрома могут быть использованы его другие галогениды, в частности, одной из лучших сред для газового хромирования считается иодид хрома — CrI2.

Кроме однокомпонентного насыщения поверхности стали хромом достаточно широкое применение нашли процессы совместного насыщения: углеродом и хромом — карбохромирование, хромом и кремнием — хромосилицирование, хромом и алюминием — хромоалитирование.

Карбохромирование — это процесс последовательного насыщения поверхности детали углеродом, а затем хромом, способствующий повышению твердости, износо- и жаропрочности, коррозионной стойкости материала. Режимы и способы данной химико-термической обработки соответ-ствуют режимам и способам цементации и хромирования изделий.

Хромосилицирование — это одновременное насыщение поверхности детали хромом и кремнием. Температура хромосилицирования составляет, в зависимости от состава обрабатываемого материала и способа хромосилицирования, 900–1200 °С. Детали, подвергшиеся хромосилицированию, по сравнению с хромированными деталями, обладают повышенной окалиностойкостью и кислотостойкостью, повышенным сопротивлением эрозии в области высоких температур.

Хромоалитирование — это совместное или последовательное насыщение поверхности детали хромом и алюминием. Температура процесса находится в пределах 900–1200 °С. Хромоалитирование проводится для создания в поверхности детали слоев с повышенной, по отношению к хромированным деталям, жаростойкостью, достигающей 900 °С, и эрозионной стойкостью. В зависимости от требований, предъявляемых к обрабатываемому изделию, и меняя состав насыщающей среды, возможно получение хромоалитированных слоев в различными соотношениями в концентрациях диффундирующих элементов.

3.5.в Титанирование

Титанирование — процесс диффузионного насыщения поверхности сталей титаном. Насыщение осуществляется при температурах порядка 1100 °С, глубина насыщения обычно не превышает 0,3 мм. С помощью титанирования стальным деталям придается исключительно высокая коррозионная стойкость, характерная для титана главным образом в средах различных кислот. Титанирование может проводиться в твердых (порошкообразных), жидких и газообразных насыщающих средах. Процесс по технологическим и химическим особенностям близок к хромированию — так же, как при хромировании, в поверхностных слоях малоуглеродистых сталей в процессе насыщения их титаном создается a -твердый раствор титана в железе, который содержит до 30 % титана. Также возможно образование в поверхностном слое сталей интерметаллидного соединения TiFе2. В сталях с высоким содержанием углерода в поверхностных слоях дополнительно образуются карбидные соединения, резко повышающие твердость насыщенного слоя.

3.5.г Цинкование

Цинкование — процесс диффузионного насыщения поверхности детали цинком. Химико-термические методы цинкования включают в себя горячее цинкование или цинкование погружением, цинкование в порошке цинка — шерардизация, цинкование в парах цинка. Кроме этих методов используется электролитическое цинкование, металлизация напылением и нанесение цинкосодержащих красок. Цинкование — процесс, способствующий резкому повышению коррозионной стойкости. Повышение коррозионной стойкости при цинковании стальных деталей достигается за счет двух химических процессов: цинк, по отношению к железу являясь электроположительным металлом, тормозит коррозию поверхности детали. Под воздействием атмосферной влаги на цинкованной поверхности стальной детали образуется слой карбонатов и оксидов цинка, оказывающий также защитное действие. Температура цинкования зависит от способа проведения операции. Так, при цинковании в порошках температура процесса колеблется в пределах 370–430 °С, при цинковании погружением — 430–470 °С. Также широк интервал времен выдержек при цинковании. Если при цинковании в порошковых смесях слой толщиной около 0,1 мм достигается в среднем за 10 часов, то при цинковании погружением толщину слоя в 0,3 мм получают в первые 10 секунд процесса.

Цинкование в парах цинка осуществляется в восстановительной среде водорода при температурах 850–880 °С и давлении около 80 мм водяного столба. Время такого процесса достаточно велико и обычно составляет десятки часов. Толщина полученных слоев обычно не превышает 0,1–0,2 мм.

В зависимости от режима насыщения в диффузионном слое на поверхности железа может образоваться η-фаза (твердый раствор железа в цинке), далее слой интерметаллидных фаз FeZn13, FeZn7, Fe3Zn10, а ближе к сердцевине — твердый раствор цинка в железе.

Для повышения коррозионной стойкости различных изделий (листы, трубы, проволока, посуда, аппаратура для получения спиртов, холодильников, газовых компрессоров и т. д.) чаще применяют цинкование путем погружения изделий в расплав цинка.

4.Заключение

В данной работе я рассмотрел понятия термической и химико-термическая обработки сплавов

Термическую обработку применяют для изменения механических свойств и структуры металлов и сплавов. Основные способы термической обработки – это отжиг, закалка и отпуск. Выбор того или иного способа термической обработки зависит от состава сплава и тех свойств которые хотим получить, на основании анализа диаграмм состояния. Также необходимо учитывать динамику изменений структуры материалов.

К химико-термической обработке относятся такие виды обработки сплавов, как: цементация, азотирование, нитроцементация, цианирование, борирование, силицирование, диффузионная металлизация стали и др.

Одним из наиболее эффективных и универсальных процессов химико-термической обработки является борирование.

Изделия, подвергшиеся борированию, обладают повышенной до 800 °С окалиностойкостью и теплостойкостью до 900–950 °С. Твердость борированного слоя в сталях перлитного класса составляет 15 000–20 000 МПа.

Список используемой литературы

1. Волосатов В.А. Справочник по электрохимическим и электрофизическим методам обработки – М: Политехника, 1988. -265 с.

2. Каменичный И.С Краткий справочник технолога-термиста – М: Оборонгиз, 1963. -298 с.

3. Лахтин Ю.М., Рахштадт А.Г.Термическая обработка в машиностроении – М: ОЛМА-ПРЕСС, 1980. -426 с.

4. Сальников С.П. Краткий справочник машиностроителя – М: Машиностроение, 2001. -312 с.

5. Соломенцева Ю.М. Основы автоматизации машиностроительного производства – М: Машиностроение, 1999. -361 с.

6. Шаврин О.И. Технология и оборудование термомеханической обработки деталей машин – С-П: Символ-Плюс, 1996. -502 с.

7. www.naukaspb.ru

8. www.ucheba.ru

9. www.erudition.ru

10. www.chemport.ru

11 Травин О.В., Травина Н.Т. Материаловедение. – М.: Металлургия, 1989. – 360 с.

12. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение: Учебник для машиностроительных вузов – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1980. – 493 с.

Источник

Введение

Термическую обработку применяют на различных стадиях производства деталей машин и металлоизделий. В одних случаях она может быть промежуточной операцией, служащей для улучшения обрабатываемости сплавов давлением, резанием, в других – является окончательной операцией, обеспечивающей необходимый комплекс показателей механических, физических и эксплуатационных свойств изделий или полуфабрикатов. Полуфабрикаты подвергают термической обработке для улучшения структуры, снижения твердости (улучшения обрабатываемости), а детали – для придания им определенных, требуемых свойств (твердости, износостойкости, прочности и других).

В результате термической обработки свойства сплавов могут быть изменены в широких пределах. Возможность значительного повышения механических свойств после термической обработки по сравнению с исходным состоянием позволяет увеличить допускаемые напряжения, уменьшить размеры и массу машин и механизмов, повысить надежность и срок службы изделий. Улучшение свойств в результате термической обработки позволяет применять сплавы более простых составов, а поэтому более дешевые. Сплавы приобретают также некоторые новые свойства, в связи с чем расширяется область их применения.

Назначение и виды термической обработки

Термической (тепловой) обработкой называются процессы, сущность которых заключается в нагреве и охлаждении изделий по определенным режимам, в результате чего происходят изменения структуры, фазового состава, механических и физических свойств материала, без изменения химического состава.

Назначение термической обработки металлов – получение требуемой твердости, улучшение прочностных характеристик металлов и сплавов. Термическая обработка подразделяется на термическую, термомеханическую и химико-термическую. Термическая обработка – только термическое воздействие, термомеханическая – сочетание термического воздействия и пластической деформации, химико-термическая – сочетание термического и химического воздействия. Термическая обработка, в зависимости от структурного состояния, получаемого в результате ее применения, подразделяется на отжиг (первого и второго рода), закалку и отпуск.

Отжиг

Нужна помощь в написании курсовой?

Мы — биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Цена курсовой

Отжиг – термическая обработка заключающаяся в нагреве металла до определенных температур, выдержка и последующего очень медленного охлаждения вместе с печью. Применяют для улучшения обработки металлов резанием, снижения твердости, получения зернистой структуры, а также для снятия напряжений, устраняет частично (или полностью) всякого рода неоднородности, которые были внесены в металл при предшествующих операциях (механическая обработка, обработка давлением, литье, сварка), улучшает структуру стали.

Отжиг первого рода. Это отжиг при котором не происходит фазовых превращений, а если они имеют место, то не оказывают влияния на конечные результаты, предусмотренные его целевым назначением. Различают следующие разновидности отжига первого рода: гомогенизационный и рекристаллизационный.

Гомогенизационный – это отжиг с длительной выдержкой при температуре выше 950ºС (обычно 1100–1200ºС) с целью выравнивания химического состава.

Рекристаллизационный – это отжиг наклепанной стали при температуре, превышающей температуру начала рекристаллизации, с целью устранения наклепаи получение определенной величины зерна.

Отжиг второго рода. Это отжиг, при котором фазовые превращения определяют его целевое назначение. Различают следующие виды: полный, неполный, диффузионный, изотермический, светлый, нормализованный (нормализация), сфероидизирующий (на зернистый перлит).

Полный отжиг производят путем нагрева стали на 30–50 °С выше критической точки, выдержкой при этой температуре и медленным охлаждением до 400–500 °С со скоростью 200 °С в час углеродистых сталей, 100 °С в час для низколегированных сталей и 50 °С в час для высоколегированных сталей. Структура стали после отжига равновесная, устойчивая.

Неполный отжиг производится путем нагрева стали до одной из температур, находящейся в интервале превращений, выдержкой и медленным охлаждением. Неполный отжиг применяют для снижения внутренних напряжений, понижения твердости и улучшения обрабатываемости резанием

Диффузионный отжиг. Металл нагревают до температур 1100–1200ºС, так как при этом более полно протекают диффузионные процессы, необходимые для выравнивания химического состава.

Нужна помощь в написании курсовой?

Заказать курсовую

Изотермический отжиг заключается в следующем: сталь нагревают, а затем быстро охлаждают (чаще переносом в другую печь) до температуры, находящейся ниже критической на 50–100ºС. В основном применяется для легированных сталей. Экономически выгоден, так как длительность обычного отжига (13 – 15) ч, а изотермического отжига (4 – 6) ч

Сфероидизирующий отжиг (на зернистый перлит) заключается в нагреве стали выше критической температуры на 20 – 30 °С, выдержке при этой температуре и медленном охлаждении.

Светлый отжиг осуществляется по режимам полного или неполного отжига с применением защитных атмосфер ил в печах с частичным вакуумом. Применяется с целью защиты поверхности металла от окисления и обезуглероживания.

Нормализация – заключается в нагреве металла до температуры на (30–50) ºС выше критической точки и последующего охлаждения на воздухе. Назначение нормализации различно в зависимости от состава стали. Вместо отжига низкоуглеродистые стали подвергают нормализации. Для среднеуглеродистых сталей нормализацию применяют вместо закалки и высокого отпуска. Высокоуглеродистые стали подвергают нормализации с целью устранения цементитной сетки. Нормализацию с последующим высоким отпуском применяют вместо отжига для исправления структуры легированных сталей. Нормализация по сравнению с отжигом – более экономичная операция, так как не требует охлаждения вместе с печью.

