трусики женские украина

На головну

 Хіміко-термічна обробка - Технологія

увашскій державний університет ім. І. Н. Ульянова Кафедра матеріалознавства. РЕФЕРАТ Хіміко-термічна обробка:

Цементація, азотування, ціанування.

Виконав:

Студент гр. МС-12-98

Карпов С. Н.

Перевірив

Викладач

Алексєєва Н. А.

Чебоксари, 1999 год.Хіміко-термічна обробка сталі. Цементації.

Цементація - найпоширеніший у машинобудуванні спосіб хіміко-термічної обробки сталевих деталей - застосовується для отримання високої поверхневої твердості, зносостійкості і втомної міцності деталей. Ці властивості досягаються збагаченням поверхневого шару низьковуглецевої і нелегованої сталі вуглецем до концентрації евтектоїдной або заевтектоідной і наступною термічною обробкою, що повідомляє поверхневому шару структуру мартенситу з тим чи іншим залишковим кількістю залишкового аустеніту і карбідів.

Глибина цементованого шару зазвичай знаходиться в межах 0,5 - 2,0 мм (іноді для дрібних деталей в межах 0,1 - 0,3 мм, а для великих - більше 2,0 мм). Цементацію сталевих деталей здійснюють в твердих, газових і рідких карбюризаторів. За останні роки все більший розвиток отримує газова цементація.Діффузія вуглецю в сталь.

За кількісній характеристиці дифузії вуглецю в залізо накопичені численні дані.

Коефіцієнт дифузії вуглецю в ?-залізо більш ніж на порядок вище, ніж в ?-залізо, яке має значно більш щільно упаковану ґрати.

Дифузія вуглецю в фериті обумовлює можливість протікання таких низькотемпературних процесів, як коагуляція і сфероідізація карбідів в отожженной сталі, карбідоутворення при відпустці загартованої сталі, графітизація і т. Д. Однак, цементація при температурах існування ?-заліза не проводиться зважаючи нікчемною розчинності в цій фазі вуглецю . Цементація проводиться при температурах 920-950?С і вище, при яких сталь знаходиться в аустенітному стані.

Концентраційна залежність коефіцієнта дифузії вуглецю в аустеніт виражається рівнянням:

Dc = (0,07 + 0,06C%) e-32000 / RT

Або за іншими даними:

Dc = (0,04 + 0,08C%) e-31350 / RT.

З наведених залежностей випливає, що коефіцієнт дифузії вуглецю в аустеніт збільшується зі збільшенням вмісту вуглецю в сталі. Це, очевидно, пов'язано зі збільшенням спотворення кристалічної решітки аустеніту і термодинамічної активністю вуглецю.

Легуючі елементи істотно впливають на дифузію вуглецю в аустеніт, що пов'язано з спотворенням кристалічної решітки, зміною енергії межатомной зв'язку в твердому розчині і термодинамічної активності вуглецю.

Результати вивчення впливу легуючих елементів на коефіцієнт дифузії вуглецю в аустеніт при 1100оС наведені на малюнку 1. При інших температурах вплив деяких елементів на коефіцієнт дифузії вуглецю в аустеніт змінюється. карбидообразующие елементи зазвичай уповільнюють, а некарбідообразующіе прискорюють дифузію вуглецю. Однак, слід зауважити, що це узагальнення вимагає істотного уточнення. Так, наприклад, кремній збільшує коефіцієнт дифузії вуглецю в аустеніт при низьких температурах (нижче 950оС), що узгоджується з поданням про кремнії як про некарбідообразующем елементі, искажающем кристалічну решітку аустеніту і внаслідок цього ускоряющем діффузію.Сталь для цементації.

Цементовані деталі після відповідної термічної обробки повинні мати твердий, міцний поверхневий шар, стійкий проти зносу і продавлювання, і досить міцну і в'язку серцевину. У зв'язку з останнім вимогою для цементації застосовують низкоуглеродистую сталь, що містить 0,08 - 0,25% С.

