книги / Теория термической обработки металлов

1. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

Целью учебной дисциплины является формирование комплекса знаний, умений и навыков в области термической и химикотермической обработки металлов.

Впроцессе изучения данной дисциплины студент расширяет

иуглубляет следующие компетенции:

–способность использовать принципы системы менеджмента качества (ОПК-9);

–способность осуществлять и корректировать технологические процессы в металлургии и материалообработке (ПК-10);

–готовность использовать основные понятия, законы и модели термодинамики, химической кинетики, переноса тепла и массы

(ПК-4).

Задачи учебной дисциплины:

–изучение различных видов химико-термического упрочнения изделий, оборудования, принципов формирования диффузионных слоев при различных видах химико-термической обработки металлов; их структуры и свойств; методики исследования качества поверхностных слоев.

–формирование умения проводить и оценивать контроль качества поверхностных слоев, полученных после различных видов хи- мико-термического упрочнения;

–формирование навыков выбора способа химико-термического упрочнения при заданных условиях эксплуатации деталей.

4

2. СТРУКТУРА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ ПО ВИДАМ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ

Объем и виды учебной работы

* Курсовая работа «Выбор и обоснование способа и технологии поверхностного упрочнения детали» должна быть представлена расчетно-пояснительной запиской с приложением к ней необходимой технологической документации и графической частью (См. методическое пособие к выполнению курсовой работы для студентов очной и заочной формы обучения направления подготовки 22.03.02 «Металлургия»).

В связи с большим объемом изучаемого материала, обусловленным как сложностью физико-химических процессов химикотермической обработки, так и ее значимостью для современного производства, существенно возрастает роль самостоятельной работы студентов при изучении данного раздела курса.

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

Для повышения уровня усвоения учебного материала студенту необходимо выполнить:

– пять контрольных заданий (оформить и передать преподавателю на проверку);

5

–сообщение на тему «Методы поверхностного упрочнения на моем предприятии» (оформить в виде презентации и сделать сообщение на семинаре);

–курсовую работу (оформить в соответствии с методическими рекомендациями).

3.ПРОГРАММА И КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

Раздел 1. Теоретические основы химико-термической обработки

Тема 1. Общая характеристика химико-термической обработки

Основные понятия, термины и определения. Предмет и задачи модуля дисциплины. Цель проведения химико-термической обработки деталей.

Основные взаимосвязанные стадии процессов химико-термиче- ской обработки (ХТО): диссоциация, адсорбция, диффузия. Механизмы диффузии. Виды диффузии. Зависимость формирования микроструктуры диффузионного слоя от диаграммы состояния. Параметры, характеризующие диффузионный слой и его качество.

Тема 2. Основные законы диффузии

Первый закон Фика для стационарной диффузии. Второй закон Фика. Потенциал насыщающей среды. Кинетика роста многофазных диффузионных слоев. Коэффициент массопереноса. Факторы, влияющие на коэффициент массопереноса. Экспериментальные и расчетные определения основных параметров химико-термической обработки.

Вопросы для самоконтроля

1.Место и роль термической обработки в производственном цикле изготовления деталей.

2.Приведите классификацию видов термической обработки.

3.Что такое термическая обработка? Что изучает теория термической обработки?

6

4.Перечислите параметры химико-термической обработки.

5.Чем отличается набор параметров собственно термической

ихимико-термической обработки?

6.Какие механизмы диффузии вы знаете?

7.Какие виды диффузии вы знаете?

8.Первый и второй законы Фика.

9.Каковы факторы, влияющие на коэффициент массопереноса?

10.Что такое потенциал насыщающей среды?

Раздел 2. Технологии химико-термической обработки металлов и сплавов

Тема 3. Цементация стали

Цель проведения цементации. Механизм образования, строение и свойства цементованного слоя. Термическая обработка после цементации. Стали для цементации. Влияние легирования стали на свойства цементованного слоя. Технология и контроль качества диффузионных слоев после цементации твердым карбюризатором, газовой цементации, высокотемпературной вакуумной, ионной цементации, цементации в кипящем слое, в расплавленных солях и цементации пастами. Контроль качества цементованных деталей.

