Курс лекций материаловедение автор доцент В. М. Александров Архангельск 2010 План лекций и распределение часов по разделам




НазваниеКурс лекций материаловедение автор доцент В. М. Александров Архангельск 2010 План лекций и распределение часов по разделам
страница9/24
Дата публикации13.08.2013
Размер2.37 Mb.
ТипДокументы
shkolnie.ru > Физика > Документы
1   ...   5   6   7   8   9   10   11   12   ...   24

^ 2. Диффузионное насыщение углеродом и азотом.
Углерод и азот легко усваиваются поверхностью стали, образуют с железом твёрдые растворы внедрения и сравнительно быстро диффундируют в стали, образуя слой значительной толщины.
Цементация стали – технологический процесс диффузионного насыщения углеродом. Концентрация углерода на поверхности стальной детали доводится до 0,8 – 1%. Сердцевина детали, содержащая 0,08 – 0,25%С, остаётся вязкой, а поверхности, не подлежащие цементации, защищаются гальваническим омеднением. Толщина медного слоя составляет 0,02 – 0,05 мм.

Цементации обычно подвергают такие детали машин, которые должны иметь износостойкую рабочую поверхность и вязкую сердцевину: зубчатые колёса, валы и пальцы, распределительные валики, кулачки, червяки и т.д.
Карбюризатор – исходная среда для цементации (науглероживание). В основном применяют два способа цементации:

  • В твёрдом карбюризаторе: древесный уголь + добавки углекислого бария.

  • Газовый карбюризатор: разбавленный природный газ (состоящий почти полностью из метана: СН4 → 2Н2 + С ), а также жидкие углеводороды (керосин, бензол и др.), каплями подаваемые в герметичное рабочее пространство печи, где они образуют активную газовую среду.


Структура цементованного слоя. Наружная часть слоя, содержащая более 0,8%С, имеет структуру заэвтектойдных сталей – перлит и вторичный цементит в виде сетки по границам зёрен. Средняя часть слоя, имеющая эвтектойдную концентрацию, состоит из перлита. Далее по направлению к сердцевине концентрация углерода уменьшается, структура соответствует доэвтектойдной стали, причём количество перлита уменьшается при приближении к сердцевине.

Эффективная толщина цементованного слоя обычно составляет 0,5 – 1,8 мм и в исключительных случаях достигает 6 мм при больших контактных нагрузках на цементованную поверхность.
^ Надо помнить, что структура после цементации получается крупнозернистой в связи с длительной выдержкой деталей при температуре науглероживания. Длительность изотермической выдержки при цементации зависит от заданной толщины слоя и марки цементируемой стали.
Термическая обработка после цементации. В зависимости от условий работы, а также от выбранной для изготовления детали стали и получения заданного комплекса свойств после цементации режим упрочняющей термической обработки может быть различным:

  • Для тяжелонагруженных трущихся деталей машин, испытывающих в условиях работы динамическое нагружение, в результате термической обработки нужно получить не только высокую поверхностную твёрдость, но и высокую прочность (например, для зубчатых колёс – высокая прочность на изгиб) и высокую ударную вязкость. Для обеспечения указанных свойств требуется получить мелкое зерно как на поверхности детали, так и в сердцевине. В таких ответственных случаях цементованные детали подвергают сложной термической обработке, состоящей из двух последовательно проводимых закалок и низкого отпуска.

При первой закалке деталь нагревают до температуры на 30-50оС выше температуры А3 цементируемой стали. Это обеспечит перекристаллизацию сердцевины детали с образованием мелкого аустенитного зерна, что в свою очередь обеспечит мелкозернистость продуктов распада.

При второй закалке деталь нагревают до температуры на 30-50оС выше температуры А1. в процессе нагрева мартенсит, полученный в результате первой закалки, отпускается, что сопровождается образованием глобулярных карбидов, которые в определённом количестве сохраняются после неполной закалки в поверхностной заэвтектойдной части слоя, увеличивая его твёрдость. Вторая закалка обеспечивает также мелкое зерно в науглероженном слое.

Окончательной операцией термической обработки является низкий отпуск при 160-200оС, уменьшающий остаточные напряжения и не снижающий твёрдости стали.
Структура после двойной закалки и низкого отпуска – отпущенный мартенсит с включениями глобулярных карбидов. Структура сердцевины детали зависит от легированности стали. В углеродистых сталях в сердцевине получается сорбитная структура. В легированных сталях, в зависимости от количества легирующих элементов, может получиться бейнит или низкоуглеродистый мартенсит. Во всех случаях из-за низкого содержания углерода будет обеспечена достаточно высокая ударная вязкость.