Закалка

Закалка – это нагрев до оптимальной температуры, выдержка и последующее быстрое охлаждение с целью получения неравновесной структуры.

В результате закалки повышается прочность и твердость и понжается пластичность стали. Основные параметры при закалке – температура нагрева и скорость охлаждения. Критической скоростью закалки называется скорость охлаждения, обеспечивающая получение структуры – мартенсит или мартенсит и остаточный аустенит.

В зависимости от формы детали, марки стали и требуемого комплекса свойств применяют различные способы закалки.

Нужна помощь в написании курсовой?

Цена курсовой

Закалка в одном охладителе. Деталь нагревают до температуры закалки и охлаждают в одном охладителе (вода, масло).

Закалка в двух средах (прерывистая закалка) – это закалка при которой деталь охлаждают последовательно в двух средах: первая среда – охлаждающая жидкость (вода), вторая – воздух или масло.

Ступенчатая закалка. Нагретую до температуры закалки деталь охлаждают в расплавленных солях, после выдержки в течении времени необходимого для выравнивания температуры по всему сечению, деталь охлаждают на воздухе, что способствует снижению закалочных напряжений.

Изотермическая закалка так же, как и ступенчатая, производится в двух охлаждающих средах. Температура горячей среды (соляные, селитровые или щелочные ванны) различна: она зависит от химического состава стали, но всегда на 20–100 °С выше точки мартенситного превращения для данной стали. Окончательное охлаждение до комнатной температуры производится на воздухе. Изотермическая закалка широко применяется для деталей из высоколегированных сталей. После изотермической закалки сталь приобретает высокие прочностные свойства, то есть сочетание высокой вязкости с прочностью.

Закалка с самоотпуском имеет широкое применение в инструментальном производстве. Процесс состоит в том, что детали выдерживаются в охлаждающей среде не до полного охлаждения, а в определенный момент извлекаются из нее с целью сохранения в сердцевине детали некоторого количества тепла, за счет которого производится последующий отпуск.

Отпуск

Отпуск стали является завершающей операцией термической обработки, формирующей структуру, а следовательно, и свойства стали. Отпуск заключается в нагреве стали до различных температур (в зависимости от вида отпуска, но всегда ниже критической точки), выдержке при этой температуре и охлаждении с разными скоростями. Назначение отпуска – снять внутренние напряжения, возникающие в процессе закалки, и получить необходимую структуру.

В зависимости от температуры нагрева закаленной детали различают три вида отпуска: высокий, средний и низкий.

Нужна помощь в написании курсовой?

Подробнее

Высокий отпуск производится при температурах нагрева выше 350–600 °С, но ниже критической точки; такой отпуск применяется для конструкционных сталей.

Средний отпуск производится при температурах нагрева 350 – 500 °С; такой отпуск широко применяется для пружинной и рессорной сталей.

Низкий отпуск производится при температурах 150–250 °С. Твердость детали после закалки почти не изменяется; низкий отпуск применяется для углеродистых и легированных инструментальных сталей, для которых необходимы высокая твердость и износостойкость.

Контроль отпуска осуществляется по цветам побежалости, появляющимся на поверхности детали.

Старение

Старение – это процесс изменения свойств сплавов без заметного изменения микроструктуры. Известны два вида старения: термическое и деформационное.

Термическое старение протекает в результате изменения растворимости углерода в железе в зависимости от температуры.

Если изменение твердости, пластичности и прочности протекает при комнатной температуре, то такое старение называется естественным.

Нужна помощь в написании курсовой?

Цена курсовой

Если же процесс протекает при повышенной температуре, то старение называется искусственным.

Деформационное (механическое) старение протекает после холодной пластической деформации.

Обработка холодом

Новый вид термической обработки, для повышения твердости стали путем перевода остаточного аустенита закаленной стали в мартенсит. Это выполняется при охлаждении стали до температуры нижней мартенситной точки.

Методы поверхностного упрочнения

Поверхностной закалкой называют процесс термической обработки, представляющий собой нагрев поверхностного слоя стали до температуры выше критической и последующее охлаждение с целью получения в поверхностном слое структуры мартенсита.

Различают следующие виды: индукционная закалка; закалка в электролите, закалка при нагреве токами высокой частоты(ТВЧ), закалка с газопламенным нагревом.

Индукционная закалка основана на физическом явлении, сущность которого заключается в том, что электрический ток высокой частоты, проходя по проводнику, создает вокруг него электромагнитное поле. На поверхности детали, помещенной в этом поле, индуцируются вихревые токи, вызывая нагрев металла до высоких температур. Это обеспечивает возможность протекания фазовых превращений.

Нужна помощь в написании курсовой?

Заказать курсовую

В зависимости от способа нагрева индукционная закалка подразделяется на три вида:

одновременный нагрев и закалка всей поверхности (используется для мелких деталей);

последовательный нагрев и закалка отдельных участков (используется для коленчатых валов и подобных им деталей);

непрерывно-последовательный нагрев и закалка перемещением (используется для длинных деталей).

Газопламенная закалка. Процесс газопламенной закалки заключается в быстром нагреве поверхности детали ацетилено-кислородным, газокислородным или кислородно-керосиновым пламенем до температуры закалки с последующим охлаждением водой или эмульсией.

Закалка в электролите. Процесс закалки в электролите заключается в следующем: в ванну с электролитом (5–10% раствор кальцинированной соли) опускают закаливаемую деталь и пропускают ток напряжением 220–250 В. В результате чего происходит нагрев детали до высоких температур. Охлаждение детали производят или в том же электролите (после выключения тока) или в специальном закалочном баке.

Термомеханическая обработка

Термомеханическая обработка (Т.М.О.) – новый метод упрочнения металлов и сплавов при сохранении достаточной пластичности, совмещающий пластическую деформацию и упрочняющую термическую обработку (закалку и отпуск). Различают три основных способа термомеханической обработки.

Нужна помощь в написании курсовой?

Заказать курсовую

Низкотемпературная термомеханическая обработка (Н.Т.М.О) основана на ступенчатой закалке, то есть пластическая деформация стали осуществляется при температурах относительной устойчивости аустенита с последующей закалкой и отпуском.

Высокотемпературная термомеханическая обработка (В.Т.М.О) при этом пластическую деформацию проводят при температурах устойчивости аустенита с последующей закалкой и отпуском.

Предварительная термомеханическая обработка (П.Т.М.О) деформация при этом может осуществляться при температурах Н.Т.М.О и В.Т.М.О или при температуре 20ºС. Далее осуществляется обычная термическая обработка: закалка и отпуск.

Назначение и виды химико-термической обработки

Химико-термической обработкой называют процесс, представляющий собой сочетание термического и химического воздействия с целью изменения состава, структуры и свойств поверхностного слоя стали.

Цель химико-термической обработки: повышение поверхностной твердости, износостойкости, предела выносливости, коррозионной стойкости, жаростойкости (окалиностойкости), кислотоустойчивости.

Наибольшее применение в промышленности получили следующие виды химико-термической обработки: цементация; нитроцементация; азотирование; цианирование; диффузионная металлизация.

Цементация – это процесс поверхностного насыщения углеродом, произведенный с целью поверхностного упрочнения деталей.

Нужна помощь в написании курсовой?

Заказать курсовую

В зависимости от применяемого карбюризатора цементация подразделяется на три вида: цементация твердым карбюризатором; газовая цементация (метан, пропан, природный газ).

Газовая цементация. Детали нагревают до 900–950ºС в специальных герметически закрытых печах, в которые непрерывным потоком подают цементующий углеродосодержащий газ [естественный (природный) или искусственный].

Процесс цементации в твердом карбюризаторе заключается в следующем. Детали, упакованные в ящик вместе с карбюризатором (смесь древесного угля с активизатором), нагревают до определенной температуры и в течении длительного времени выдерживают при этой температуре, затем охлаждают и подвергают термической обработке.

Цементации любым из рассмотренных выше способов подвергаются детали из углеродистой и легированной стали с содержанием углерода не более 0,2%. Цементация легированных сталей, содержащих карбидообразующие элементы Cr, W, V, дает особо хорошие результаты: у них, кроме повышения поверхностной твердости и износостойкости, увеличивается также предел усталости.

Азотирование – это процесс насыщения поверхностного слоя различных металлов и сплавов, стальных изделий или деталей азотом при нагреве в соответствующей среде. Повышается твердость поверхности изделия, выносливости, износостойкости, повышение коррозионной стойкости.

Цианирование – .насыщение поверхностного слоя изделий одновременно углеродом и азотом.

В зависимости от используемой среды различают цианирование: в твердых средах; в жидких средах; в газовых средах.

В зависимости от температуры нагрева цианирование подразделяется на низкотемпературное и высокотемпературное.

Нужна помощь в написании курсовой?

Подробнее

Цианирование в жидких средах производят в ваннах с расплавленными солями.

Цианирование в газовых средах (нитроцементация). Процесс одновременного насыщения поверхности детали углеродом и азотом. Для этого детали нагревают в среде, состоящей из цементующего газа и аммиака, то есть нитроцементация совмещает в себе процессы газовой цементации и азотирования.

Диффузионное насыщение металлами и металлоидами

Существуют и применяются в промышленности способы насыщения поверхности деталей различными металлами (алюминием, хромом и др.) и металлоидами (кремнием, бором и др.) Назначение такого насыщения – повышение окалиностойкости, коррозионностойкости, кислотостойкости, твердости и износостойкости деталей. В результате поверхностный слой приобретает особые свойства, что позволяет экономить легирующие элементы.

Алитирование – процесс насыщения поверхностного слоя стали алюминием для повышения жаростойкости (окалиностойкости) и сопротивления атмосферной коррозии.

Алитирование проводят в порошкообразных смесях, в ваннах с расплавленным алюминием, в газовой среде и распыливанием жидкого алюминия.

Хромирование – процесс насыщения поверхностного слоя стали хромом для повышении коррозионной стойкости и жаростойкости, а при хромировании высокоуглеродистых сталей – для повышения твердости и износостойкости.

Силицирование – процесс насыщения поверхностного слоя детали кремнием для повышения коррозионной стойкости и кислотостойкости. Силицированию подвергают детали из низко- и среднеуглеродистых сталей, а также из ковкого и высокопрочного чугунов.

Нужна помощь в написании курсовой?

Подробнее

Борирование – процесс насыщения поверхностного слоя детали бором. Назначение борирования – повысить твердость, сопротивление абразивному износу и коррозии в агрессивных средах, теплостойкость и жаростойкость стальных деталей. Существует два метода борирования: жидкостное электролизное и газовое борирование.

Сульфидирование – процесс насыщения поверхностного слоя стальных деталей серой для улучшения противозадирных свойств и повышения износостойкости деталей.

Сульфоцианирование – процесс поверхностного насыщения стальных деталей серой, углеродом и азотом. Совместное влияние серы и азота в поверхностном слое металла обеспечивает более высокие противозадирные свойства и износостойкость по сравнению насыщение только серой.

Термическая обработка чугуна

Термическую обработку чугунов проводят с целью снятия внутренних напряжений, возникающих при литье и вызывающих с течением времени изменения размеров и формы отливки, снижения твердости и улучшения обрабатываемости резанием, повышения механических свойств. Чугун подвергают отжигу, нормализации, закалке и отпуску, а также некоторым видам химико-термической обработки (азотированию, алитированию, хромированию).

Отжиг для снятия внутренних напряжений. Этому отжигу подвергают чугуны при следующих температурах: серый чугун с пластинчатым графитом 500 – 570ºС; высокопрочный чугун с шаровидным графитом 550 – 650ºС; низколегированный чугун 570 – 600ºС; высоколегированный чугун 620 – 650ºС. При этом отжиге фазовых превращении не происходит, а снимаются внутренне напряжения, повышается вязкость, исключается коробление и образование трещин в процессе эксплуатации.