В останні роки для високонавантажених зубчастих коліс та інших відповідальних, у тому числі великих, деталей почали використовувати цементуемие сталь з більш високим (0,25 - 0,35%) вмістом вуглецю. Тому виявилося можливим зменшити глибину цементованного шару, не побоюючись його продавлювання при великих навантаженнях, запобігти передчасному руйнуванню поверхневого шару через пластичної деформації шарів металу, що лежать безпосередньо під цим шаром, а також гартувати серцевину з більш низької температури без перегріву цементованного шару.

Позитивний вплив підвищення вмісту вуглецю в цементованной стали відзначалося і в ряді наступних робіт. Показано, що збільшення вмісту в деяких сталях вуглецю підвищує межу їхньої витривалості лише у разі одночасного деякого зниження глибини цементованного шару.

Для цементації широко використовують низкоуглеродистую якісну сталь (08, 10, 15 і 20) і автоматну сталь (А12, А15, А15Г, А20), а для невідповідальних деталей низкоуглеродистую сталь звичайної або підвищеної якості (Ст.2, Ст.3, Ст. 4, Ст.5, М12, М16, Б09, Б16 та ін.). відповідальні вироби виготовляють з легованої сталі.

Основне призначення легуючих елементів в цементуемие стали - підвищення її прокаливаемости і механічних властивостей серцевини. Більшості легуючих елементів знижує схильність зерна стали до зростання при нагріванні, а деякі з них покращують механічні властивості цементованного слоя.Цементація в різних середовищах.

Цементація в твердому карбюризаторі.

Цементація в твердому карбюризаторі з нагріванням струмом високої частоти (далі т. В. Ч.).

Цементація в пастах.

Цементація в пастах з нагріванням т. В. ч.

Газова цементація.

Високотемпературна газова цементація сталі в печах.

Цементація з нагріванням т. В. ч.

Іонна цементація.

Газова цементація киснево-ацетиленовим полум'ям.

Цементація в рідкому середовищі.

Цементація в розплавленому чавуні.

Як видно з наведеного списку видів цементації, їх існує досить багато. Зупинимося докладніше на газової цементації, оскільки вона використовується досить часто.Газовая цементація.

Можливість цементації стали в газовому середовищі була показана ще в роботі П. П. Аносова, виконаної в 1837 році. Однак тільки майже через сто років (в 1935 г.) цей процес почали вперше впроваджувати у виробництво в високопродуктивних муфельних печах безперервної дії на автозаводі ім. Лихачова. При цьому в якості газового карбюризатора була використана середу, одержувана при піролізі і крекінгу гасу.

Для газової цементації поки ще часто застосовують шахтні муфельні печі і печі безперервної дії з довгими горизонтальними муфель з окаліностойкость сплаву. Зрідка застосовують також печі з обертовими ретортами. В останні роки почали отримувати все більше поширення безмуфельні печі безперервної дії, що нагріваються випромінюють трубками зі сталі Х23Н18 або Х18Н25С2.

Деталі завантажують в печі в піддонах (в кошиках) або в різні пристрої, на яких вони розташовуються на відстані 5 - 10 мм між цементуемие поверхнями; дрібні деталі завантажують навалом на етажерки, що поміщаються в кошики.

Для газової цементації використовують різні карбюрізатори - гази: природний (92 - 97% СН4); природний розбавлений для міських потреб (60 - 90% СН4); світильний (20 - 35% СН4, 5 - 25% СО): нафтовий (50 - 60% СН4): коксовий (20 - 25% СН4, 4 - 10% СО); зріджені: пропан, бутан, пропан-бутанова суміш.

Складні вуглеводні, які входять до складу карбюризаторів або утворюються при з розкладанні в результаті ряду проміжних реакцій, розпадаються в основному до метану. При крекінгу вуглеводнів, який виробляється для зниження їх активності або отримання ендогаз, утворюється також СО. Таким чином, хімізм виділення атомарного вуглецю при газової цементації зводиться до розпаду метану і окису вуглецю.