  • Детали менее ответственного назначения после цементации подвергают более простой термической обработке, состоящей из одной закалки и низкого отпуска.

Если для цементации выбирают природно мелкозернистые стали и содержание углерода на поверхности близко к эвтектойдному, то и при одной закалке получают удовлетворительные свойства, как в сердцевине, так и в цементованном слое. Однократная закалка широко используется на заводах массового производства, где цементацию ведут в газовом карбюризаторе. Выгодно и удобно закалку проводить с температур цементации. Цементованные детали подвергают шлифованию.

Азотирование стали – процесс диффузионного насыщения азотом поверхностной зоны деталей.
Цель: повысить износостойкость и предел выносливости деталей машин (коленчатые валы, гильзы цилиндров, червяки, валики и др.)
До азотирования детали подвергают закалке и высокому отпуску (улучшению) и чистовой обработке. После азотирования детали шлифуют или полируют.

Обычно азотирование проводят при температуре 500-600оС в муфелях или контейнерах, через которые пропускается диссоциирующий (лат. диссоциация – распадение молекул на несколько более простых частиц) аммиак.

Вероятно, что на стальной поверхности происходит реакция диссоциации аммиака с выделением ионов азота, которые адсорбируются поверхностью детали, а затем диффундируют в глубь.
2NН3 → N2 + 3Н2 при нагреве
Азотированная сталь, имеющая на поверхности слой έ-фазы, коррозионно-стойка в воде и в атмосферных условиях. Высокие твёрдость и износостойкость получаются после азотирования комплексно-легированных сталей. Например : сталь 38Х2МЮА – твёрдость азотированного слоя достигает 12000НV. Молибден также устраняет отпускную хрупкость, которая может возникнуть при медленном охлаждении от температуры азотирования.
Процесс азотирования – весьма длительная операция. Требуется от 40 до 55 час. Для получения диффузионной зоны толщиной около 0,5 мм.
Надо помнить: по сравнению с цементованными азотированные слои легированных сталей имеют более высокие твёрдость и износостойкость. Однако азотирование используют реже, чем цементацию, из-за большой длительности процесса и меньшей толщины упрочнённого слоя, что ограничивает величину контактных нагрузок на поверхность детали.

Одновременное насыщение поверхности стали углеродом и азотом (нитроцементация).
Исследования показали, что в ряде случаев совместное диффузионное насыщение стали азотом и углеродом позволяет получить определённые преимущества.

Например: азот способствует диффузии углерода, поэтому можно понизить температуру диффузионного насыщения до 850оС и получить такое же науглероживание, как при цементации. В этом случае уменьшится рост зерна аустенита и последующую закалку можно проводить сразу же после некоторого подстуживания.

Нитроцементованный слой хорошо сопротивляется износу и коррозии.
Нитроцементацию широко применяют на автомобильных и тракторных заводах для упрочнения поверхностей нешлифуемых деталей.
^ Существенный недостаток цианирования – ядовитость цианистых солей (ионов СN-), что требует принятия специальных мер по охране труда и окружающей среды.
^ Для информации: разработаны низкотемпературные процессы насыщения азотом и углеродом из расплавов нетоксичных солей – цианатов и карбонатов. Такие процессы известны под названием «Карбонитрация» (Россия), «Тенифер» (Германия) и «Мелонайт» (США).
Специальными мерами (продувка ванны воздухом, охлаждение деталей в расплаве едкого натра и нитрита натрия) добиваются ликвидации образования ионов [CN-].
Для повышения стойкости быстрорежущего инструмента после закалки и высокого отпуска проводят карбонитрацию.

В зависимости от вида инструмента режим процесса устанавливают в следующих пределах: температура расплава 530-570оС, время выдержки 5-30 мин.

^ 3. Диффузионное насыщение сплавов металлами и неметаллами.
Для многих деталей теплоэнергетического машиностроения требуется жаростойкие покрытия. Их поверхность должна хорошо сопротивляться окислительному действию рабочей или окружающей среды. Традиционными способами получения таких покрытий являются алитирование (алюминирование), хромирование, силицирование из порошковых смесей, содержащих диффундирующий элемент и нейтральный порошок (шамот, глинозём и др.) для предотвращения спекания смеси.

