lekcii (774103), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Припоследней тепло эффективноотводится от детали.Интенсивное охлаждение можетвызвать коробление и образованиетрещин вследствие появлениявнутренних напряжений. Причинапоследних- увеличение удельногообъѐма мартенсита, сложная формадеталей, падение скорости закалкипри удалении от поверхностиохлаждения.Для уменьшения напряженийприменяют закалку в двух средах,ступенчатую, изотермическуюзакалки, рис. 12.7.Обработка холодом (непрерывно).Рис. 12.7.1- непрерывное охдаждение ;2 – закалка в 2-х средах;3 – ступенчатая закалка;4 – изотермическая закалка.Технология и оборудование т/о сталей••••••Промышленная объѐмная т/о выполняется в специализированных цехах, оснащѐнных печами для закалки, нормализации,отжига и отпуска.Источником тепла являются электроэнергия (электропечи) илигазовые.Обычно т/о ведѐтся в заготовках, имеющих припуск на механическую обработку и не требует защиты поверхности от окисления.При необходимости защиты от окисления применяют соляные ищелочные печи-ванны.
Всѐ шире используется оборудование сзащитной атмосферой или т/о в вакууме.Охлаждение заготовок проводят в баках с водой, маслом, навоздухе.Для упрочнения поверхностных слоѐв применяют закалку наустановках ТВЧ, лазерных и ЭЛУ.•••Виды и производительность применяемого оборудования длят/о определяются номенклатурой материалов и деталей, требованиями технологического процесса, серийностью производстваи экономическими и экологическими нормативами.Кроме основного оборудования используется вспомогательное– подъѐмно-транспортное, КиПиА, испытательное, метрологическое, для очистки поверхности, вентиляционное и т.д.При большой серийности производства применяют автоматизированное и механизированное оборудование и линии.Вопросы для контроля:1. Назовите основные виды термообработки стали, применяемые вмашиностроении.
Укажите их назначение. Нарисуйте их схемы.2. Какой дефект структуры характерен для отливок, почему? Какая изпоказанных на рис. структур является Видманштеттовой, Укажите нарис. структурные составляющие.3. В каких случаях образуется строченая структура, в какихВидманштеттова? Оцените целесообразность их сохранения вструктуре стали. Дайте рекомендации.
Поясните.4. Сравните структуру и свойства углеродистой стали после отжига инормализации. В чѐм преимущество нормализации?5. Поясните отличие между полной и неполной закалкой. Покажите надиаграмме состояния температуры полной и неполной закалки. Длякаких сталей они применяются? Обоснуйте.6. Какие охлаждающие среды применяют при т/о? Для чего онинеобходимы?7. Какие процессы протекают на поверхности охлаждаемой детали,в чѐм их различие? Какие последствия имеет для деталейохлаждение в средах?8.
Какая т/о называется отпуском? Какая цель отпуска? После какойт/о проводится отпуск?9. Назовите этапы распада мартенсита при отпуске, опишитепервый этап. Какие изменения происходят на 1 этапе в структуре исвойствах стали? Назовите характерную структуру.10. Назовите этапы распада мартенсита при отпуске, опишитевторой этап. Какие изменения происходят на 2 этапе в структуре исвойствах стали? Назовите характерную структуру.11. Назовите этапы распада мартенсита при отпуске, опишитетретий этап.
Какие изменения происходят на 3 этапе в структуре исвойствах стали? Назовите характерную структуру.12. Как влияют ЛЭ на превращение при отпуске? Поясните.13. Что такое отпускная хрупкость? Какие типы отпускной хрупкости вызнаете?14 .Какая отпускная хрупкость может быть устранена, как?15. Какие меры предусматривают для защиты поверхности отокисления при т/о?16. Какое основное и вспомогательное оборудование применяют прит/о?ЛЕКЦИЯ 10ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СПЛАВОВУчебные вопросы:1.Общие сведения о ХТО2.Цементация сталей3.Азотирование сталей4.Нитроцементация5.Ионная ХТО сталей6.Другие виды ХТО сталейОсновная литература:(1) стр.