СН4 = С + 2Н2.

2СО = СО2 + С.

Метан є більш активним карбюризатором ніж окис. Для науглероживания заліза при 900-10000С в суміші СН4; -Н2достаточно наявності всього лише кількох відсотків метану, тоді як для цементації в суміші СО-СО2необходіма концентрація близько 95-97% СО.Свойства цементованной сталі.

Оптимальний вміст вуглецю в поверхневій зоні цементованного шару більшості сталей 0,8-0,9% C, при такому його кількості сталь має високу зносостійкість. Подальше збільшення вміст вуглецю зменшує межі витривалості і міцності стали при статичних та динамічних випробуваннях. Однак найбільш зносостійкий цементованний шар при кілька підвищеному вмісті в ньому вуглецю (за деякими даними до 1,2% С). при цьому після термічної обробки цементованний шар повинен мати структуру мелкоігольчатого або ськритокрісталлічеського мартенситу з дрібними глобулу карбідів і невеликою кількістю залишкового аустеніту.

Цементація підвищує межу витривалості сталі. Пояснюється це, виникненням в шарі залишкових стискаючих напружень у зв'язку з неоднаковим зміною обсягу шару і серцевини стали в процесі цементації і гарту. Найбільше підвищення межі витривалості досягається при цементації на порівняно невелику глибину, коли цементованний шар набуває після гарту мартенситную структуру з мінімальною кількістю залишкового аустеніту, в результаті чого в шарі виникають максимальні стискаючі напруги.

Азотування.

Азотуванням (азотізаціей або нітрування) стали називається процес поверхневого насичення стали азотом.

Азотуванню, як і цементації, піддають деталі, що працюють на знос і сприймають знакозмінні навантаження. Азотированного деталі мають такі переваги: ??високу твердість, зносостійкість, теплостійкість і корозійну стійкість. Так як азотуванню піддають в основному леговані стали певних складів і процес має більшу тривалість (30-60 год.), Застосування його виявляється економічно доцільним лише для обробки відповідальних інструментів і деталей авіамоторів, дизелів, турбін, приладів і т. П.

Насичуваність заліза молекулярним азотом при атмосферному тиску і температурі до 15000С невелика, однак її можна збільшити, створивши в печі високий тиск (кілька сот атмосфер). Але цей спосіб насичення заліза азотом поки не представляє практичного інтересу зважаючи на його трудомісткості.

Для насичення доцільніше використовувати атомарний азот, що утворюється в момент розкладання сполук, що містять цей елемент. В якості такого з'єднання зазвичай застосовують аміак, дисоціація якого супроводжується виділенням азоту в атомарному активному стані, який, однак, незабаром переходить в молекулярне стан і втрачає свою активність:

2NH3 = 2N + 6H

2N N2

6H 3H2.

Тому азотування інтенсивно протікає лише в тому випадку, коли дисоціація аміаку відбувається в безпосередній близькості від азотіруемой поверхності.Сталі для азотування.

Все ширше застосовується азотування аустенітних і нержавіючих теплостійких сталей.

Аустенітна сталь, як відомо, має низьку зносостійкість, але в той же час має ряд цінних властивостей: Парамагнітна, високу жароміцних, окаліностойкостью, корозійної стійкістю і високою ударною в'язкістю при температурі нижче 00С.

Азотування - найбільш ефективний спосіб підвищення зносостійкості аустенітних нержавіючих сталей.

У ряді зарубіжних робіт висвітлені результати досліджень сталей, що містять титан. Ці стали азотіруются швидше, ніж хромомолібденоаллюмініевая, і відрізняються більш високою поверхневою твердістю і красностойкостью.

Розроблено сталь, що містить 18% Ni, насичення азотом при 425-4550С протягом 20 год призводить до перетворення в поверхневому шарі фериту в аустеніт, а останній, при охолодженні на повітрі перетворюється в мартенсит.