Насыщаемые детали вместе с порошком упаковывают в металлические контейнеры с плавкими затворами (для выхода более лёгких газов – водорода, азота и хлористого водорода), нагревают в печи до 1000-1200оС и выдерживают несколько часов для получения диффузионных слоёв заданных толщины и структуры.

Циркуляционным методом можно проводить диффузионное насыщение не только алюминием, кремнием, хромом, но и рядом других элементов, как в отдельности, так и совместно в специальной установке.
^ Движущая сила циркуляционного процесса – перепад парциального давления газа-переносчика диффундирующего элемента между зонами расположения исходного материала и насыщаемого сплава. Перепад давлений порождается либо перепадом температур, либо перепадом активностей диффундирующего элемента в исходном материале и на поверхности насыщаемых деталей.

Для получения равномерных покрытий на деталях в муфеле циркуляционной установки поддерживается реверсируемое движение газовой среды.

Циркуляционный метод позволяет получать качественные диффузионные многокомпонентные покрытия в химически чистой газовой смеси, без балластных добавок и попутного насыщения другими элементами.

Диффузионные покрытия можно также получать в расплавленных жидких средах.

В промышленности наиболее широкое применение получил способ борирование сталей в расплавах буры с добавками восстановителей – карбидов бора и кремния (70% Nа2В4О7 + 30% В4С или 70% Nа2В4О7 + 30% SiС). Насыщение бором проводят при температуре 850-1050оС в течение 2-3 час. Боридные покрытия обладают высокой износостойкостью. Износостойкость борированной стали 45 в условиях трения скольжения выше в 4-6 раз износостойкости цементованных и в 1,5-3 раза нитроцементованных сталей.

Износостойкость двухфазных боридных слоёв (Fe2B) в 1,5-2 раза выше износостойкости однофазных слоёв (Fe2B), а в условиях абразивного изнашивания находятся на уровне износостойкости хромированных сталей.

Борированные стали хорошо сопротивляются действию ^ 10%-ной серной и 30%-ной соляной кислоты, а также обладают высокой коррозионной стойкостью в 40%-ной фосфорной кислоте.
Диффузионные покрытия, нанесённые способами алитирования, хромирования, силицирования способны защищать детали от окисления при высоких температурах, так как на их поверхности в окислительной среде образуются плотные плёнки из Аl2O3, Cr2O3 и SiO2, препятствующие диффузии кислорода.

Хромирование среднеуглеродистых сталей (0,3-0,4%С) приводит к повышению поверхностной твёрдости и износостойкости, так как на поверхности образуется тонкий слой (0,025-0,030 мм) карбида (Сr, Fе)7С3 или (Сr, Fе)23С6 с твёрдостью НV 12000-13000. несмотря на низкую твёрдость (НV 2000-3000), силицированный слой хорошо сопротивляется износу после предварительной пропитки маслом при 170-200оС.

Хромированные стали устойчивы к коррозии в 3%-ном водном растворе хлористого натрия (морской воде), но лучшие результаты получены после цирконоалитирования и титаноалитирования сталей. Хромированные высокоуглеродистые стали обладают хорошей коррозионной стойкостью к действию 50%-ных водных растворов уксусной кислоты.
^ Надо помнить, что обработанные по оптимальным режимам диффузионного насыщения углеродистые стали по кислотостойкости, не уступят дорогим хромоникелевым аустенитным сталям.

Конструкционная прочность материалов

^ 1. Общие требования, предъявляемые к конструкционным материалам.

Факторы, которые определяют работу конструкционных материалов:


  • Статические, циклические и ударные нагрузки;

  • Низкие и высокие температуры;

  • Контакт с различными средами;


Эти факторы определяют требования к конструкционным материалам, основные из которых – эксплуатационные, технологические, экономические.


Эксплуатационные требования имеют первостепенное значение. Для того чтобы обеспечить работоспособность конкретных машин и приборов, конструкционный материал должен иметь высокую конструкционную прочность.

Конструкционной прочностью называется комплекс механических свойств, обеспечивающих надёжную и длительную работу материала в условиях эксплуатации.
^ Надо помнить, что требуемые характеристики механических свойств материала для конкретного изделия зависят не только от силовых факторов, но и воздействия на него рабочей среды и температуры.

