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

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

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

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

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

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

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

Хромирование – насыщение поверхности изделий хромом.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Назначение азотирования

Упрочнение поверхности
Защита от коррозии
Повышение усталостной прочности

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

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

1)Цементируемые

(сталь низкоуглеродистая; цементация + закалка + низкий отпуск)

2)Улучшаемые

(среднеуглеродистая; закалка + высокий отпуск)

3)Пружинно-рессорные

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

4)Сталь для азотирования

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

5)Шарикоподшипниковые

(ТО: Отжиг + закалка + отпуск)

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

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

1)Сталь для мерительного инструмента и режущего

(+ Cr-Х)

2)Быстро-режущая сталь

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

3)Штамповый инструмент

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

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

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

Силумины – литейные сплавы алюминия (для производства отливок).

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

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

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

studfiles.net

Цементация стали. Методы цементации. Термическая обработка после цементации. Строение и свойства цементованного слоя. Стали для цементации.

Цементация-это процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стали углеродом. Цель цементации-повышение поверхностной твердости и износостойкости детали при сохранении вязкой сердцевины.

Цементацию проводят при температурах 930…950 С в углеродосодержащей среде- в тыердом или газообразном карбюризаторе.Нагрев осуществляется в область аустенита(выше точки Ас3) Перегрев нежелателен, так как вызывает укрупнение зерна аустенитаю

Строение цементованного слоя. Цементации подвергают малоуглеродистые стали с содержанием углерода 0,1…0,3%. Выбор обусловлен тем.что сердцевина должна сохранять высокую вязкость.Концентрация углерода после цементации в поверхностном слое 0.8…1,1% Цементованный слой имеет переменную концентрацию углерода по глубине, убывающую от поверхности к сердцевине детали.

Технология цементации.

Цементация в твердом карбюризаторе. Преимущество метода- его простота и универсальность для единичного производства. Недостатки-низкая культура производства,невозможность автоматизауии,невозможность контроля и регулирования строения цементованногос лоя,большая длительность процесса.

Газовая цементация. Осуществляют в многокомпонентных насыщающих средах, содержащих активные газы (CO,Ch5)и газы носители(CO2 ,N2 ,h3) Преимущества - возможность контроля толщины и структуры цементованного слоя,возможность совмещения цементации и последующей закалки,сокрашение длительности процесса,высокая степень механизации.

Структура и своийства после цементации:Структура поверхностного слоя. Мелкоигольчатый высокоуглеродистый мартенсит и 15…20% остаточного аустенита (Мотп+Аост).В легированных возможно образование карбидов (Мотп+Аост+К).

Структура сердцевины. Вязкая структура-сорбит пластинчатый и феррит. В легированных-нижний бейни или малоуглеродистый мартенсит,или мартенсит и феррит ,если закалка ниже Ас3.

Применение цементации. Применяют для упрочнения широкого спектра деталей,подверженных изнашиванию,испытываюших статические.динамические,циклические нагрузки.(зубчатые колеса,шестерни,зубчатые муфты,втулки,пальцы,валы коробок передач)

Стали для штампов горячего и холодного деформирования.

Штампы холодного деформирования осуществляют обработку металлов давлением при нормальных температурах, но в процессе работы разогреваются до 200…350°С. Они испытывают высокие знакопеременные и ударные нагрузки, подвержены изменению за счет смятия и износа. Поэтому стали должны обладать свойствами: высокой твердостью и износостойкостью, высокой прочностью вместе с достаточной вязкостью, дост теплостойкостью, высокой прокаливаемостью. Марки: Х12М, Х, У10. Обработка: закалка+ низ отпуск = Мотп+ карбиды.

Штампы горячего деформирования работают в жестких условиях нагружения. Требуемые св-ва: высокие прочность и вязкость, износостойкость, окалиностойкость, разгаростойкость(способность выдерживать многократные нагревы и охлаждения), высокая прокаливаемость. Марки: 5ХНМ, 3Х2В8Ф, 5ХНВ. Обработка: зак в масле+ средний или высокий отпуск=Тотпили Сотп.

4.В результате обработки тяги должны получить прочность, твердость (HRC 28….35)и ударную вязкость по всему сечению. Для их изготовления выбрана сталь 30ХГМ. Указать состав и определить класс стали по назначению. Назначить и обосновать режим термической обработки .Объясните влияние легирования на превращения, происходящие на всех этапах обработки.

