- •Дефекты кристаллического строения металлов.
- •4. Объёмные дефекты.
- •Фазовый состав сплавов.
- •Правило фаз (закон Гиббса) и правило определения состава и количества фаз (правило отрезков).
- •Р авновесная диаграмма состояния сплавов, образующих твердые растворы с неограниченной растворимостью.
- •Диаграмма состояния сплавов, компоненты которых ограниченно растворимы в твердом состоянии и образуют эвтектику.
- •Компоненты и фазы в системе железо-углерод.
- •Диаграмма Fе – Fе3с. Основные области и линии
- •Фазы и структуры углеродистых сталей в твердом состоянии.
- •Разновидности чугунов и их свойства.
- •Основные цели термической обработки металлических сплавов.
- •Отжиг 1 -го рода для уменьшения напряженней
- •Рекристаллизационный отжиг. Влияние нагрева на структуру и свойства деформируемого металла.
- •Отжиг 2-го рода. Фазовые превращения при нагреве сталей.
- •Аустенитное зерно.
- •Превращение (распад) аустенита при медленном охлаждении.
- •Диаграмма изотермического распада аустенита эвтектоидной стали.
- •Термокинетическая диаграмма распада аустенита (непрерывное охлаждение),
- •Отжиг 2-го рода доэвтектоидных сталей.
- •Сфероидизирующий отжиг заэвтектоидных сталей (инструментальный).
- •Закалка сталей. Условия проведения закалки.
- •Мартенсит. Изменение свойств при закалке на мартенсит.
- •Температуры мартенситного превращения
- •Изменение свойств стали при закалке на мартенсит
- •Способы закалки. Дефекты закалки
- •Бейнитное превращение. Механические свойства стали с бейнитной структурой.
- •Отпуск закаленных сталей, его параметры.
- •Структура и свойства отпущенной при разных температурах стали.
- •Прокаливаемость стали. Влияние прокаливаемости на свойства стали.
- •Химико-термическая обработка сталей и ее назначение. Основные методы насыщения и стадии хто.
- •Цементация сталей. Механизм образования, строение и свойства цементованного слоя.
- •Способы цементации.
- •Термическая обработка цементованных изделий.
- •Контроль качества цементованных изделий.
- •Нитроцементация и цианирование. Особенности совместной диффузии в стали с и n.
- •Структура и свойства нитроцементованного слоя. Дефекты нитроцементации.
- •Азотирование стали. Формирование диффузионного слоя и его строение.
- •Легированные стали. Цели легирования. Маркировка.
- •Влияние легирующих элементов на полиморфное превращение железа. Фазы в легированной стали.
- •В свободном состоянии.
- •В форме растворов в железе.
- •Влияние легирующих элементов на превращения в сталях.
- •Классификация легированных сталей.
- •Машиностроительные (конструкционные) стали.
- •Требования предъявляемые к подшипникам. Классификация подшипниковых сталей.
- •Улучшаемые конструкционные легированные стали.
- •Пружинные конструкционные стали.
- •Высокопрочные конструкционные стали.
- •Износостойкая аустенитная сталь.
- •С тали для строительных конструкций.
- •Дефекты легированных сталей.
- •Коррозионностойкие стали ферритного, мартенситного и аустенитного класса.
- •Инструментальные материалы. Стали для режущего инстумента.
- •Быстрорежущие стали. Термическая обработка быстрорежущих сталей.
- •Спеченные твердые сплавы.
- •Стали для измерительных инструментов.
- •Штамповые стали.
- •Полиморфизм металлов.
- •54.Постоянные примеси сталей
- •56. Обратимая и необратимая отпускная хрупкость.
- •57. Классификация алюминиевых сплавов.
- •58. Деформируемые алюминиевые сплавы и их термическая обработка.
- •59. Литейные и ковочные алюминиевые сплавы.
- •60. Спеченные алюминиевые сплавы.
- •61. Титан и его сплавы. Термическая обработка титановых сплавов.
- •62. Медь и её сплавы. Общая характеристика и классификация медных сплавов.
- •63. Бронзы – состав, свойства.
- •64. Латуни – состав, свойства.
- •65. Характеристика и классификация композиционных материалов.
Способы цементации.
Т вёрдая цементация.
Детали укладывают в сварную, стальную (чугунную литую) ёмкость рядами, пересыпая карбюризатором слоем 10..15 мм. В качестве карбюризатора используют древесный уголь в зёрнах 3,5 .. 10 мм. Часто добавляют активизаторы, например, BaCO3или кальцинированную соду Na2CO3. Помещают в печь при температуре 900 .. 950 градусов. Выдерживают, затем охлаждают ящик на воздухе до 300 .. 500 градусов, затем ящик открывают. В ящике находится воздух, кислород которого при высокой температуре взаимодействует с карбюризатором, образуя СО, который в присутствии железа диссоциирует: . Добавление углекислого бария (BaCO3) активизирует карбюризатор, освобождая СО3:
После того, как мы охладили деталь, проводится термическая обработка с повторным нагревом. Данный метод применяется для мелкосерийного производства деталей. Активность среды подбирается путём подбора состава катализатора (25 .. 30% нового карбюризатора, остальное – отработанный). Очень трудно процесс регулируется. Обычно получается повышенное содержание поверхностное углерода.
Газовая цементация
Используется для крупносерийного производства в специальных агрегатных печах, где производится весь цикл: насыщение поверхности углеродом, последующая закалка и отпуск. В этом случае используются газовые атмосферы, состоящие из природного газа (8 .. 10% от всего объёма) и нейтрального газа (эндотермический газ). При таком методе состав атмосферы, температура регулируется и контролируется автоматически, т.е. по ходу процесса регулируются оптимальные параметры.