Смягчающий отжиг (отжиг графитизирующий низкотемпературный). Проводят для улучшения обрабатываемости резанием и повышения пластичности. Его осуществляют продолжительной выдержкой при 680 – 700ºС или медленным охлаждением отливок при 760 – 700ºС. Для деталей сложной конфигурации охлаждение медленное, а для деталей простой формы – ускоренное.

Отжиг графитизирующий, в результате которого из белого чугуна получают ковкий чугун.

Нужна помощь в написании курсовой?

Заказать курсовую

Нормализацию применяют для увеличения связанного углерода, повышения твердости, прочности и износостойкости серого, ковкого и высокопрочного чугунов. При нормализации чугун (отливки) нагревают выше температур интервала превращения 850 – 950ºС и после выдержки, охлаждают на воздухе.

Закалке подвергают серый, ковкий и высокопрочный чугун для повышения твердости, прочности и износостойкости. По способу выполнения закалка чугуна может быть объемной непрерывной, изотермической и поверхностной.

При объемной непрерывной закалке чугун нагревают до температуры 850 – 950ºС. Затем выдерживают для прогрева и полного растворения углерода. Охлаждение осуществляют в воде или масле. После закалки проводят отпуск при температуре 200 – 600ºС. В результате повышается твердость, прочность и износостойкость чугуна.

При изотермической закалке чугуны нагревают так же, как и при объемной непрерывной закалке, выдерживают от 10 до 90 минут и охлаждают в расплавленной соли при 200 – 400ºС, и после выдержки охлаждают на воздухе.

Поверхностная закалка с нагревом поверхностного слоя кислородно – ацетиленовым пламенем, токами высокой частоты или в электролите. Температура нагрева 900 – 1000ºС. Охлаждение в воде, масле или масляной эмульсии.

Старение применяют для стабилизации размеров литых чугунных деталей, предотвращения коробления и снятия внутренних напряжений. Обычно старении проводят после грубой механической обработки. Различают два вида старения: естественное и искусственное.

Естественное старении осуществляется на открытом воздухе или в помещении. Изделия после литья выдерживаются в течении 6 – 15 месяцев.

Искусственное старение осуществляется при повышенных температурах; длительность – несколько часов. При искусственном старении отливки чугуна загружают в печь, нагретую до 100 – 200º С, нагревают до температуры 550 – 570ºС со скоростью 30 – 60ºС в час, выдерживаю 3 – 5 часов и охлаждают вместе с печью со скоростью 20 – 40ºС в час до температуры 150 – 200ºС, а затем охлаждают на воздухе.

Нужна помощь в написании курсовой?

Заказать курсовую

Химико-термическая обработка чугуна

Для повышения поверхностной твердости и износостойкости серые чугуны подвергают азотированию. Чаще азотируют серые перлитные чугуны, легированные хромом, молибденом, алюминием. Температура азотирования 550 – 580ºС, время выдержки 30 – 70 часов. Кроме азотирования, повышения поверхностной твердости и износостойкости легированного серого перлитного чугуна можно достигнуть газовым и жидкостным цианированием при температуре 570ºС. Для повышения жаростойкости чугунные отливки можно подвергать алитированию, а для получения высокой коррозионной стойкости в кислотах – силицированию.

Термическая обработка сплавов цветных металлов

Алюминиевые сплавы

Алюминиевые сплавы подвергаются трем видам термической обработки: отжигу, закалке и старению. Основными видами отжига являются: диффузионный, рекристаллизационный и термически упрочненных сплавов.

Гомогенизацию применяют для выравнивания химической микронеоднородности зерен твердого раствора. Для выполнения гомогенизации алюминиевые сплавы нагревают до 450 – 520ºС и выдерживают при этих температурах от 4 до 40 часов; после выдержки – охлаждение вместе с печью или на воздух. В результате этого структура становится более однородной и повышается пластичность.

Рекристаллизационный отжиг для алюминия и сплавов на ег основе применяют гораздо шире, чем для стали. Это объясняется тем, что такие металлы, как алюминий и медь, а так же многие сплавы на их основе, не упрочняются закалкой и повышение механических свойств может быть достигнуто только холодной обработкой давлением, а промежуточной операцией при такой обработке является рекристаллизационный отжиг. Температура рекристаллизационного отжига алюминиевых сплавов 300 – 500ºС выдержка 0,5 – 2 часа.

Отжиг термически упрочненных сплавов применяют для полного снятия упрочнения, он проводится при температурах 350 – 450ºС с выдержкой 1 – 2 часа и последующим достаточно медленным охлаждением.

Нужна помощь в написании курсовой?

Заказать курсовую

После закалки прочность сплава несколько повышается, а пластичность не изменяется. После закалки алюминиевые сплавы подвергают старению, при котором происходит распад пересыщенного твердого раствора.

Деформируемые алюминиевые сплавы

В закаленном состоянии дуралюмины пластичны и легко деформируются. После закалки и естественного или искусственного старения прочность дуралюмина резко повышается.

Литейные алюминиевые сплавы

Для литейных алюминиевых сплавов используют различные виды термической обработки в зависимости от химического состава. Для упрочнения литейные алюминиевые сплавы подвергают закалке с получением пересыщенного твердого раствора и искусственному старению, а также только закалке без старения с получением в закаленном состоянии устойчивого твердого раствора.

Магниевые сплавы

Магниевые сплавы, так же как и алюминиевые, подвергают отжигу, закалке и старению. Для выравнивания химической микронеоднородности зерен твердого раствора путем диффузии слитки магниевых сплавов подвергают гомогенизации при температурах 350 – 400ºС с выдержкой 18 – 24 часа. Полуфабрикаты деформируемых магниевых сплавов подвергают рекристаллизационному отжигу при температуре ≈ 350ºС, а также при боле низких температурах 150 – 250ºС отжигу для снятия остаточных напряжений.

Магниевые сплавы подвергают закалке, или закалке и искусственному старению. При температуре 20С в закаленных магниевых сплавах никаких изменений не происходит, то есть они не подвержены естественному старению.

Нужна помощь в написании курсовой?

Подробнее

Медь и медные сплавы

Термическая обработка меди. Деформирование меди сопровождается повышением ее прочности и понижением пластичности. Для повышения пластичности медь подвергают рекристаллизационному отжигу при 500 – 600ºС, в результате которого пластичность резко повышается, а прочность снижается.

Термическая обработка латуней. Они подвергаются только рекристаллизационному отжигу при 600 – 700ºС (для снятия наклепа). Охлаждают латуни при отжиге на воздухе или для ускорения охлаждения и лучшего отделения окалины в воде. Для латунных деталей, имеющих после деформации остаточные напряжения, в условиях влажной атмосферы характерно явление самопроизвольного растрескивания. Чтобы этого избежать латунные детали подвергают низкотемпературному отжигу при 200 – 300 С, в результате чего остаточные напряжения снимаются, а наклеп остается. Низкотемпературному отжигу особенно необходимо подвергать алюминиевые латуни, которые склонны к самопроизвольному растрескиванию.

Термическая обработка бронз. Для выравнивания химического состава бронзы подвергают гомогенизации при 700 – 750ºС с последующим быстрым охлаждением. Для снятия внутренних напряжений отливки отжигают при 550ºС. Для восстановления пластичности между операциями холодной обработки давлением подвергают рекристаллизационному отжигу при 600 – 700ºС.

Алюминиевые бронзы с содержанием алюминия от 8 до 11%, испытывающие при нагреве и охлаждении фазовую перекристаллизацию, могут подвергаться закалке. В результате закалки повышается прочность и твердость, но снижается пластичность. После закалки следует отпуск при 400 – 650º С в зависимости о требуемых свойств. Также подвергают гомогенизации, а деформируемые полуфабрикаты – рекристаллизационному отжигу при 650 – 800ºС.

Бериллиевую бронзу закаливают в воде от температуры 760 – 780ºС; при это избыточная фаза выделиться не успевает, и после закалки сплав состоит из пересыщенного твердого раствора и обладает небольшой твердостью и прочностью и большой пластичностью. После закалки проводится отпуск (старение) при 300 – 350ºС выдержкой 2 часа. Для повышения устойчивости пересыщенного твердого раствора и облегчения закалки бериллиевые бронзы дополнительно легируют никелем.

Титановые сплавы

Титановые сплавы подвергают рекристаллизационному отжигу и отжигу с фазовой перекристаллизацией, атак же упрочнению термической обработкой – закалкой и старением. Для повышения износостойкости и задиростойкости титановые сплавы подвергают азотированию, цементации или окислению.

Нужна помощь в написании курсовой?

Заказать курсовую

Рекристаллизационный отжиг применяют для титана и сплавов для снятия наклепа после холодной обработки давлением. Температура рекристаллизационного отжига 520 – 850ºС в зависимости от химического состава сплава и вида полуфабриката.

Отжиг с фазовой перекристаллизацией применяют с целью снижения твердости, повышения пластичности, измельчения зерна, устранения структурной неоднородности. Применяют простой, изотермический и двойной отжиг; температура нагрева при отжиге 750 – 950ºС в зависимости от сплава.

При изотермическом отжиге после выдержки при температуре отжига детали охлаждают до 500 – 650ºС (в зависимости от сплава) в той же печи иди переносят в другую печь и выдерживают определенное время, и охлаждают на воздухе. При изотермическом отжиге сокращается продолжительность отжига, а пластичность получается более высокой.

При двойном отжиге детали нагревают до температуры отжига, выдерживают и охлаждают на воздухе. Затем повторно нагреваю до 500 – 650ºС, выдерживают и охлаждают на воздухе. Двойной отжиг по сравнению с изотермическим повышает предел прочности при незначительном снижении пластичности и сокращает длительность обработки.

Из всех видов химико-термической обработки титановых сплавов наибольшее распространение получило азотирование, осуществляемое в среде азота или в смеси азота и аргона при температурах 850 – 950 С в течении 10 – 50 часов. Детали из титановых сплавов после азотирования обладают хорошими антифрикционными свойствами.

Заключение

Термическая обработка является одной из основных, наиболее важных операций общего технологического цикла обработки, от правильного выполнения которой зависит качество (механические и физико-химические свойства) изготовляемых деталей машин и механизмов, инструмента и другой продукции. Разработаны и рационализированы технологические процессы термической обработки серых и белых чугунов, сплавов цветных металлов

Перспективным направлением совершенствования технологии термической обработки является установка агрегатов для термической обработки в механических цехах, создание автоматических линий с включением в них процессов термической обработки, а также и разработка методов, обеспечивающих повышение прочностных свойств деталей, их надежности и долговечности.

Нужна помощь в написании курсовой?

Заказать курсовую

Литература

Б.В. Захаров. В.Н. Берсенева «Прогрессивные технологические процессы и оборудование при термической обработке металлов» М. «Высшая школа» 1988 г.
В.М. Зуев «Термическая обработка металлов» М. Высшая школа 1986 г.
Б.А. Кузьмин «Технология металлов и конструкционные материалы» М. «Машиностроение» 1981 г.
В.М. Никифоров «Технология металлов и конструкционные материалы» М. «Высшая школа» 1968 г.
А.И. Самохоцкий Н.Г. Парфеновская «Технология термической обработки металлов» М. Машиностроение 1976 г.