Рекомендовано піддавати азотуванню (замість ціанування) інструмент з швидкорізальних сталей Р9 і Р18.

Азотуванню піддають також деталі з високоміцного магнієвого чавуну (зокрема, колінчаті вали тепловоза і деталі зі спеціальних чавунів, легованих алюмінієм) .властивості азотированного легованої сталі.

Азотований шар має високу твердість і зносостійкість. Зносостійкість азотированного стали в 1,5-4 рази вище зносостійкості загартованих високовуглецевих, цементованних, а також ціановані і нітроцементованних сталей.

Азотування знижує в'язкість стали, підвищує її міцність, послаблює вплив концентраторів напружень на зниження межі витривалості сталі і істотно підвищує межу витривалості, особливо тонких деталей і деталей, що працюють в деяких корозійних середовищах.

Азотування підвищує опір задіраемості і налипання металу під навантаженням і особливо при підвищених температурах.

Азотований сталь володіє теплостійкістю (красностойкостью), і її твердість зберігається після впливу високих температур. Наприклад, сталь 38ХМЮА зберігає свою твердість при нагріванні до 500-5200С протягом декількох десятків годин. Ще більшу стійкість твердості проти впливу температур (до 6000С) має аустенитная сталь. Однак при тривалій експлуатації в умовах високих температур азотований шар поступово розсмоктується, на поверхні утворюються оксиди і відбувається глибока дифузія кисню по нітрідним прожилкам, що утворюється як у процесі азотування, так і при тривалому нагріванні під час експлуатації.

В результаті азотування корозійна стійкість конструкційної сталі (в середовищі повітря, водопровідній воді, перегрітому парі, слабких лужних розчинах) підвищується і, навпаки, аустенитной хромонікелевої і нержавіючої хромової сталі деяких марок знижується. Окаліностойкость останніх сталей також знижується. Це пояснюється тим, що в азотированного шарі цих сталей з твердого розчину усувається значна частина хрому, що входить до складу утворених нітридів. У аустенітної сталі деяких складів, наприклад з малим вмістом нікелю, це може супроводжуватися навіть випаданням в азотированного шарі ?-фази, в результаті чого поверхневий шар стає злегка магнітним.

Азотований сталь має високу ерозійної стійкістю в потоках гарячої води і водяної пара.Ціанірованіе.

Для ціанування на невелику глибину використовують ванни складом:

№1 NaCN 20-25%, NaCl 25-50%, Na2CO325-50%, температура ціанування 840-8700С, тривалість процесу - 1ч.

№2 цианплав ГІПХ 9%, NaCl 36%? CaCl255%.

Реакції йдуть у ванні №1:

2NaCN + O2 = 2NaCNO

2NaCNO + o2 = Na2CO3 + 2N + CO.

реакції йдуть у ванні №2:

Ca (CN) 2 = CaCN2 + C

CaCN2 + O2 = CaO + CO + 2N

2Ca (CN) 2 + 3O2 = 2CaO + 4CO + 4N.

Після ціанування безпосередньо з ванни проводиться закалка.Структура нітроцементованного і ціанірованного шару.

При ціанування при 850-9000С в ціаністих ваннах, що містять цианплав, і при глибокому ціануванні при 900-9500С в низькопроцентних ваннах з ціаністим натрієм і хлористим барієм сталь з поверхні насичується вуглецем приблизно до тієї ж концентрації, що і при цементації, і лише трохи азотом . При ціанування у ванні №1 сталь насичується вуглецем трохи менше, ніж при цементації, а азотом в поверхневій зоні шару більше, ніж в інших ваннах.Нізкотемпературная нітроцементація і ціанування.