196- 220.(2) стр. 284-303.Дополнительная литература:(3) Лахтин Ю. М., Леонтьева В. П. Материаловедение, 1994г1. Общие сведения о ХТО•••В ряде случаев к материалу деталей машин и механизмовне предъявляется объѐмных требований по свойствам. Ихслужебные характеристики определяются свойствамиповерхностных слоѐв.Современное материаловедение активно развивается по путисоздания рабочих слоѐв с заданными характеристиками.Одним из способов создания таких слоѐв является ХТО –диффузионное насыщение ЛЭ поверхностного слоя деталей сцелью получения заданных свойств, рис.
13.1.СердцевинаПоверхностныйслойРис. 13.1.• ХТО применяют для повышения твѐрдости, износостойкости,сопротивления усталости, контактной прочности, коррозионнойстойкости, теплостойкости и др.• Различают три стадии процесса ХТО, рис. 13.2• 1.Доставка и активация ЛЭ у рабочей поверхности.• 2.Адсорбция ЛЭ на поверхности детали, создание необходимойконцентрации.• 3.Диффузия (проникновение) ЛЭ в Ме, взаимодействие сосновным Ме.123МеИсточник ЛЭПоверхностьдеталиРис.
13.2• Фазовые и структурные изменения, происходящие на 3 этапе,могут быть описаны с помощью ДС. Двухфазные области необразуются, т. к. в этом случае невозможен градиент концентраций.• Процесс подчиняется общим законам диффузии. Толщина слояпри постоянной температуре∆=k1√ η,• а при η=const∆=k2 е(-Q/2RT)• Здесь k1, k2 – константы, Q – энергия активации диффузии; R –газовая постоянная, T – температура.• При постоянных времени и температуре процесса толщина слоятем выше, чем выше концентрация ЛЭ на поверхности Ме.• Основное применение имеют насыщение из твѐрдых, газовых ижидких сред.• Активация возможна термическая, тлеющим разрядом.2.Цементация сталей•••Цементация – диффузионное насыщение углеродом, простойи эффективный способ получения износостойких, твѐрдых слоѐв.
После цементации детали подвергают закалке и отпуску.Содержание С на поверхности составляет 0,8-1,2%С, структураотпущенного М с мелкими сферическими карбидами, твѐрдостьповерхности составляет 750-950 НV. Сердцевина деталисодержит 0,08-0,25%С и остаѐтся вязкой, рис.13.3.Поверхность, не подлежащая Ц защищается гальваническиммеднением.Рис.13.3Виды цементации•••Среда, в которой проводят цементацию называется карбюризатором.Применение находят твѐрдые и газовые карбюризаторы.
Втвѐрдом сначала образуется газовый. Твѐрдый обычно состоитиз древесного угля + 20-25% ВаСО3 для ускорения процесса и3-5% СаСО3, чтобы не спекались частицы карбюризатора.Детали, укладывают в контейнер, пересыпают карбюризатором,герметизируют и выдерживают при 910-930°С из расчѐта 1 час=0,1мм цементованного слоя.•В карбюризаторе идут реакции2С+О2→ 2СО; ВаСО3 + С →ВаО + 2СО;↔СО2 + С.•Рабочая реакция•Сталь при рабочей температуре имеет структуру А.2СО•Газовую цементацию проводят в среде метана или в парахуглеводородов - керосина, бензола.•Ведущие реакции в метане СН4 → 2Н2+С и 2СО•В зависимости от состава смеси может быть науглероживающая, нейтральная и обезуглероживающая атмосфера,которая определяется углеродным потенциалом.Чтобы процесс шѐл, необходимо, чтобы углеродный потенциалбыл выше, чем концентрация С на поверхности.Скорость роста слоя при газовой цементации выше, чем в твѐрдом карбюризаторе.В МГТУ разработаны процессы вакуумной и ионной цементации, проводимые в тлеющем разряде.
Их отличают высокаяточность, регулирование процесса, получение качественныходнородных слоѐв, высокая скорость.Структура слоя показана на рис. 13.4.••••↔СО2 + С.•••••Различают полную и эффективную толщины цементованного слоя, рис. 13.3.Эффекивная толщина =заэвтектоидная + эвтектоидная +0,5 доэвтектоидной.Обычно ∆эф =0,5-1,8 до 6мм.Структура крупнозернистаяиз-за длительной выдержкипри температуре 930°С.В ответственных случаяхцементованные деталиподвергают сложной т/о дляполучения мелкозернистойструктуры – двух закалок инизкого отпуска, рис.13.5.С, %0,81,2hэфГлубинаслоя, ммРис.13.4.