Источник

Свойства металлов. Технология азотирования стали. Автомобильный бензин

Контрольная работа

по учебной дисциплине

Смирнова
Сергея Валерьевича

План

Механические свойства металлов и методы их определения

1. Испытания на растяжение

2. Методы определения твердости

3. Определение ударной вязкости

Характеристика линий и точек диаграммы железо-цементит (индекс
линий и точек, температура, % углерода)

Маркировка по ГОСТ, характеристика и область применения
высокопрочного чугуна. Технология получения

1. Чугун ВЧ50 ГОСТ 7293-85

1.1 Расшифровка маркировки

1.2 Характеристика и технология получения

1.3 Применение

Назначение и технология выполнения азотирования стали. Примеры
деталей машин и механизмов, подвергающихся азотированию

1. Механизм образования азотированного слоя

2. Стали для азотирования

3. Технология процесса азотирования

4. Азотирование в жидких средах (тенифер — процесс)

Бензины. Требования к ним. Физико-химические свойства автомобильных
бензинов

1. Марки пластичных смазок и их применение

2. Уплотнительные смазки

3. Определение качества и марки пластичных смазок

Список использованной литературы

Механические
свойства металлов и методы их определения

Механические свойства определяют способность металлов
сопротивляться воздействию внешних сил (нагрузок). Они зависят от химического
состава металлов, их структуры, характера технологической обработки и других
факторов. Зная механические свойства металлов, можно судить о поведении металла
при обработке и в процессе работы машин и механизмов. К основным механическим
свойствам металлов относятся прочность, пластичность, твердость и ударная
вязкость.

Прочность — способность металла не разрушаться под
действием приложенных к нему внешних сил.

Пластичность — способность металла получать остаточное
изменение формы и размеров без разрушения.

Твердость — способность металла сопротивляться
вдавливанию в него другого, более твердого тела.

Ударная вязкость — степень сопротивления
металла разрушению при ударной нагрузке.

Механические свойства определяют путем проведения
механических испытаний.

1. Испытания
на растяжение

Рис. 1. Схема испытаний на растяжение: а — образец до
испытаний; б — после испытаний

Этими испытаниями определяют такие характеристики, как
пределы пропорциональности, упругости, прочности и пластичность металлов. Для
испытаний на растяжение применяют круглые и плоские образцы, форма и размеры
которых установлены стандартом. Цилиндрические образцы диаметром d0 = 10 мм, имеющие
расчетную длину l0 = 10d0, называют нормальными, а образцы, у которых длина l0 = 5d0, — короткими. При
испытании на растяжение образец растягивается под действием плавно возрастающей
нагрузки и доводится до разрушения.

Разрывные машины снабжены специальным самопишущим прибором,
который автоматически вычерчивает кривую деформации, называемую диаграммой
растяжения.

Рис.2. Диаграмма растяжения образцов пластичных материалов.
Диаграмма растяжения в координатах «нагрузка Р — удлинение? l» отражает
характерные участки и точки, позволяющие определить ряд свойств металлов и
сплавов. С образованием шейки разрушаются только пластичные металлы.

2. Методы
определения твердости

Наиболее распространенным методом определения твердости
металлических материалов является метод вдавливания, при котором в испытуемую
поверхность под действием постоянной статической нагрузки вдавливается другое,
более твердое тело (наконечник). На поверхности материала остается отпечаток,
по величине которого судят о твердости материала. Показатель твердости
характеризует сопротивление материала пластической деформации, как правило,
большой, при местном контактном приложении нагрузки.

Твердость определяют на специальных приборах — твердомерах,
которые отличаются друг от друга формой, размером и материалом вдавливаемого
наконечника, величиной приложенной нагрузки и способом определения числа
твердости. Так как для измерения твердости испытывают поверхностные слои
металла, то для получения правильного результата поверхность металла не должна
иметь наружных дефектов (трещин, крупных царапин и т.д.).

Измерение твердости по Бринеллю.

Рис.3. Схема определения твердости по Бринеллю, где Р —
усилие вдавливания шарика Н; S — площадь поверхности отпечатка, м2, которая
зависит от диаметра отпечатка d.

Сущность этого способа заключается в том, что в поверхность
испытуемого металла вдавливается стальной закаленный шарик диаметром 10, 5 или
2,5 мм в зависимости от толщины образца под действием нагрузки, которая
выбирается в зависимости от предполагаемой твердости испытуемого материала и
диаметра наконечника по формулам: Р = 30D2; Р = 10D2; Р = 2,5D2На поверхности образца
остается отпечаток (рисунок 2.2, а), по диаметру которого определяют твердость.
Диаметр отпечатка измеряют специальной лупой с делениями.

Измерение твердости по Виккерсу. Данный метод позволяет
измерять твердость как мягких, так и очень твердых металлов и сплавов. Он
пригоден для определения твердости очень тонких поверхностных слоев (толщиной
до 0,3 мм). В этом случае в испытуемый образец вдавливается четырехгранная
алмазная пирамида с углом при вершине 136о (см. рисунок 2.2, в). При таких
испытаниях применяются нагрузки от 50 до 1200 Н. Измерение отпечатка производят
по длине его диагонали, рассматривая отпечаток под микроскопом, входящим в
твердомер. На практике число твердости НV находят по специальным
таблицам.

3.
Определение ударной вязкости

Определение ударной вязкости производят на специальном
маятниковом копре (рисунок 2.3). Для испытаний применяется стандартный
надрезанный образец, который устанавливается на опорах копра. Маятник
определенной массой поднимают на установленную высоту Н и закрепляют, а затем
освобожденный от защелки маятник падает, разрушает образец и снова поднимается
на некоторую высоту h. Удар наносится по стороне образца, противоположной надрезу. Для
испытаний используют призматические образцы с надрезами различных видов: U-образный, V-образный, T-образный (надрез с
усталостной трещиной).

Ударная вязкость КС (Дж/см2) оценивается работой, затраченной
маятником на разрушение стандартного надрезанного образца, отнесенной к сечению
образца в месте надреза.

По виду сплава различают черные металлы и сплавы цветных
металлов. Черные металлы — стали и чугуны. Сталь представляет собой
многокомпонентный железоуглеродистый сплав с содержанием углерода до 2,14 %.
Стали делят на углеродистые и легированные. Углеродистые стали:
низкоуглеродистые с содержанием углерода до 0,3 %, среднеуглеродистые — от 0,3
до 0,6 % углерода, высокоуглеродистые — более 0,6 % углерода. Легированные
стали: низколегированные с общим количеством легирующих элементов до 2,5 %,
среднелегированные — от 2,5 до 10,0 %, высоколегированные — содержание
легирующих элементов более 10,0 %.

Чугун — многокомпонентный железоуглеродистый сплав с
содержанием углерода более 2,14 % и затвердевающий с образованием эвтектики.
Основная классификация чугунов — это классификация по степени графитизации.
Согласно этой классификации, различают белые чугуны, графитизированные чугуны,
половинчатые чугуны.

Графитизированнне чугуны: серые чугуны (СЧ), высокопрочные
чугуны (ВЧ), ковкие чугуны (КЧ).

Углеродистая сталь. В зависимости от качества стали делят на
стали обыкновенного качества, качественные, высококачественные и
особовысококачественные.

Сталь углеродистая обыкновенного качества (ГОСТ 380-2005).
Выплавляют стали марок Ст0, Ст1кп, Ст1сп, Ст1пс,. СтЗкп, СтЗсп, СтЗпс, СтЗГпс,
СтЗГсп. Ст6пс, Ст6сп. Буквы «Ст» обозначают «сталь», цифры
— условный номер марки в зависимости от химического состава стали, буквы марки
«кп», «пс», «сп» — степень раскисленности
(«кп» — кипящая, «пс» — полуспокойная, «сп» —
спокойная). Сталь деформируемая поставляется потребителю в горячекатанном
состоянии в виде сортового, фасонного, листового, широкополосного проката, а
также в виде поковок, штамповок, труб, ленты и проволоки.

Сталь углеродистая качественная конструкционная (ГОСТ
1050-88). Стандарт включает 24 марки стали от 05 кп, 08 кп, 08 пс, 08.10, 15,
20.40, 45, 50. до 58 (55пп), 60. В обозначении марки цифры означают среднее
содержание углерода в сотых долях процента, буквы марки «кп» — стали
кипящая, «пс» — полуспокойная, спокойные стали — без индекса, буквы в
марке 55пп «пп» — сталь повышенной прокаливаемости. Сталь
деформируемая, используется в виде сортового, листового проката, а также в виде
поковок. Из сталей с низким содержанием углерода марок 08пс, 10пс, 15пс, 20пс
производят листовой прокат для холодной штамповки. Пример условного обозначения
сортового проката: сталь горячекатанная, полосовая, толщиной 36 мм и шириной 90
мм по ГОСТ 103-76, марки 45, термически обработанной — Т, для холодной
механической обработки — подгруппы «б», категории 4:

Сталь легированная конструкционная (ГОСТ 4543-71). Настоящий
стандарт распространяется на все виды проката, поковки и штамповки из
легированной конструкционной стали. В зависимости от основных легирующих
элементов сталь делится на группы: хромистая, марганцовистая, хромомолибденовая
и т.п.

Примеры обозначения марок: 15Х, 35Г2, 15ХМ, 20ХНЗА, 15ХГБ2ТА
и т.п. В обозначении марок первые две цифры указывают среднюю массовую долю углерода
в сотых долях процента, буквы за цифрами обозначают: X — хром, Г — марганец, Н
— никель, Т — титан, Р — бор, Ю — алюминий, С-кремний, Ф — ванадий, М —
молибден, В — вольфрам, А — азот. Цифры, стоящие после букв, указывают
примерную массовую долю легирующего элемента в процентах. Отсутствие цифры
означает, что в стали содержится до 1,5 % этого легирующего элемента. Буква
«А» в конце марки означает «высококачественная сталь»,
буква «А» в середине марки — сталь, легированная азотом.

Пример условного обозначения сортового проката: сталь
калиброванная, круглая, диаметром 15 мм, класс точности 4 по ГОСТ 7417-75 марки
40Х2МА, качества поверхности группы Б по ГОСТ 1051-73, с контролем механических
свойств М, нагартованная Н:

Сталь нелегированная инструментальная ГОСТ 1435-99. Настоящий
стандарт распространяется на углеродистую инструментальную горячекатаную,
кованую, калиброванную сталь, сталь со специальной отделкой поверхности марок
У7, У7А, У8, У8А. У12, У12А, У13, У13А. Буквы и цифры в обозначении марок стали
означают: У — углеродистая, следующая за буквой цифра — средняя массовая доля
углерода в десятых долях процента, А — сталь высококачественная. Используется в
виде сортового проката и поковок. Пример условного обозначения поставляемой
стали: сталь горячекатаная круглая диаметром 20 мм, обычной точности прокатки
В, по ГОСТ 2590-88, марки У8А, 5-й группы, балл прокаливаемости 3, для холодной
механической обработки:

Литейные стали. Требования к легированным и нелегированным
конструкционным литейным сталям устанавливает ГОСТ 977-88. Согласно стандарту,
в обозначение марок вводят букву Л. Например, 25Л, 20ГСЛ, 12Х7ГЗСЛ. Цифры и
буквы русского алфавита в марке указывают среднее содержание углерода в сотых
долях процента — первые две цифры, легирующий элемент, его массовую долю в
процентах — цифра за буквой, буква Л — сталь литейная.

Чугун. Используют только как литейный сплав для получения
отливок. Наибольшее применение нашли графитизированные чугуны.