Низькотемпературної нітроцементаціі і ціануванню при 560-7000С піддаються стали різного призначення для підвищення їх поверхневої твердості, зносостійкості, межі витривалості, теплостійкості і протизадирних властивостей. Зазвичай така обробка проводиться при 560-5800С, т. Е. При температурі, яка трохи нижче мінімальної температури існування ?-фази в системі Fe - N. Тому в процесі обробки при такій температурі на стали утворюється, по суті, азотований шар, а вуглець проникає на глибину лише кількох мікрон, де може утворюватися тонка карбонітридним зона.Свойства нітроцементованной і ціановані сталі.

Нітроцементованная і ціановані конструкційна сталь завдяки присутності азоту більш зносостійка, ніж цементованного.

Нітроцементація і ціанування істотно підвищують межу витривалості, причому нітроцементація більшою мірою, ніж ціанування, а в ряді випадків більшою мірою, ніж цементація.

При ціанування неможливо регулювати концентрацію азоту та вуглецю в шарі. Тому в ціановані шарі кількість залишкового аустеніту завжди більше, ніж в нітроцементованном.

У зв'язку з цим стискають напруги створюються в ціановані шарі лише на деякій відстані від поверхні, що призводить до зниження межі витривалості сталі. Цим і пояснюється менша довговічність ціановані деталей у порівнянні з нітроцементованнимі.

При ціанування необхідно виробляти наклеп деталей дробом, що створює на поверхні (внаслідок перетворення залишкового аустеніту в мартенсит) високі напруги стиснення. Втомні випробування зубів ціановані зубчастих коліс на вигин з циклічною навантаженням показали, що наклеп дробом підвищує межу витривалості з 43 до 72 кг / мм2.

Випробування на стенді показали, що після наклепу дробом стійкість (до руйнування) ціановані зубчастих коліс збільшилася з 9 до 140 ч.

Сталь, піддана нітроцементаціі і має на поверхні тонкий нетравящійся карбонітридним шар (що буває не завжди), кородує повільніше неціанірованной сталі. Наприклад, в 3% -ому розчині кухонної солі стійкість такий стали проти корозії в 2 рази вище, ніж неціанірованной. Корозійна стійкість нержавіючих сталей після нітроцементаціі і ціанування знижується.

Використана література:

А. Н. Минкевич.

"Хіміко-термічна обробка металів і сплавів"

Видавництво "Машинобудування"

Москва, 1965

Авіація і космонавтика
Автоматизація та управління
Архітектура
Астрологія
Астрономія
Банківська справа
Безпека життєдіяльності
Біографії
Біологія
Біологія і хімія
Біржова справа
Ботаніка та сільське господарство
Валютні відносини
Ветеринарія
Військова кафедра
Географія
Геодезія
Геологія
Діловодство
Гроші та кредит
Природознавство
Журналістика
Зарубіжна література
Зоологія
Видавнича справа та поліграфія
Інвестиції
Інформатика
Історія
Історія техніки
Комунікації і зв'язок
Косметологія
Короткий зміст творів
Криміналістика
Кримінологія
Криптологія
Кулінарія
Культура і мистецтво
Культурологія
Логіка
Логістика
Маркетинг
Математика
Медицина, здоров'я
Медичні науки
Менеджмент
Металургія
Музика
Наука і техніка
Нарисна геометрія
Фільми онлайн
Педагогіка
Підприємництво
Промисловість, виробництво
Психологія
Психологія, педагогіка
Радіоелектроніка
Реклама
Релігія і міфологія
Риторика
Різне
Сексологія
Соціологія
Статистика
Страхування
Будівельні науки
Будівництво
Схемотехніка
Теорія організації
Теплотехніка
Технологія
Товарознавство
Транспорт
Туризм
Управління
Керуючі науки
Фізика
Фізкультура і спорт
Філософія
Фінансові науки
Фінанси
Фотографія
Хімія
Цифрові пристрої
Екологія
Економіка
Економіко-математичне моделювання
Економічна географія
Економічна теорія
Етика

8ref.com

© 8ref.com - українські реферати


енциклопедія  бефстроганов  рагу  оселедець  солянка