книги / Современные и перспективные технологии поверхностного упрочнения

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»

Кафедра «Металловедение, термическая и лазерная обработка металлов»

СОВРЕМЕННЫЕ И ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОВЕРХНОСТНОГО УПРОЧНЕНИЯ

Методические указания для магистров очной формы обучения

Издательство Пермского национального исследовательского

политехнического университета

2017

3

ЦЕЛЬ, ЗАДАЧИ И СТРУКТУРА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

Цель учебной дисциплины – формирование комплекса знаний, умений и навыков в области термической и химико-тер- мической обработки металлов.

В процессе изучения данной дисциплины студент расширяет и углубляет дисциплинарную часть компетенции (ОПК-1: способность использовать принципы системы менеджмента качества) – способность применять современные и перспективные технологии поверхностного упрочнения в зависимости от условий эксплуатации деталей.

Задачи учебной дисциплины:

♦изучение современных и перспективных технологий поверхностного упрочнения изделий; принципов формирования диффузионных слоев и покрытий, полученных при различных видах поверхностной обработки металлов; структуры и свойств диффузионных слоев и покрытий, полученных после различных видов поверхностного упрочнения; методик оценки контроля качества поверхностных слоев;

♦формирование умения проведения и оценки контроля качества поверхностных слоев, полученных после различных видов поверхностного упрочнения;

♦формирование навыков выбора способа поверхностного упрочнения при заданных условиях эксплуатации деталей.

Структура учебной дисциплины по видам учебной работы представлена в таблице.

Виды учебной работы и их объем (ч)

4

ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Основная цель настоящих указаний – активизировать и оптимизировать самостоятельную работу студентов при изучении данного курса, выработать у студентов устойчивые навыки использования теории для решения практических задач, а в целом – для повышения степени усвоения знаний.

При изучении каждой темы прежде всего следует ознакомиться с программой и соответствующей литературой, а затем проверить усвоение теоретического материала с помощью вопросов для самоконтроля.

Для повышения уровня усвоения учебного материала студенту по разделам учебной дисциплины необходимо подготовить доклад с презентацией и представить его на практическом занятии. Отчет о практическом занятии включает в себя доклад в письменном виде и подлежит защите в часы консультаций преподавателя. Темы докладов на практических занятиях студент выбирает сам из тех, что представлены в конце указаний.

В своем сообщении на выбранную к каждому разделу учебнойдисциплины тему необходимоотразитьследующиевопросы:

1.Принцип и характеристики процесса. Сущность процесса. Схемадействияустановки.

2.Цель осуществления процесса.

3.Обрабатываемые материалы.

4.Параметры покрытия. Его свойства, структура.

5.Способы оценки контроля качества покрытия.

6.Оборудование для нанесения.

7.Достоинства и недостатки процесса, его особенности.

8.Практическое применение.

9.Использование в современных условиях (по материалам патентного поиска).

Согласно рабочей программе дисциплины по окончании каждого раздела запланированы групповые творческие занятия (задания для этих занятий приведены в конце указаний).

5

Рубежный контроль освоения дисциплинарных частей компетенций проводится по окончании изучения дисциплины в форме бланочного тестирования.

ПРОГРАММА И КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

Раздел 1. Упрочнение методами химико-термической обработки (ХТО)

Тема 1. Насыщение углеродом, азотом, совместное насыщение неметаллами.

Механизм образования, строение и свойства диффузионных слоев. Контроль качества деталей после насыщения.

Тема 2. Насыщение неметаллами (бором, кремнием) и диффузионная металлизация.

Механизм образования, строение и свойства диффузионных слоев. Контроль качества деталей после насыщения.

Вопросы для самоконтроля

1.Цементация, методы насыщения, строение и свойства цементованного слоя, цементуемые материалы.

2.Влияние легирующих элементов на свойства цементованногослоя. Какконтролируюткачествоцементируемойпродукции?

3.Азотирование, методы насыщения, строение и свойства азотированного слоя, азотируемые материалы.

4.Влияние легирующих элементов на свойства азотированного слоя. Как контролируюткачествоазотируемойпродукции?

5.Нитроцементация, методы насыщения, строение и свойства нитроцементованного слоя, нитроцементуемые материалы.

6.Влияние легирующих элементов на свойства нитроцементованного слоя. Как контролируют качество нитроцементируемой продукции?

6

7.Алитирование, методы насыщения, строение и свойства алитированного слоя, алитируемые материалы.

8.Влияние легирующих элементов на свойства алитированногослоя. Какконтролируюткачествоалитируемойпродукции?

9.Борирование, методы насыщения, строение и свойства борированного слоя, борируемые материалы.

10.Влияние легирующих элементов на свойства борированного слоя. Какконтролируюткачествоборируемойпродукции?

11.Силицирование, методы насыщения, строение и свойства силицированного слоя, силицируемые материалы.