Серий чугун (ГОСТ 1412-85). Для серого чугуна характерна пластинчатая
форма графита. В стандарт включены шесть марок чугунов СЧ10, СЧ15, СЧ20, СЧ25,
СЧ30, СЧ35. Буквы марки «СЧ» означают серый чугун, цифры — временное
сопротивление разрушению при растяжении в кгс/мм2. Например, чугун марки СЧ35
должен иметь σв=20 кгс/мм2 или σв=200 МПа. Серый чугун — хрупкий материал, имеет среднюю твердость
порядка НВ 1490.1970 МПа, хорошо обрабатывается резанием, обладает хорошими
литейными свойствами. Серый чугун нашел широкое применение в станкостроении
(станины, суппорты, бабки и т.п.), авто — и тракторостроении (блоки цилиндров,
поршневые кольца, тормозные барабаны и т.п.), дизелестроении и других отраслях
промышленности.

Высокопрочный чугун. В ГОСТ 7293-85 включены следующие марки:
ВЧ 35, ВЧ 40, ВЧ 45, ВЧ 50, ВЧ 60, ВЧ 70, ВЧ 80, ВЧ 100. Цифры за буквами ВЧ —
высокопрочный чугун означают временное сопротивление разрушению при растяжении.
Например, чугун марки ВЧ 60 должен иметь σв=60 кгс/мм2 или σв=600 МПа. Для высокопрочного чугуна характерна шаровидная форма
графита, получают его путем модифицирования низкозернистого серого чугуна
чистым магнием или магнийсодержащими добавками. Высокопрочный чугун нашел
широкое применение в автомобилестроении (коленчатые и распределительные валы,
шестерни различных механизмов, блоки цилиндров и т.п.), тяжелом машиностроении
(детали турбин, прокатные валки, шаботы молотов и т.п.), транспортном,
сельскохозяйственном машиностроении (шестерни и звездочки, диски муфт,
различного рода рычаги, опорные катки и т.п.) и во многих других отраслях.

Ковкий чугун. Получают его путем отжига белого чугуна, в
результате образуется хлопьевидная форма графита. ГОСТ 1215-79 устанавливает
требования к маркам ковкого чугуна от КЧ 30-6, КЧ 38-8, КЧ 35-10 до КЧ 65-3, КЧ
70-2, КЧ 80-1,5. Цифры за буквенным обозначением ковкого чугуна КЧ означают:
первая группа цифр — временное сопротивление разрушению при растяжении (σв в кгс/мм2), вторая группа цифр — относительное удлинение (δ в %). Например, чугун марки КЧ 65-3 должен иметь σв = 65 кгс/мм2 (650 МПа) и δ =3 %. Ковкие чугуны
применяют в сельскохозяйственном машиностроении (шестерни, ступицы, рычаги и
т.п.), авто — и тракторостроении (задние мосты, ступицы, тормозные колодки,
рычаги, катки и т.п.), вагоно — и судостроении (кронштейны, детали тормозной
системы, детали сцепки и т.п.), для изготовления санитарно-технического и
строительного оборудования.

Пример.

Материал	Предел прочности МПа	Твердость НВ, МПа	Относительное удлинение %
Сталь	400-900	24-10
Серый чугун	100-400	1200-2000	1-0,1

металл азотирование сталь бензин

Характеристика
линий и точек диаграммы железо-цементит (индекс линий и точек, температура, %
углерода)

Рис. 4

Равновесное состояние железоуглеродистых сплавов в
зависимости от содержания углерода и температуры описывает диаграмма состояния
железо — углерод. На диаграмме состояния железоуглеродистых сплавов (рис.1) на
оси ординат отложена температура, на оси абсцисс — содержание в сплавах
углерода до 6,67%, то есть до такого количества, при котором образуется
цементит Fе3С. По диаграмме состояния системы железо — углерод судят о
структуре медленно охлажденных сплавов, а также о возможности изменения их
микроструктуры в результате термической обработки, определяющей
эксплуатационные свойства. На диаграмме состояния Fe — Fе3С приняты
международные обозначения. Сплошными линиями показана диаграмма состояния
железо — цементит (метастабильная, так как возможен распад цементита), а
пунктирными — диаграмма состояния железо — графит {стабильная).

Рассматриваемую диаграмму правильнее считать не
железоуглеродистой (Fe — С), а железоцементитной (Fe — Fе3С), так как
свободного углерода в сплавах не содержится. Но так как содержание углерода
пропорционально содержанию цементита, то практически удобнее все изменения
структуры сплавов связывать с различным содержанием углерода.

Компоненты системы железо и углерод — элементы полиморфные.
Основной компонент системы — железо.

Углерод растворим в железе в жидком и твердом состояниях, а
также может образовать химическое соединение — цементит Fе3С или присутствовать
в сплавах в виде графита.

В системе железо-цементит (Fe — Fе3С) имеются следующие фазы:
жидкий раствор. твердые растворы — феррит и аустенит, а также химическое
соединение — цементит.

Феррит может иметь две модификации — высоко — и
низкотемпературную. Высокотемпературная модификация d-Fe и низкотемпературная —
a-Fe представляют собой твердые растворы углерода, соответственно, в d — и a —
железе.

Предельное содержание углерода в a-Fe при 723°С — 0,02%, а
при 20°С — 0,006%. Низкотемпературный феррит a-Fe по свойствам близок к чистому
железу и имеет довольно низкие механические свойства, например, при 0,06% С: s
= 250 МПа; d — 50%; y= 80%; твердость — 80.90 НВ.

Аустенитg-Fe — твердый раствор углерода в g-железе.
Предельная растворимость углерода в g-железе 2,14%. Он устойчив только при
высоких температурах, а с некоторым примесями (Мn, Сг и др.) при обычных (даже
низких) температурах. Аустенит обладает высокой пластичностью, низкими
пределами текучести и прочности. Твердость аустенита 160.200 НВ.

Цементит Fе3С — химическое соединение железа с углеродом,
содержащее 6,67% vглерода. Между атомами железа и углерода в цементите
действуют металлическая и ковалентная связи. Температура плавления ~1250°С.
Цементит является метастабильной фазой; область его гомогенности очень узкая и
на диаграмме состояния он изображается вертикалью. Время его устойчивости
уменьшается с повышением температуры: при низких температурах он существует
бесконечно долго, а при температурах, превышающих 950°С, за несколько часов
распадается на железо и графит. Цементит имеет точку Кюри (210°С) и обладает
сравнительно высокими твердостью (800 НВ и выше) и хрупкостью. Прочность его i
растяжение очень мала (s =40 МПа).

В системе железо — цементит имеются две тонкие механические
смеси фаз — эвтектическая (ледебурит) и эвтектоидная (перлит).

Ледебурит является смесью двух фаз g-Fe + Fе3С, образующихся
при 1130°С в сплавах, содержащих от 2,0 до 6,67%С, и наблюдается визуально как
структурная составляющая железоуглеродистых сплавов, главным образом, чугунов.
Ледебурит обладает достаточно высокими прочностью (НВ>600) и хрупкостью.

Перлит (до 2,0%С) представляет собой смесь a-Fe + Fе3С (в
легированных сталях — карбидов), образующуюся при 723°С и содержании углерода
0,83% в процессе распада аустенита, и наблюдается визуально как структурная
составляющая железоуглеродистых сплавов. Механические свойства перлита зависят
от формы и дисперсности частичек цементита (прочность пластинчатого перлита
несколько выше, чем зернистого): s=800.900 МПа; d< 16%; НВ 180.,220.

Диаграмма состояния Fe — Fе3С (рис.1) является комбинацией
диаграмм простых типов. На ней имеются три горизонтали трехфазных равновесий:
перитектического (1496°С), эвтектического (1147°С) и эвтектоидного (727°С).

Все линии на диаграмме состояния соответствуют критическим
точкам, то есть температурам, при которых происходят фазовые и структурные
превращения в железоуглеродистых сплавах.

Линия ABCD — линия начала кристаллизации сплава (ликвидус),
линия AHJECF — линия конца кристаллизации сплава (солидус).

В области диаграммы HJCE находится смесь двух фаз: жидкого
раствора и аустенита, а в области CFD — жидкого раствора и цементита. В точке С
при содержании 4,3%С и температуре 1130°С происходит одновременная
кристаллизация аустенита и цементита и образуется их тонкая механическая смесь
— ледебурит. Ледебурит присутствует во всех сплавах, содержащих от 2,0 до
6,67%С (чутуны).

Точка Е соответствует предельному насыщению железа углеродом
(2,0%С).

В области диаграммы AGSF находится аустенит. При охлаждении
сплавов аустенит распадается с выделением по линии GS феррита, а по линии SE —
вторичного цементита. Линии GS и PS имеют большое практическое значение для
установления режимов термической обработки сталей. Линию GS называют линией
верхних критических точек, а линию PS — нижних критических точек.

В области диаграммы GSP находится смесь двух фаз — феррита и
распадющегося аустенита, а в области диаграммы SEE’ — смесь вторичного
цементита и распадающегося аустенита.

В точке S при содержании 0,8%С и при температуре 723°С весь
аустенит распадается и одновременно кристаллизуется тонкая механическая смесь
феррита и цементита — перлит.

Линия PSK соответствует окончательному распаду аустенита и
образованию перлита. В области ниже линии PSK никаких изменений структуры не
происходит.

Структурные превращения в сплавах, находящихся в твердом
состоянии, вызваны следующими причинами: изменением растворимости углерода в
железе в зависимости от температуры сплава (QP и SE), полиморфизмом железа (PSK)
и влиянием содержания растворенного углерода на температуру полиморфных
превращений (растворение углерода в железе способствует расширению
температурной области существования аустенита и сужению области феррита).

Диаграмма стабильного равновесия Fe — Fе3С, обозначенная на
рис.1 пунктиром, отображает возможность образования высокоуглеродистой фазы —
графита — на всех этапах структурообразования в сплавах с повышенным
содержанием углерода. Диаграмма состояния стабильной системы железо — графит
отличается от метастабильной системы железо-цементит только в той части, где в
фазовых равновесиях участвует высокоуглеродистая фаза (графит или цементит).

На диаграмме состояния различают две области: стали и чугуны.
Условия принятого разграничения — возможность образования ледебурита
(предельная растворимость углерода в аустените):

стали — до 2,14% С, не содержат ледебурита;

чугуны — более 2,14%С, содержат ледебурит.

В зависимости от содержания углерода (%) железоуглеродистые
сплавы получили следующие названия:

менее 0,83 — доэвтектоидные стали;

,83 — эвтектоидные стали;

,83.2 — заэвтектоидные стали;

.4,3 — доэвтектические чугуны;

,3.6,67 — заэвтектические чугуны.

Маркировка по
ГОСТ, характеристика и область применения высокопрочного чугуна. Технология
получения

1. Чугун ВЧ50
ГОСТ 7293-85

1.1
Расшифровка маркировки

Высокопрочный чугун маркируют в соответствии с ГОСТ 7293-85
«Чугун с шаровидным графитом для отливок. Марки». Марку
высокопрочного чугуна обозначают буквами «ВЧ» и двумя цифрами,
которые показывают его минимальное временное сопротивление в кгс/мм2. Например,
маркировка ВЧ 50 означает, что этот чугун является высокопрочным и его =500
Н/мм2 (50 кгс/мм2).

Для высокопрочных чугунов также используется система
маркировки по механическим свойствам. В системе ASTM для таких чугунов
указывают временное сопротивление в ksi — предел текучести в ksi — относительное
удлинение в процентах. Например, ASTM A716 — 60-42-10 означает высокопрочный чугун по
техническим условиям А716 с =60 ksi; =42 ksi; b=10 %.

1.2
Характеристика и технология получения

Высокопрочными называют чугуны с шаровидным графитом, который
образуется в литой структуре в процессе кристаллизации.

Шаровидный графит, имеющий минимальную поверхность при данном
объеме, значительно меньше ослабляет металлическую основу, чем пластинчатый
графит, и не является активным концентратором напряжений.