Цементация х200.1-заэвтектоидный слой;2- эвтектоидный3.-доэвтектоидный слой.Рис.13.5. I- цементация; II- двойная закалка; III- отпуск.• Нагрев до Ас3 +50°С вызывает перекристаллизацию сердцевины детали, но не изменяет цементованный слой. Чтобы недопустить П превращения проводят закалку с цементационногонагрева. При второй закалке нагрев до Ас1 + 50°С. Втораязакалка даѐт мелкое зерно в цементованном слое.
Завершаютт/о низким отпуском при 160-200°С, устраняя остаточныенапряжения и сохраняя твѐрдость. Структура слоя отпущенный М + глобулярные карбиды.• Структура сердцевины (обычно малоуглеродистые стали) - помарке стали и т/о.••При массовом производстве,варианте газовой цементации, мелкозернистых сталяхили неответственных деталях применяют упрощѐннуюсхему с однократной закалкой, рис. 13.6.Газовая цементация протекает в 3-4 раза быстрее,легкорегулируетсяиавтоматизируется.Рис.13.6.
I- цементация;II- подстуживание;III-закалка, IV- отпуск.3. Азотирование сталей••••••Диффузионное насыщение азотом поверхностных слоѐв Меназывается азотированием.Азотирование применяют для повышения износостойкости,предела выносливости, коррозионной стойкости и др.Азотированию подлежат те же стали что и цементируемые,эффект выше для ЛЭ, дающих нитриды.До азотирования детали должны быть т/о на улучшение и чистовой обработке.
После азотирования –шлифуют и полируют.Азотирование проводят при 500-600°С в среде диссоциированного аммиака в изолированных муфелях или контейнерах.Основная реакция 2NH3→2N +3Н2.Ионы азота диффундируют в Ме. Формирование фазовогосостава азотированного слоя по ДС Fe-N. При рабочих темпера-турах ε+γ, при комнатных ε+γ’. ε- фаза коррозионно устойчива вводе и влажной атмосфере.••••••ε и γ’ фазы имеют твѐрдость 450-550НV. Значительно большеможно получить с сильными нитридообразующими ЛЭ (Cr, Al,V, Ti, Мо) – до 1200НV. Это выше чем в цементованных с ЛЭ.Азотирование более длительная операция, чем цементирование, до 50-60 часов на 0,5 мм слоя, используется реже из-запродолжительности процесса. Не приводит к короблению,поэтому не требует шлифовки, не изменяет размер зерна А.4.НитроцементацияПри совместном насыщении С и N процесс проводят при 850°С,что позволяет ограничить рост зерна, а закалку проводить стехнологического нагрева.
Такой процесс называюткарбонитрацией или нитроцементацией. Насыщение ведутв смеси цементирующего газа +5% NН3.Распространена нитроцементация из расплавов цианистыхсолей (ядовиты!!). t=820-850°С, Vдиф ≈0,3мм/час. Содержит≈0,7% С + 1%N, НРс≈62.Состав ванны 20-25% NaCN 25-50%; NaCl; 25-50% Na2CО3.Основной недостаток – специальные меры по охране труда иокружающей среды.•••Разработаны низкотемпературные процессы («Карбонитрация»,«Тенифер», «Мелонайт»)из расплавов НЕ токсичных солей,содержащих цианаты, карбонаты.
Процесс ведут при 530570 °С.Карбонитрацию применяют для быстрорежущего и штамповогоинструмента, для деталей нагруженных зубчатых передачавтомобильной, тракторной и военной техники.5.Ионная ХТО сталейПри ИХТО в разреженной газовой среде между деталью(катодом) и стенкой вакуумной камеры (анодом), возбуждаетсятлеющий газовый разряд, рис. 13.7.ДетальУскоряющееэлектрическоеполеАтомы NВакуумнаякамераРис.13.7.• ИХТО – хорошо управляемый, экологически чистыйтехнологический процесс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