Рабочая среда – жидкая, газообразная, ионизированная, радиационная, как правило, оказывает отрицательное влияние на механические свойства материала (коррозионное растрескивание, окисление, изменение химического состава и как результат охрупчивание и т.д.)

Температурный диапазон от -269 до 2000оС. От материала требуется – жаропрочность, а при низких температурах – хладостойкость.


Технологические требования направлены на обеспечение наименьшей трудоёмкости изготовления деталей и конструкций. Технологичность материала характеризует возможные методы его обработки. Она оценивается: обрабатываемостью резанием, давлением, свариваемостью, способностью к литью, прокаливаемостью, склонностью к деформации и короблению при термической обработке. От неё зависят производительность и качество изготовления детали.

Экономические требования сводятся к тому, чтобы материал имел невысокую стоимость и был доступным. Использование материалов, содержащих легирующие элементы (особенно дефицитные), должно быть обоснованно повышением эксплуатационных свойств детали. Эти требования приобретают особое значение при массовом масштабе производства.
1   ...   5   6   7   8   9   10   11   12   ...   24

Похожие:

Курс лекций материаловедение автор доцент В. М. Александров Архангельск 2010 План лекций и распределение часов по разделам iconТехнология сбис курс лекций. Объем 36 часов. Составитель: доцент коф петрГУ
Преимущества кремниевой технологии. Требования к кремнию как к материалу для микроэлектронной промышленности
Курс лекций материаловедение автор доцент В. М. Александров Архангельск 2010 План лекций и распределение часов по разделам iconКурс лекций Валерий Васильевич Вандышев Уголовный процесс. Курс лекций...
В 17 Уголовный процесс. Курс лекций. — Спб.: Питер, 2002. — 528 с. — (Серия «Учебники для вузов»)
Курс лекций материаловедение автор доцент В. М. Александров Архангельск 2010 План лекций и распределение часов по разделам iconКурс лекций по предмету “Материаловедение и ткм”
Износостойкость в больше,чем при шлифовке. Для коленчатых валов предел выносливости повышается на. 48
Курс лекций материаловедение автор доцент В. М. Александров Архангельск 2010 План лекций и распределение часов по разделам iconЛекция психосексуальное развитие. Возрастная динамика взаимоотношения полов 15
Основы семейной психопедагогики (курс лекций) / В. И. Короткий. — Архангельск: М'арт, 2003. — 178 с
Курс лекций материаловедение автор доцент В. М. Александров Архангельск 2010 План лекций и распределение часов по разделам iconКурс лекций москва издательство "юридическая литература" 1997
Атаманчук Г. В. Теория государственного управления. Kvpc лекций — М.: Юрид лит., 1997. — 400 с
Курс лекций материаловедение автор доцент В. М. Александров Архангельск 2010 План лекций и распределение часов по разделам iconКурс лекций Харьков 2002 Рецензенты: директор Института социальных...
Курс лекций по истории политических и правовых учений подготовлен в соответствии с программой данной дисциплины, с
Курс лекций материаловедение автор доцент В. М. Александров Архангельск 2010 План лекций и распределение часов по разделам iconНа научно-образовательный материал «Курс видео-лекций по дисциплине...
Рассматриваемый курс видео-лекций может быть использован в системе повышения квалификации специалистов электроэнергетического профиля,...
Курс лекций материаловедение автор доцент В. М. Александров Архангельск 2010 План лекций и распределение часов по разделам iconУтверждаю: Ректор университета, В. А. Колесников “ 5“
Преподавание курса осуществляется на 4-ом или 5-ом семестрах при общем объеме, равном 102 часам, который включает 16 часов лекций,...
Курс лекций материаловедение автор доцент В. М. Александров Архангельск 2010 План лекций и распределение часов по разделам iconКурс лекций москва инфра-м 2002 Кононенко Б. И. Основы культурологии: Курс лекций. М.: Инфра-м
В нем в доступной форме раскрываются и выделяют­ся шрифтовой гаммой основные категории и пеня;!' I, что позволит сту­дентам быстро...
Курс лекций материаловедение автор доцент В. М. Александров Архангельск 2010 План лекций и распределение часов по разделам iconПрограмма элективного курса
Курс «История сословий в России» рассчитана на 17 часов для изучения в 10 классе профильной школы. Он охватывает период с IX до конца...
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2014
shkolnie.ru
Главная страница