Для получения шаровидного графита чугун модифицируют чаще
путем обработки жидкого металла магнием (0,03-0,07 %) или введением 8-10 %
магниевых лигатур с никелем или ферросилицием.

Под действием магния графит в процессе кристаллизации
принимает не пластинчатую, а шаровидную форму. Чугуны с шаровидным графитом
имеют более высокие механические свойства, не уступающие свойствам литой
углеродистой стали, сохраняя при этом хорошие литейные свойства и
обрабатываемость резанием, способность гасить вибрации, высокую износостойкость
и т.д.

Чугун ВЧ 50, имеет d=2 % и 180-260 HB. Вязкость разрушения
перлитных чугунов составляет 180-250 Н´мм3/2. Температура
плавления tпл»1200°С,
sТ=35 кгс/мм2,
теплоемкость (при 0°С) 0,129 ккал/кг´град, теплопроводность
(при 20°С) 43 ккал/м´ч´град, плотность 7,4 г/см3, удельное сопротивление 0,5 Ом´мм2/м.

Для повышения механических свойств (пластичности и вязкости)
и снятия внутренних напряжений, отливки ЧШГ подвергают термической обработке
(отжигу, нормализации, закалке и отпуску).

1.3
Применение

Отливки из высокопрочного чугуна широко используют в
различных отраслях народного хозяйства; в автостроении и дизелестроении для
коленчатых валов, крышек цилиндров и других деталей; в тяжелом машиностроении —
для многих деталей прокатных станов; в кузнечно-прессовом оборудовании
(например, для шабот-молотов, траверс прессов, прокатных валков); в химической
и нефтяной промышленности — для корпусов насосов, вентилей и т.д.

Высокопрочные чугуны применяют и для изготовления деталей
станков, кузнечно-прессового оборудования, работающих в подшипниках и других
узлах трения при повышенных и высоких давлениях (до 1200 МПа)

Назначение и
технология выполнения азотирования стали. Примеры деталей машин и механизмов,
подвергающихся азотированию

Азотированием называют процесс диффузионного насыщения
поверхности слоя стали азотом при нагреве ее в аммиаке. Азотирование очень
сильно повышает твердость поверхностного слоя, его износостойкость, предел
выносливости и сопротивление коррозии в таких средах, как атмосфера, вода, пар
и т.д. Твердость азотированного слоя заметно выше, чем цементованной стали, и
сохраняется при нагреве до высоких температур (500 — 600 ˚С); тогда как
твердость цементованного слоя, имеющего мартенситную структуру, сохраняется
только до 200 — 225 ˚С

. Механизм
образования азотированного слоя

В сплавах железа с азотом образуется следующие фазы (рис.5):
твердый раствор азота в α-железе (α-фаза); γ´-фаза — твердый раствор на основе нитрида железа Fe₄N (5,7 — 6,1% N); ε-фаза — твердый раствор
на базе нитрида железа Fe₃N (8 — 11,2% N). В сплавах с 11,35% N при 450 ˚С возможно
образование ξ-фазы Fe₂N.

При температуре выше 591 ˚С существует γ-фаза, представляет собой твердый раствор азота в γ-железе. При 591 ˚С γ-фаза претерпевает
эвтектоидный распад. Азотистый эвтектоид содержит 2,35% N и состоит из α-γ̒-фаз.

Рис.5. Диаграмма состояния Fe — N (а) и изменение
содержания азота (б) и микроструктуры (в х 250) по толщине азотированного слоя,
полученного при 600 ˚С на железе.

Азотирование проводят в атмосфере аммиака, который при нагреве
диссоциирует [4] по уравнению 2NH₃ → 2N + 6H.

Образовавшийся атомарный азот диффундирует в железо. Если
выполнять азотирование при температуре ниже эвтектоидной (591 ˚С), то в
начальный момент насыщения на поверхности стали образуется α-фаза (рис.5, а). По достижении предела насыщения α-фазы начинается образование следующей фазы, стабильной при данной
температуре, а именно γ´-фазы. При дальнейшем насыщении азотом образуется ε-фаза. Следовательно, в результате диффузии в азотированном слое
располагаются в поверхностной зоне наиболее богатая азотом ε-фаза, несколько ниже γ´ — и α-фаза.

С понижением температуры ε — и α-фазы в соответствии с
диаграммой состояния (см. рис.6, в) распадаются, выделяя избыточную γ´-фазу. В связи с этим
после медленного охлаждения фазы в диффузионном слое можно расположить в
следующем порядке от поверхности к сердцевине: ε + γ´II → γ´ → α+ γ´II → α → сердцевина (с исходной структурой).

При выполнении азотирования выше эвтектоидной температуры,
например tд
(рис.6), сначала возникает α-фаза, затем по
достижении ее предела насыщения образуется γ-фаза, после насыщения которой на поверхности появляется γ´-фаза, и, наконец, ε-фаза. Таким образом, при температуре диффузии азотированный слой
состоит из следующих фаз (от поверхности к сердцевине): ε → γ´ → γ´ → α. При медленном
охлаждении ε — и α-фазы распадаются и выделяют избыточную γ´-фазу (Fe₄N), а γ-фаза претерпевает
эвтектоидное превращение, распадаясь на эвтектоидную структуру α + γ´. Тогда при 20 ˚С азотированный слой будет состоять из ε + γ´ → γ´ → α + γ´ (эвтектоид) → α + γ´II → α (см. рис. 6).

Переход от одной фазы к другой сопровождается резким
перепадом концентрации азота, так как двухфазные слои (ε + γ´ или α + γ´) при температуре
насыщения железа азотом существовать не могут (см. рис.5). При насыщении
легированных сталей при температуре диффузии могут образовываться многофазные
слои.

2. Стали для
азотирования

Твердость слоя, получаемого при азотировании железа,
невелика, поэтому азотированию подвергают среднеуглеродистые легированные
стали, которые приобретают особо высокую твердость и износостойкость. При
азотировании легированных сталей образуются нитриды специальных элементов. При
низких температурах азотирования в α — твердом растворе
образуются сегрегации типа зон Гинье — Престона. При высоких температурах
возникают дисперсные нитриды легирующих элементов (Cr₂N, Mo₂N, VN и др.). Зоны Гинье —
Престона и обособленные выделения нитридов препятствуют движению дислокаций и
тем самым повышают твердость азотированного слоя. Наиболее сильно повышают
твердость алюминий, хром, молибден и ванадий. Стали, легированные хромом,
вольфрамом, молибденом, ванадием и не содержащие алюминия, после азотирования
имеют твердость HV 600 — 950. Эти стали часто применяют для азотирования.

Если главным требованиям, предъявляемым к азотированному
слою, является высокие твердость и износостойкость, то применяют сталь 38Х2МЮА,
содержащую 0,35 — 0,42% С; 1,35 — 1,65% Cr; 0,7 — 1,10%Al и 0,15 — 0,25% Мо.
Одновременно присутствие алюминия, хрома и молибдена позволяет повысить
твердость азотированного слоя до HV 1200. Молибден, кроме того, устраняет отпускную
хрупкость, которая может возникнуть при медленном охлаждении от температуры
азотирования. Легирующие элементы, повышая твердость, одновременно уменьшают,
при прочих равных условиях, толщину слоя. Для повышения коррозионной стойкости
можно азотировать и углеродистые стали.

Износостойкость азотированной стали выше, чем цементованной и
закаленной. В азотированном слое возникают остаточные напряжения сжатия,
величина которых на поверхности составляет 60 — 80 кгс/мм². Это повышает предел выносливости и переносит очаг усталостного
разрушения под азотированный слой. Предел выносливости гладких образцов
возрастает на 30 — 40%, а при наличии концентратов напряжений (острых надрезов)
более чем на 100%.

. Технология
процесса азотирования

Технологический процесс предусматривает несколько операций,
приведенных ниже:

. Предварительная термическая обработка заготовки. Эта
операция состоит из закалки и высокого отпуска стали для получения повышенной
прочности и вязкости в сердцевине изделия.

Закалку стали 38Х2МЮА выполняют с нагревом до 930 — 950 ˚С
с охлаждением в воде или масле. Отпуск проводят при высокой температуре 600 —
675 ˚С, превышающей максимальную температуру последующего азотирования и
обеспечивающей получение твердости, при которой сталь можно обрабатывать
резанием. Структура стали после этого отпуска — сорбит.

. Механическая обработка деталей, а также шлифование, которое
придает окончательные размеры детали.

. Защита участков, не подлежащих азотированию, нанесением
тонкого слоя (0,01 — 0,015 мм) олова электролитическим методом или жидкого
стекла. Олово при температуре азотирования расплавляется на поверхности стали в
виде тонкой не проницаемой для азота пленки.

. Азотирование

. Окончательное шлифование или доводка изделия.

Рис.6. Влияние температуры и продолжительности азотирования
на твердость и толщину азотированного слоя: 1 — сталь 38ХМЮА; 2 — легированные
конструкционные стали (40Х, 40ХНМА, 18Х2Н4ВА и др.); 3 — углеродистые стали.

В процессе насыщения азотом изменяются, но очень мало,
размеры изделия в следствие увеличение объема поверхностного слоя. Деформация
возрастает при повышении температуры азотирования и толщины слоя.

Для ускорения процесса азотирования нередко применяют
двухступенчатый процесс: сначала азотирование проводят при 500 — 520 ˚С, а
затем при 540 — 560 ˚С. При двухступенчатом процессе сокращается
продолжительность процесса, при этом сохраняется высокая твердость
азотированного слоя. Охлаждение после азотирования производят вместе с печкой в
потоке аммиака (до 200 ˚С) во избежание окисления поверхности.

Рис 7. Шахтная муфельная печь США-8.12/6. Л1: 1 — Каркас
печи; 2 — вентилятор; 3 — крышка; 4 — муфель; 5 — футеровка; 6 — нагреватели; 7
— крестовина; 8 — направляющий экран.

Азотирование чаще ведут в шахтных печах (рис.7) с
принудительной циркуляцией газа и максимальной рабочей температурой 600 или 700
˚С. Шахтные печи (США) выпускаются с двумя сменными муфелями или с одним
стационарным.

Первый муфель после окончания процесса азотирования
вынимается из печи и охлаждается на воздухе, в печь загружается второй муфель с
деталями. При азотировании крупногабаритных изделий более экономичны печи с
одним муфелем.

Значительное сокращение (в 2 — 3 раза) общего времени
процесса достигается при азотировании в тлеющем разряде (ионное азотирование),
которое проводят в разряженной азотосодержащей атмосфере (NH₃ или N₂) при подключении
обрабатываемых деталей к отрицательному электроду — катоду. Анодом является
контейнер установки. Между катодом (деталью) и анодом возбуждается тлеющий
разряд, и ионы газа, бомбардируя поверхность катода, нагревают ее до
температуры насыщения. Процесс ионного азотирования реализуется в две стадии:

. Очистка поверхности катодным распылением;

. Собственно насыщение.

Катодное распыление проводят в течении 5 — 60 мин при
напряжении 1100 — 1400 В и давлении 0,1 — 0,2 мм рт. ст. В процессе катодного
распыления температура поверхности детали не превышает 250 ˚С. Температура
азотирования 470 — 580 ˚С, давление 1 — 10 мм рт. ст., рабочее напряжение
400 1100 В, продолжительность процесса составляет от 1 до 24ч.

В последние годы получило применение азотирование при 570 ˚С
в течении 1,5 — 3,0 ч в атмосфере, содержащей 50% эндогаза и 50% аммиака или
50% пропана (метана) и 50% аммиака. В результате такой обработки на поверхности
стали образуется тонкий карбонитридный слой Fe₃ (N, C), обладающий меньшей хрупкостью и более высокой износостойкостью,
чем чисто азотистая ε-фаза. Твердость
карбонитридного слоя легированных сталях HV 600 — 1100. Такая
обработка сильно повышает предел выносливости изделий.