12.Влияние легирующих элементов на свойства силицированногослоя. Какконтролируюткачествосилицируемойпродукции?

13.Хромирование, методы насыщения, строение и свойства хромированного слоя, хромируемые материалы.

14.Влияние легирующих элементов на свойства хромированногослоя. Какконтролируюткачествохромируемойпродукции?

Раздел 2. Упрочнение методами физического воздействия концентрированной высокой энергией

Тема 3. Упрочнение методами вакуумной ионно-плазмен- ной технологии.

Модифицирование поверхностных слоев: ионно-диффузи- онное насыщение (ионное азотирование, науглероживание и др.), ионная имплантация (внедрение). Нанесение покрытий: химическое осаждение в плазме тлеющего разряда из газовой фазы (CVD-метод); физическое осаждение из газовой фазы (PVD-ме- тод). Механизм образования, строение и свойства диффузионных слоев. Контроль качества деталей после насыщения.

Тема 4. Газотермическое напыление. Высокоскоростное, газопламенное, детонационное, плаз-

менное напыление. Механизм образования, строение и свойства покрытий. Контроль качества деталей.

7

Тема 5. Упрочнение методами наплавки легирующих металлов.

Электродуговая и плазменная наплавка. Механизм образования, строение и свойства покрытий. Контроль качества деталей.

Тема 6. Электроискровое легирование.

Механизм образования, строение и свойства покрытий. Контроль качества деталей.

Тема 7. Упрочнение методами лазерного воздействия. Лазерная обработка и легирование. Механизм образования,

строение и свойства покрытий. Контроль качества деталей.

Вопросы для самоконтроля

1.Цель, схема установки, механизм формирования поверхностных слоев ионно-плазменными технологиями (ионноплазменное азотирование (ИПА), цементация).

2.Структура и свойства диффузионных слоев, полученных ионно-плазменными технологиями.

3.Особенности формирования диффузионных слоев методом ИПА в сравнении с газовым насыщением.

4.Цель, схема установки, механизм формирования слоя методом ионной имплантации.

5.Структура и свойства слоев, полученных методом ионной имплантации.

6.Контроль качества деталей после обработки методами ИПА и ионной имплантации азота.

7.Цель, схема установки, механизм формирования покрытия, полученного методом CVD.

8.Цель, схема установки, механизм формирования покрытия, полученного методом PVD.

9.Структура и свойства покрытия, полученного мето-

дом CVD.

8

10.Структура и свойства покрытия, полученного мето-

дом PVD.

11.Контроль качества покрытий на деталях, полученных методом CVD и PVD.

12.Цель, схема установки, механизм формирования покрытия методом высокоскоростного напыления.

13.Цель, схема установки, механизм формирования покрытия методом газопламенного напыления.

14.Цель, схема установки, механизм формирования покрытия методом детонационного напыления.

15.Цель, схема установки, механизм формирования покрытия методом плазменного напыления.

16.Структура и свойства покрытия после высокоскоростного напыления.

17.Структура и свойства покрытия после газопламенного напыления.

18.Структура и свойства покрытия после детонационного напыления.

19.Структура и свойства покрытия после плазменного напыления.

20.Классификация методов газотермического напыления.

21.Преимущества и недостатки методов газотермического напыления.

22.Выбор способа газотермического напыления.

23.Цель, схема установки, механизм формирования покрытия методами электродуговой наплавки.

24.Цель, схема установки, механизм формирования покрытия методами плазменной наплавки.

25.Строение и свойства слоя. Контроль качества деталей после электродуговой и плазменной наплавки.

26.Цель, схема установки, механизм формирования упрочненного слоя методом электроискрового легирования.

27.Строение и свойства слоя. Контроль качества деталей после электроискрового легирования.

9

28.Цель, схема установки, механизм формирования упрочненного слоя методом лазерной обработки и лазерного легирования.

29.Строение и свойства упрочненного слоя. Контроль качествадеталей после лазерной обработкии лазерноголегирования.

Раздел 3. Упрочнение методами электролитического осаждения и растворения

Тема 8. Гальваническое хромирование, никелирование, цинкование.

Механизм образования, строение и свойства покрытий. Контроль качества деталей после упрочнения.

Тема 9. Электрохимическое оксидирование.

Механизм образования, строение и свойства покрытий. Контроль качества деталей после электрохимического оксидирования.

Вопросы для самоконтроля

1.Цель применения и схема выполнения электрохимического хромирования.

2.Цель применения и схема выполнения электрохимического никелирования.

3.Цель применения и схема выполнения электрохимического цинкования.

4.Строение и свойства покрытия, полученного методом гальванического хромирования.

5.Строение и свойства покрытия, полученного методом гальванического никелирования.

6.Строение и свойства покрытия, полученного методом гальванического цинкования.

7.Возможные дефекты, способы их устранения и контроль качества деталей после гальванического хромирования.

10