Сталь общего назначения конструкционная, с содержанием 0,3 %С, около 1% хрома , марганца и молибдена.(хром-повыш прокаливаемости и прочности ,марганец-повыш прокаливаемости, молибден-снижение отпускной хрупкости. Хромомарганцевая сталь, легированная молибденом. В нормализованном состояние-перлитный класс ТО: цементация+закалка+низкий отпуск( на поверхности Мотп+Аост+карбиды ,в сердцевине: Ммалоуглер или нижний бейнит)

№12

Дефекты

1)Точечные дефекты-это такие нарушения периодичности кр. реш., размеры которых во всех трех измерениях малы и сопоставимы с размерами атомов:м-вакансии-узлы кр. реш., не занятые атомами;-межузельные атомы – атомы, расположенные в межатомных пустотах;-примесные атомы: занимают позиции замещения и внедрения.Точечные дефекты определяют возможность диффузии, т.е. перемещения атомов в кр. реш. на расстояния превышающие межатомные

2)Линейные дефекты – имеют малые размеры в двух измерениях и большую протяженность в третьем измерении:-краевая дислокация-фронтальная граница неполной атомной плоскости;-винтовая дислокация-это линия, вокруг которой атомная плоскость образует винтовую поверхность.

3)Поверхностные дефекты – малы в одном измерении и протяженны в двух других:границы зёрен – поверхности раздела между отдельными зернами;-границы субзерен- состоят из параллельных краевых дислокаций, расположенных друг над другом и дробят зерно на на отдельные субзерна;дефекты упаковки- части атомной плоскости, ограниченной дислокациями, в которой нарушено закономерное чередование плотноупакованных слоев атомов.

4)Объемные дефекты:макроскопические дефекты: поры, трещины, частицы инородных фаз.

Виды и назначение отп и отж

Отжиг закл-сяв нагреве стали до определенной тем-ры,выдержке и послед-ем медленном охлаждении.Охлаждение происходит вместе с печью. Цель- получение равновесной структуры.-Ф+П- в доэвтектоидных сталях(Ф+П);-П- в эвтектоидных сталях(П);-П+Ц2 – в заэвтектоидных сталях

Виды отжига 1-го рода: Рекристаллизационный отжиг.Отжиг для снятия напряжений. Диф-ный отжиг.

Виды отжига 2-го рода: 1)Полный отжиг- нагрев доэв-ных сталей на 30-50 С выше тем-ры Ас3,выдержка и охлаждение вместе с печью.Цели- измельчение зерна,повышение ударной вязкости;улучшение обрабатываемости резанием за счет снижения твердости и повышения пластичности; снятие внутренних напряжений. Полный отжиг для заэвтектоидных сталей не применяется.2)Неполный отжиг – нагрев до – и заэвтек-ных сталей выше тем-ры Ас1, выдержка, охлаждение в печи. Неполный отжиг доэв-ных сталей рименяют вместо полного,если не требуется измельчение зерна. Заэв-ные стали подвергают только неполному отжигу, нагрев вызывает практически полную перекристаллизацию, проводится для получения структуры зернистого перлита. Сталь с зернистым перлитом имеет более низкие значения твердости и прочности, более высокую пластичность.3)Изотермический отжиг – проводится для легир сталей и состоит в нагреве выше линии Ас3,быстром охлажд-и,изотремической выдержке в теч-е 3-6ч,послед охл-е на воздухе. Сокращает длительность процесса, получается более однородная ф-п структура.

Отпуск заключается в нагреве закаленной стали до тем-ры ниже Ас1,выдерже при заданной тем-ре и послед охлаждении с определенной скоростью.Основан на превращениях М и Аост при нагреве.

Виды отпуска: 1)низкий отпуск- Т 150-180С, сниж-ся закалочные напряжения, Мзак=>Мотп, улучшается вязкость без заметного снижения прочности и твердости. 2)Средний отпуск – Т 350-500С, структура стали после среднего отпуска- Т отп, обеспечивает высокий предел упругости, выносливости, релаксационной стойкости. 3)Высокий отпуск – Т 500-680С, структура – С отп, обладает повышенной ударной вязкостью.

Алюминиевые сплавы

Деформируемые алюминиевые сплавы, упрочняемые термообработкой. Их состав, свойства, механизмы упрочнения. Явление возврата. Применение.

Дуралюмины 1Д1. ДЗ, Д6, Д16 и т.п.) - это сплавы системы AI-Cu-Mg Основным легирующим элементом является медь

(3,8-4,8%Сu). количество магния от 0.5 до 1.5% Кроме того, сплавы содержат марганец (около 0,5% Мn) и в качестве примесей Fe и Si.

Согласно диаграмме Al-Cu (рис 102) а сплавах образуются следующие фазы• а(альфа)- твердый раствор Си и других элементов в алюминии максимальная растворимость Сu в AI составляет 5,7%, обладает пластичностью; • O(тета)- твердый раствор алюминия на базе химического соединения CuAl2 соединение стехиометрического состава содержит 54,1% Сu, обладает хрупкостью. Дуралюмины после литья имеют структуру альфа+тета(II), причем частицы тета(II) залегают по границам зерен и охрупчивают сплав (рис 103а). Термическая обработка дуралюминов заключается в закалке и старении. Старение заключается в выдержке закаленного сплава при комнатной температуре 5…7 суток (естественное старение) или 10…24 ч при повышенной температуре 100…200'С (искусственное старение) в процессе старения происходит распад пересыщенного твердого раствора, который идет в несколько стадий в зависимости от температуры и продолжительности старения: I стадия старения - образование зон Гинье-Престона (зонное старение)II стадия старения - образование метастабильной O' (тета)-фазы III стадия старения - образование стабильной О-фазы

Состаренные сплавы можно подвергать обработке на возврат которая состоит в кратковременной выдержке сплава (2…3 мин) при 230…250"С. Во время нагрева рассасываются зоны Гинье-Престона и восстанавливается пластичность свежезакаленного состояния. При последующем вылеживании сплава при комнатной температуре вновь происходит образование зон ГП-1 и упрочнение сплава

4.В стали У12 после закалки получена структура мартенсит+40% Аост. Как была проведена закалка. Объясните наличие большого количества Аост. Назначьте правильный режим термообработки.