4.
Азотирование в жидких средах (тенифер — процесс)

Процесс проводят при 570 ˚С в течении 0,5 — 3,0 ч в
расплавленных цианистых слоях (85% соли, содержащей 40% KCNO и 60% NaCN + 15% Na₂CO₃ или 55% карбамида [ (NH₂) ₂CO] и 45% Na₂CO₃, через которые
пропускают сухой воздух). Соли расплавляются в тигле из титана. В следствие
низкой температуры в сталь диффундирует в основном азот, образующийся при
разложении цианистых солей. В результате обработки на поверхности стали
возникает тонкий (7 — 15 мкм) карбонитридный слой Fe₃ (N, C), обладающий высоким сопротивлением износу и не склонный к
хрупкому разрушению. Ниже карбонитридного слоя располагается слой, состоящий из
твердого раствора азота в α-железе и избыточных
кристаллов γ´-фазы. Общая толщина слоя 0,15 — 0,5 мм. Как и после газового
азотирования, твердость слоя на углеродистых сталях HV 300 — 350, а на
легированных HV 600 — 1100. Жидкое азотирование значительно повышает предел
выносливости сталей. Достоинством процесса является незначительное изменение
размеров и отсутствие коробления деталей, недостатком — токсичность и высокая
стоимость цианистых солей. Этот процесс за рубежом широко применяется для
обработки деталей автомобиля (коленчатых валов, шестерен и т.д.), штампов,
пресс-форм и т.д. Азотированию, как и цементации, подвергают детали, работающие
на износ и воспринимающие знакопеременные нагрузки. Азотированные детали имеют
следующие преимущества: высокую твердость, износостойкость, теплостойкость и
коррозийную стойкость. Так как азотированию подвергают в основном легированные
стали определенных составов и процесс имеет большую продолжительность (30-60
ч.), применение его оказывается экономически целесообразным лишь для обработки
ответственных инструментов и деталей авиамоторов, дизелей, турбин, приборов и
т.п. Азотированию подвергают также детали из высокопрочного магниевого чугуна
(в частности, коленчатые валы тепловоза и детали из специальных чугунов,
легированных алюминием).

Кулачки, эксцентрики и некоторые другие детали должны иметь
после термической обработки минимальную деформацию и высокую износоустойчивость
(твердость поверхности HV 750-1000). Для изготовления выбрана азотируемая
сталь 38ХВФЮА.

Азотирование требуется, как правило, подвижным частям
механизмов, таких, как насосы, цилиндры двигателей, копиры станков, втулки,
шестерни, клапаны двигателей внутреннего сгорания, матрицы и другие элементы и
узлы механизмов и деталей.

Бензины.
Требования к ним. Физико-химические свойства автомобильных бензинов

Отечественные легковые автомобили и автобусы, а также
большинство грузовых автомобилей имеют карбюраторные двигатели. Топливом для
этих двигателей служит автомобильный бензин.

Основные технико-экономические требования к
бензинам сводятся к следующему:

бензин должен обеспечивать безотказную работу автомобильного
двигателя на всех режимах и во всех практически встречающихся условиях
эксплуатации;

двигатель должен развивать предусмотренную для него мощность
при минимальном расходе бензина;

бензин должен обеспечивать минимальные износы двигателя,
трудовые и материальные затраты на ремонт и техническое обслуживание двигателя;

качество бензина не должно ухудшаться при транспортировании,
хранении и использовании;

обращение с бензином не должно вызывать повышенной опасности
для персонала, занимающегося эксплуатацией, техническим обслуживанием и
ремонтом автомобилей.

Исходя из названных выше требований устанавливается
соответствие бензина данным конкретным условиям и возможность его применения.

Физико-химические свойства

Автомобильные бензины в силу своих физико-химических
характеристик должны обладать следующими свойствами:

Однородность смеси;

Плотность топлива — при +20 «С должна составлять 690.750
кг/м;

Небольшую вязкость — с ее увеличением затрудняется протекание
топлива через жиклеры, что ведет к обеднению смеси. Вязкость в значительной
степени зависит от температуры. При изменении температуры от +40 до — 40°С
расход бензина через жиклер меняется на 20.30%;

Испаряемость — способность переходить из жидкого состояния в
газообразное. Автомобильные бензины должны обладать такой испаряемостью, чтобы
обеспечивались легкий пуск двигателя (особенно зимой), его быстрый прогрев,
полное сгорание топлива, а также исключалось образование паровых пробок в
топливной системе;

Давление насыщенных паров — чем выше давление паров при
испарении топлива в замкнутом пространстве, тем интенсивнее процесс их
конденсации. Стандартом ограничивается верхний предел давления паров летом — до
670 ГПа и зимой — от 670 до 930 ГПа. Бензины с более высоким давлением склонны
к образованию паровых пробок, при их использовании снижается наполнение цилиндров
и теряется мощность двигателя, увеличиваются потери от испарения при хранении в
баках автомобилей и на складах;

Низкотемпературные свойства — способность бензина выдерживать
низкие температуры;

Сгорание бензина. Под «сгоранием» применительно к
автомобильным двигателям понимают быструю реакцию взаимодействия углеводородов
топлива с кислородом воздуха с выделением значительного количества тепла.
Температура паров при горении достигает 1500.2400°С.

Физическое свойство бензина

Физическое свойство бензина, зависит от качества исходного
продукта. Так как в основе бензина лежат нефтепродукты, химическое строение
которых на основе фенольного кольца, во многом определяет физические свойства.

Разные сорта бензинов имеют разные показатели: температуру
горения и замерзания, а также плотность. Обычно эти показатели изменяются в
следующих границах: предел кипения 33-205°С, температура замерзания ниже —
60°С, плотность 700-780 кг/м3. Кроме того, важны такие физические свойства
бензина, как температура вспышки (ниже 0°С) и концентрация паров. При
концентрация паров в воздухе 70-120 г/м3 образуются взрывчатые смеси.

Именно физические свойства бензина создают дополнительные
условия для признания автомобиля техническим средством повышенной опасности.
Однако так привычные нам взрывы бензобаков, которые показывают чуть ли не во
всех боевиках, случаются в реальность очень редко. А вот вероятность того, что
бензин загорится, если не будут соблюдаться простейшие правила техники
безопасности вполне реальны.

Еще одно неприятное физическое свойство бензина —
легковоспламеняемость. Но именно благодаря этому свойству мы и можем
использовать бензин в качестве топлива. К слову сказать, такие альтернативные
виды топлива как водород воспламеняются еще легче, чем и создают проблему их массового
использования в автомобилях. Плюс к этому водород еще и легко взрывается. И
если бы мы пользовались машинами с водородными двигателями, то ситуации из
фильмов с повальными взрывами топливных баков перенеслись бы в реальность.

Физическое свойство бензина, может зависеть не только от
химической структуры но определяться еще и наличием примесей, которые переходят
в бензин из нефтепродуктов. При высоком количестве примесей качество бензинов
понижается. Бензин с большим количеством примесей влияет не только на
собственные свойства бензина, но и на работу двигателя автомобиля.

Именно благодаря физическим свойствам бензина, мы можем
использовать его в качестве топлива, однако при нарушении правил изготовления,
распространения или использования и хранения бензина те самые физические
свойства, которые позволяют бензину быть топливом могут оказаться опасными, как
для техники, так и для человека.

1. Марки
пластичных смазок и их применение

Применяемые для смазки автомобилей пластичные смазки по их
основному назначению подразделяют на антифрикционные, защитные и
уплотнительные.

Антифрикционные смазки снижают износ и трение сопряженных
деталей механизмов, ниже приведены применяемые группы антифрикционных смазок.

Антифрикционные смазки общего назначения для обычных
температур (группа С) используют для узлов трения с рабочей температурой до
70°С. К этой группе смазок относят; солидолы, смазки AM (карданные), ЯНЗ-2,
графитную УСсА, ЛИТОЛ-24 и ЦИАТИМ-201.

Солидолы вырабатывают загущением индустриальных масел
кальциевыми мылами Жирных кислот, получаемых на основе натуральных растительных
масел (жировой солидол) или синтетических жирных кислот. Солидолы предназначены
для смазывания грубых и малоответственных поверхностей трения машин и
механизмов, ручного инструмента. Солидолы работоспособны в течение относительно
малого срока времени.

Пресс-солидол С используют главным образом для поверхностей
трения шасси автомобилей, к которым он подается под давлением; солидол С — для
смазывания подшипников качения и скольжения, шаровых, винтовых и цепных
передач, тихоходных шестеренных редукторов и других узлов трения. Жировой
солидол УС, представляющий собой однородную мазь от светло-желтого до
темно-коричневого цвета, выпускают двух марок: УС-1 (пресс-солидол) и УС-2,
работоспособность которых ограничена диапазоном температур от — 50 до +65°С. В
маркировке буквы обозначают: у — универсальная, с — синтетическая, с — сред не
плавкая. Гидратированная кальциевая смазка графитная УСсА применяется для
смазывания рессор автомобилей, открытых зубчатых колес, торсионных подвесок,
резьб домкратов. По внешнему виду — это однородная мазь от темно-коричневого до
черного цвета. Применять солидолы в качестве защитных смазок не рекомендуется,
так как в них содержится до 3 % воды, которая может вызывать коррозию металла
под слоем смазки.

Смазка ЯНЗ-2 — автомобильная тугоплавкая кальциево-натриевая
служит дня смазывания подшипников ступиц колес, червячного вала коробки
передач, генераторов автомобилей и др. По внешнему виду это однородная мазь от
светло-желтого до темно-коричневого цвета. Может заменять солидол.

Смазка ЛИТОЛ-24 — универсальная смазка на литиевых мылах
12-оксистеариновой кислоты предназначена для поверхностей трения, для которых
рекомендуются солидолы и смазка ЯНЗ-2.

До недавнего времени большую часть литиевых смазок готовили
на мылах стеариновой кислоты — ЦИАТИМ-201, которая предназначена для узлов
трения, работающих при относительно низких нагрузках и невысоких температурах.

Смазки для повышенных температур (группа 0) используют для
узлов трения с рабочей температурой до 110°С, К этой группе относятся смазки:
ЦИАТИМ-202, ЛЗ-31, 1-13.

Смазка ЦИАТИМ-202 служит для смазывания подшипников качения,
работающих в интервале температур — 40 — +110°С. Смазка токсична, и при работе
с ней следует применять индивидуальные средства защиты. По внешнему виду это
однородная мягкая мазь от желтого до светло-коричневого цвета.

Смазку ЛЗ-31 применяют для закрытых подшипников качения, не
контактирующих с водой, а также для выжимного подшипника сцепления автомобилей
ЗИЛ и ГАЗ, работающих в интервале температур от — -40 до +20°С. По внешнему
виду это мазь от светло-коричневого до светло-желтого цвета.

Смазка 1-13 на натриевых и натриево-кальциевых мылах
предназначена для смазывания подшипников качения, опор карданного вала,
первичного вала коробки передач, ступиц колес, оси и шарниров педалей
управления. Смазка готовится загущением нефтяных масел натриево-кальциевым
мылом касторового масла. Вариант указанной смазки — смазка 1-ЛЗ, отличающийся
присутствием антиокислителя дифениламина. Смазка по внешнему виду — однородная
мазь от светло-коричневого до коричневого цвета, применяется при температуре от
— -20 до +110°С»

Смазка Консталин (1 и 2) изготавливается на натриевых и
натриево-кальциевых мылах, служит для поверхностей трения, работающих в
условиях отсутствия влаги при температуре от — -20 до +110°С. По внешнему виду
— это однородная мазь от светло-желтого до темно-коричневого цвета.