Тема 4. Азотирование стали

Цель проведения азотирования. Механизм образования, строение и свойства азотированного слоя. Стали для азотирования. Влияние легирующих элементов на термодинамическую активность и растворимость азота в фазах азотированного слоя. Азотирование чугуна. Технология газового азотирования, ионного азотирования, азотирования в жидких средах. Сульфоазотирование. Контроль качества азотированных деталей. Дефекты азотирования и их предупреждение.

Тема 5. Совместное насыщение стали углеродом и азотом

Влияние температуры на насыщающую способность углерода и азота. Цель цианирования и нитроцементации. Технология нитроцементации. Виды нитроцементации. Структура и свойства нитроце-

7

ментованного слоя. Контроль качества нитроцементованных деталей. Технология цианирования. Виды цианирования. Контроль качества цианированных деталей.

Тема 6. Диффузионное насыщение сплавов металлами и неметаллами (бором, кремнием)

Цель алитирования, хромирования, борирования, силицирования. Формирование диффузионных слоев в соответствии с диаграммами равновесия. Структура и свойства алитированных, хромированных, борированных, силицированных слоев. Диффузионное насыщение из порошковых смесей. Прямоточный и циркуляционный методы диффузионного насыщения из газовых сред. Диффузионное насыщение из суспензий и паст. Диффузионное насыщение из расплавов металлов и солей. Диффузионное насыщение с использованием вакуума.

Вопросы для самоконтроля

1.Что такое цементация и какова цель проведения этого процесса? Методы насыщения?

2.Строение и свойства цементованного слоя.

3.Цементуемые материалы.

4.Влияние легирующих элементов на свойства цементованного

слоя.

5.Как контролируют качество цементируемой продукции?

6.Что такое азотирование и какова цель его проведения? Методы насыщения.

7.Строение и свойства азотированного слоя.

8.Азотируемые материалы.

9.Влияние легирующих элементов на свойства азотированного

слоя.

10.Как контролируют качество азотируемой продукции?

11.Что такое нитроцементация и какова цель проведения этого

процесса? Методы насыщения.

12.Строение и свойства нитроцементованного слоя.

13.Нитроцементуемые материалы.

8

14.Влияние легирующих элементов на свойства нитроцементованного слоя.

15.Как контролируют качество нитроцементируемой продук-

ции?

16.Что такое алитирование и какова цель проведения этого процесса? Методы насыщения.

17.Строение и свойства алитированного слоя.

18.Алитируемые материалы.

19.Влияние легирующих элементов на свойства алитированно-

го слоя.

20.Как контролируют качество алитируемой продукции?

21.Что такое борирование и какова цель проведения этого процесса? Методы насыщения.

22.Строение и свойства борированного слоя.

23.Борируемые материалы.

24.Влияние легирующих элементов на свойства борированного

слоя.

25.Как контролируют качество борируемой продукции?

26.Что такое силицирование и какова цель проведения этого процесса? Методы насыщения.

27.Строение и свойства силицированного слоя.

28.Силицируемые материалы.

29.Влияние легирующих элементов на свойства силицированного слоя.

30.Как контролируют качество силицируемой продукции?

31.Что такое хромирование и какова цель проведения этого процесса? Методы насыщения.

32.Строение и свойства хромированного слоя.

33.Хромируемые материалы.

34.Влияние легирующих элементов на свойства хромированного слоя.

35.Как контролируют качество хромируемой продукции?

9

4. КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ

Контрольное задание № 1 Строение и рост однофазных и многофазных

диффузионных слоев

Цели работы:

–изучить зависимость формирования микроструктуры диффузионного слоя от диаграммы состояния (согласно своему варианту):

–в условиях задач, отмеченных звездочкой (*), найти преднамеренную ошибку и подробно объяснить, в чем она заключается;

–построить распределение концентрации элемента по глубине

слоя;

–нарисовать строение слоя при температуре насыщения и после охлаждения до комнатной температуры.

Пример

Металл А насыщается элементом В до концентрации В на по-

верхности С1 и С2. Для случаев насыщения при температуре t′ изобразите графически распределение концентрации элемента В по глубине слоя х: % В = f(x). Схематично нарисуйте строение слоя при температуре насыщения и после охлаждения до комнатной температуры.

Рис. 1. Диаграмма состояния металл А – насыщающий компонент В

10