был произведен нагрев выше Асm структура: М+А ост(до 40%) полная перекристаллизация при нагреве приводит к росту зернаА, увелич Аост, мснижается прочтость стали и сопротивление хрупкому разрушению.

нагрев несколько выше Ас1 структура: М+Ц2+Аост оптимальная тем-ра, не приводит к росту зерна А и увеличению Аост, Ц повышает твердость. Выделения цементита в виде сетки по границам зерен недопустимы, т.к сталь будет хрупкой, поэтому перед закалкой заэв-ные стали подвергаются отжигу на П зерн или нормализации.

Билет №13

infopedia.su

Цементация стали - это... Что такое Цементация стали?

Цементация стали — поверхностное диффузионное насыщение малоуглеродистой стали углеродом с целью повышения твёрдости, износоустойчивости.

Цементации подвергают низкоуглеродистые (обычно до 0.2 % C) и легированные стали, процесс в случае использования твёрдого карбюризатора проводится при температурах 900—950 °С, при газовой цементации (газообразный карбюризатор) — при 850—900 °С.

После цементации изделия подвергают термообработке, приводящей к образованию мартенситной фазы в поверхностном слое изделия (закалка на мартенсит) с последующим отпуском для снятия внутренних напряжений.

Способы цементации:

в твёрдом карбюризаторе
в газовом карбюризаторе
в кипящем слое
в растворах электролитов
в пастах

Цементация в твёрдом карбюризаторе

В этом процессе насыщающей средой является древесный уголь в зёрнах поперечником 3,5-10мм или каменноугольный полукокс и торфяной кокс, к которым добавляют активизаторы.

Технология процесса состоит в следующем: Загрузка деталей в стальной ящик с герметичным песчаным затвором.

Стандартный режим: 900-950 градусов, 1 час выдержки (после прогрева ящика) на 0,1 мм толщины цементированого слоя. для получения 1 мм слоя - выдержка 10 часов.

При "ускореном" режиме цементация производится при 980 градусах. Выдержка уменьшается в два раза и для получения слоя 1 мм требуется 5 часов. Но при этом образуется цементитная сетка, которую придется убирать многократной нормализацией.

Цементация в газовом карбюризаторе

Этот процесс осуществляют в среде газов, содержащих углерод. Газовая цементация имеет ряд преимуществ по сравнению с цементацией в твёрдом карбюризаторе, поэтому её широко применяют на заводах, изготовляющих детали массовыми партиями.

В случае с газовой цементацией можно получить заданную концентрацию углерода в слое; сокращается длительность процесса, так как отпадает необходимость прогрева ящиков, наполненых малотеплопроводным карбюризатором; обеспечивается возможность полной механизации и автоматизации процессов и значительно упрощается последующая термическая обработка деталей, так как закалку можно проводить непосредственно из цементационной печи.

Цементация в кипящем слое

Цементация в слое мелких частиц (0,05-0,20 мм) корунда, через который проходит восходящий поток эндогаза с добавкой метана (кипящий слой). При прохождении газа частицы становятся подвижными и слой приобретает некоторые свойства жидкости (псевдоожиженный слой).

Цементация в растворах электролитов

Использование анодного эффекта для диффузионного насыщения обрабатываемой поверхности углеродом 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°С. Достижение таких температур обеспечивает сплошная и устойчивая парогазовая оболочка, отделяющая анод от электролита. Для обеспечения цементации в электролит кроме электропроводящего компонента вводят углеродсодержащие вещества-доноры (глицерин, ацетон, этиленгликоль, сахароза и другие).

Цементация в пастах

Цементация с нанесением на науглероживаемую металлическую поверхность С-содержащих материалов в виде суспензии, обмазки или шликера, сушкой и последующим нагревом изделия ТВЧ или током промышленной частоты. Толщина слоя пасты должна быть в 6-8 раз больше требуемой толщины цементованного слоя. Температуру цементации устанавливают 910-1050°С

Ссылки

dikc.academic.ru

Цементация стали - это... Что такое Цементация стали?

Способы цементации:

в твёрдом карбюризаторе
в газовом карбюризаторе
в кипящем слое
в растворах электролитов
в пастах

Цементация в твёрдом карбюризаторе

Технология процесса состоит в следующем: Загрузка деталей в стальной ящик с герметичным песчаным затвором.