Редукторные (трансмиссионные) смазки (группа Т) предназначены
для зубчатых и винтовых передач всех видов. К этой группе относится
индустриальная кальциевая смазка ЦИАТИМ-208, Смазку используют для смазывания
тяжелонагруженных шестеренных редукторов, работающих при температуре от—30 до
+100°С. По внешнему виду это однородная вязкая жидкость черного цвета. Смазка
токсична, поэтому при работе с ней следует применять индивидуальные средства
защиты.

Морозостойкие смазки (группа Н) предназначены для
поверхностей трения с рабочей температурой — 40°С и ниже. К этой группе
‘относятся смазки ВНИИНП-257, ОКБ—122—7. Смазку ВНИИНП-257 применяют для
смазывания шарикоподшипников и маломощных зубчатых передач. Смазка
морозостойка, это мягкая консистентная мазь черного цвета, температура
применения от — 60 до + 150°С. Смазка ОКБ-122-7 служит для смазывания
шарикоподшипников и других поверхностей трения, работающих в интервале
температур от — 40 до +ЮО°С. По внешнему виду это мазь от светложелтого до
светло-коричневого цвета.

Химически стойкие смазки (группа X) предназначены для узлов
трения, имеющих контакт с агрессивными средами. К этой группе откосятся смазки;
ЦИАТИМ-205, ВНИИНП-279. Смазка ЦИАТИМ-205 предохраняет от спекания неподвижные
резьбовые соединения., работающие при температуре — -60 — +50°С. По внешнему
виду это однородная вазелинообразная мазь от белого до светло-кремового цвета.

К противозадирным и противоизносным смазкам (группа И)
относится смазка ЦИАТИМ-203, которая служит для смазывания высоконагруженных
шестеренных передач, червячных редукторов, опор скольжения и качения при
температуре от — 50 до +90°С. Это однородная мазь темно-коричневого цвета без
комков.

Защитные (консервационные) смазки (группа К) предназначены
для защиты металлических изделий и механизмов от коррозии при хранении,
транспортировании и эксплуатации. Наиболее распространенной защитной

смазкой является технический вазелин (УН). Консерва-циснные
смазки по объему производства занимают второе место после антифрикционных
(около 15 % в общем объеме производства смазок). При правильном нанесении
защитных смазок они препятствуют проникновению к металлической поверхности
коррозионно-агрес-сибых веществ, влаги и кислорода воздуха, тем самым
предотвращают коррозию в течение 10—15 лет. Для улучшения защитных и
противокоррозионных свойств в смазки вводят специальные присадки. Наряду с
пластичными защитными смазками используют жидкие консервационные масла,
пленкообразующие ингибиро-ванные нефтяные составы (ПИНС), мастики и некоторые
другие продукты нефтяного происхождения. Несмотря на широкое распространение
консервационных пластичных смазок, они имеют ряд недостатков. Одним из
серьезных является большая трудность нанесения и удаления их с защищаемых
поверхностей по сравнению с жидкими продуктами. Чтобы нанести или удалить
смазку, зачастую приходится разбирать механизм, что осложняет и удлиняет
консервацию и расконсервацию изделий.

2.
Уплотнительные смазки

Уплотнительные смазки предназначены для герметизации зазоров
и щелей, подвижных и неподвижных узлов трения. Уплотнительной смазкой является
смазка бензиноупорная (БУ). С ее помощью могут быть уплотнены соединения
топливопроводов, топливных насосов, кранов систем питания и смазки. Она
содержит цинковое мыло, касторовое масло и глицерин. Зимой для понижения
вязкости можно добавлять до 25 % спирта.

3.
Определение качества и марки пластичных смазок

Необходимость определения в автохозяйстве марки пластичной
смазки встречается довольно часто, так как номенклатура используемых смазок
велика, а по внешнему виду они мало отличаются. Пользуясь такими признаками,
как цвет, влагостойкость, растворимость в бензине и жировое пятно, можно
установить вид пластичной смазки, а в некоторых случаях ориентировочно и
конкретную ее марку.

Цвет может служить хорошим признаком для графитной смазки,
имеющей темный цвет от темно-коричневого до черного, и до некоторой степени для
технического вазелина, имеющего цвет от светло-коричневого до темно-коричневого
и прозрачного в тонком слое. Остальные же ‘Пластичные смазки могут иметь цвет
от светло-желтого до темно-коричневого и различить их по этому признаку нельзя.

Влагостойкость дает возможность отличить солидолы и
технический вазелин от других смазок и, прежде всего, от консталинов. При
растирании пальцами смазки с небольшим количеством воды солидолы и технический
вазелин (влагостойкие смазки (не намыливаются и не смываются).

Растворимость в бензине позволяет различить смазку на
немыльном загустителе (защитные смазки) от смазок на мыльном загустителе
(антифрикционные смазки). Смазка на немыльном загустителе, смешанная с
четырехкратным количеством бензина и подогретая до 60″С, растворяется и
превращается в прозрачный раствор, а смазка на мыльном загустителе не
растворяется. Жировое пятно, образовавшееся на фильтровальной бумаге от
нанесения на нее комочка пластичной смазки, может послужить признаком для определения
ее вида. Фильтровальная бумага с пластичной смазкой подогревается над
каким-либо источником тепла, от чего смазка полностью или частично
расплавляется, образуя масляное пятно. Технический вазелин расплавляется
полностью, оставляя равномерное желтое пятно. Графитная смазка образует темное
пятно с четко видимыми включениями графита. Солидолы оставляют пятно с мягким
остатком в центре обычно того же цвета, что и пятно. Консталины и
кальциево-натриевые смазки образуют пятно меньшего диаметра и остаются частично
на бумаге в нерасплавленном виде и при интенсивном нагреве до обугливания
бумаги.

Поступающие в автохозяйства пластинчатые смазки по
физико-химическим свойствам должны полностью отвечать соответствующим
стандартам или техническим условиям.

По внешнему виду пластичная смазка должна представлять собой
однородную массу без наличия комков, посторонних включений, примесей или
выделившегося масла. Смазка, не отвечающая этим условиям, должна быть
забракована.

Для проверки наличия абразивных примесей комок смазки
растирается между двумя стеклами или же между пальцами. Механические примеси
обнаруживаются также путем расплавления комка смазки на фильтровальной бумаге.

Список
использованной литературы

1.
Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3-х т. Т.1. М.:
Машиностроение, 1982 — 736 с.

.
Ачеркан Н.С. Справочник металлиста: В 3-х т. Т.2. М.: Машиностроение, 1965 —
678 с.

.
Бойкачев М.А. Эксплуатационные материалы. Ч.2: Смазочные материалы и
технические жидкости — 83с

.
Евстратова, И.И. Материаловедение/ И.И. Евстратова и др. — Ростов-на-Дону:
Феникс, 2006. — 268 с.

.
Журавлев В.Н., Николаев О.И. Машиностроительные стали: Справочник, М.:
Машиностроение, 1992 — 480 с.

.
Б.В. Захаров.В.Н. Берсенева «Прогрессивные технологические процессы и
оборудование при термической обработке металлов» М. «Высшая
школа» 1988 г.

.В.М.
Зуев «Термическая обработка металлов» М. Высшая школа 1986 г.

.
Ильина, Л.В. Материалы, применяемые в машиностроении: справочное пособие/ Л.В.
Ильина, Л.Н. Курдюмова. — Орел: ОрелГТУ, 2007.

.
Б.А. Кузьмин «Технология металлов и конструкционные материалы» М.
«Машиностроение» 1981 г.

.
Лахтин, Ю.М. Материаловедение/ Ю.М. Лахтин. — М.: Металлургия, 1993. — 448 с.

.
Манусаджянц О.И., Смаль Ф.В. Автомобильные эксплуатационные материалы: Учебник
для техникумов. — М.: Транспорт, 1989. — 271 с.

.
Маркова, Н.Н. Железоуглеродистые сплавы/ Н.Н. Маркова. — Орел: ОрелГТУ, 2006. —
96 с.

.В.М.
Никифоров «Технология металлов и конструкционные материалы» М.
«Высшая школа» 1968 г.

.
«Общая химия» Ю.А. Ершов.

.
«Репетитор по химии» А.С. Егорова.

.А.И.
Самохоцкий Н.Г. Парфеновская «Технология термической обработки
металлов» М. Машиностроение 1976г

.
Тушинский, Л.И. Методы исследования материалов/ Л.И. Тушинский, А.В. Плохов,
А.О. Токарев, В.Н. Синдеев. — М.: Мир, 2004. — 380 с.

.
Фетисов, Г.П. Материаловедение и технология металлов/ Г.П. Фетисов, М.Г.
Карпман и др. — М.: Высшая школа, 2001. — 622 с.

Источник

Стали для азотирования.

Основные процессы азотирования.

Газовое азотирование

Ионно-плазменное азотирование

Свойства азотированной легированной стали.

Оборудование для азотирования.

Подобные документы

Азотирование.

Стали для азотирования.

Основные процессы азотирования.

Газовое азотирование

Ионно-плазменное азотирование

Свойства азотированной легированной стали.

Оборудование для азотирования.

Курсовая работа: Термическая и химико-термическая обработка сплавов

3.1. Цементация

3.2 Азотирование

3.3. Нитроцементация и цианирование стали

3.4. Борирование и силицирование стали

3.5 Диффузионная металлизация стали

3.5.а Алитирование

3.5.б Хромирование

3.5.в Титанирование

3.5.г Цинкование

Список используемой литературы

Свойства металлов. Технология азотирования стали. Автомобильный бензин

1. Испытания на растяжение

2. Методы определения твердости

3. Определение ударной вязкости

Характеристика линий и точек диаграммы железо-цементит (индекс линий и точек, температура, % углерода)

Маркировка по ГОСТ, характеристика и область применения высокопрочного чугуна. Технология получения

1. Чугун ВЧ50 ГОСТ 7293-85

1.1 Расшифровка маркировки

1.2 Характеристика и технология получения

1.3 Применение

Назначение и технология выполнения азотирования стали. Примеры деталей машин и механизмов, подвергающихся азотированию

. Механизм образования азотированного слоя

2. Стали для азотирования

. Технология процесса азотирования

4. Азотирование в жидких средах (тенифер — процесс)

Бензины. Требования к ним. Физико-химические свойства автомобильных бензинов

1. Марки пластичных смазок и их применение

2. Уплотнительные смазки

3. Определение качества и марки пластичных смазок

Список использованной литературы

Добавить комментарий Отменить ответ

1. Испытания
на растяжение

2. Методы
определения твердости

3.
Определение ударной вязкости

Характеристика
линий и точек диаграммы железо-цементит (индекс линий и точек, температура, %
углерода)

Маркировка по
ГОСТ, характеристика и область применения высокопрочного чугуна. Технология
получения

1. Чугун ВЧ50
ГОСТ 7293-85

1.1
Расшифровка маркировки

1.2
Характеристика и технология получения

1.3
Применение

Назначение и
технология выполнения азотирования стали. Примеры деталей машин и механизмов,
подвергающихся азотированию

. Механизм
образования азотированного слоя

2. Стали для
азотирования

. Технология
процесса азотирования

4.
Азотирование в жидких средах (тенифер — процесс)

Бензины.
Требования к ним. Физико-химические свойства автомобильных бензинов

1. Марки
пластичных смазок и их применение

2.
Уплотнительные смазки

3.
Определение качества и марки пластичных смазок

Список
использованной литературы