Газовая цементация имеет ряд преимуществ по сравнению с твёрдой цементацией:
Отсутствуют предварительные операции (загрузка, упаковка и так далее)
Отсутствуют последующие операции (разгрузка и так далее),
Скорость насыщения поверхности углеродом больше при газовой цементации, и соответственно, время выдержки меньше. (порядка 8 часов)
В поверхностном слое можно получить заданную концентрацию углерода в слое. Это обеспечивается полной механизацией и автоматизацией процессов цементации в контролируемых газовых атмосферах.
Основным является эндотермический газ, и состав его 20%СΟ, 40% Η2, 40% Ν2. Получают эндотермический газ частичным сжиганием природного газа или другого углеводорода в специальном эндотермическом генераторе при температуре 1000 .. 1200°С. В присутствие катализатора: . В этом процессе постоянно контролируется углеродный потенциал.
Для некоторых деталей проводится цементация в шахтных печах с использованием керосина или сентина. Капли жидкости подаются в печь через специальную капельницу в крышку (80 .. 90 капель в минуту).
Термическая обработка цементованных изделий.
Задача термической обработки: получить конкретные необходимые свойства поверхности и сердцевины детали, т.е. получить твёрдость на поверхности выше чем в сердцевине и исправить дефекты, которые могут повлиять на конечные свойства.
Основные дефекты после цементации:
В процессе цементации после длительного нагрева происходит рост аустенитного зерна и в цементованном слое и в сердцевине.
Образование в цементованном слое в структуре карбидной (или цементитной) сетки. Карбиды должны быть в виде мелких зёрен.
Последующая термическая обработка включает в себя закалку, но вариант этой закалки выбирается в зависимости от вида цементации, количества деталей и от требования к этим деталям.
В иды термической обработки:
Используется для деталей, от которых требуется иметь только поверхностную твёрдость, а другие свойства не имеют большого значения. Закалка проводится непосредственно с цементационного нагрева. Это самый простой и дешёвый способ. В результате цементации зёрна аустенита возрастают, поэтому при закалке получается крупно игольчатый мартенсит. Сердцевина тоже крупнозерниста по структуре. Так же в поверхностном слое большое количество остаточного аустенита.
Н едостатки первого метода можно снизить за счёт следующих технологических приёмов: применяют наследственно мелкозернистую сталь (например, 18ХГТ), легированную сталь (тоже 18ХГТ), применяют газовую цементацию (меньше рост зерна), при закалке проводить подстуживание. Т.е. с температуры цементации (950°С) детали в этой же печи медленно охладить до 800 .. 850 °С, и с этой температуры проводить закалочное охлаждение. Такая обработка не исправляет структуру, но приводит к тому, что снижается общий уровень остаточных напряжений, и уменьшает количество остаточного аустенита.
С тупенчатая закалка. Режим цементации при термообработке проводится в безмуфильном агрегате для массовых партий, к которым предъявляются высокие технические требования по свойствам (детали автомобилей и тракторов). Применяется для снижения деформаций изделий и уменьшения остаточных напряжений. Этот цикл обработки ведётся следующим образом:
В процессе подстуживания в поверхностном слое из аустенита выделяются карбидные фазы(FeCr)3Cи соответственно снижается содержание углерода в аустените
После подстуживания детали переходят в закалочное масло (180°С)(ступенчатая закалка). Температура деталей становится 180°С и далее мартенситное превращение происходит одновременно, что приводит к снижению остаточных напряжений.
Затем детали промываются при температуре 80..90°С, и затем проводится низкий отпуск.
П одстуживание выбирается таким образом, чтобы соотношение структур поверхностного слоя (и в сердцевине) было оптимальным.
О днократная закалка. Этот вариант используется для деталей после цементации в шахтных печах и в твёрдом карбюризаторе. Детали после цементации охлаждаются на воздухе, затем подвергаются закалке с повторным нагревом (до 850 .. 870°С). В данном случае температура закалки лежит выше температуры критической АС3, и для поверхности и для сердцевины. При этом сердцевина получает полную перекристаллизацию и зерно измельчается. Так же устраняется цементитная сетка на поверхности детали. Для высокоуглеродистого поверхностного слоя такой вариант закалки сопровождается некоторым перегревом.
Двойная закалка. Применяется для получения изделий с особо высокими требованиями к свойствам цементованных изделий. Проводят первую закалку при 850 .. 900°С. Её цель – измельчить структуру сердцевины, устранить цементитную сетку в поверхностном слое (растворится в аустените). Эта закалка не формирует окончательную структуру и твёрдость поверхностного слоя, а предупреждает образование цементитной сетки. Вторая закалка следует за первой с температурой 760 .. 780°С для устранения перегрева цементованного слоя и придания ему высокой твёрдости. Недостаток – может быть коробление (изменение формы и размера), возможно окисление и обезуглероживание.
О бработка холодом следует за закалкой перед отпуском для деталей, для которых недопустимо наличие остаточного аустенита. Это способствует переводу остаточного аустенита в мартенсит. В результате твёрдость повышается.Количество остаточного аустенита можно снизить подачей аммиака в конце процесса для образования нитридов легирующих элементов.
Заключительной операцией термической обработки цементованных изделий во всех случаях является низкий отпуск при температуре 160 .. 180°С, переводящий мартенсит закалки в мартенсит отпуска, снимающий напряжения. После цементации часто применяют высокий отпуск при 630 .. 640°С для распада остаточного аустенита, после чего следует закалка и низкий отпуск. Такая термическая обработка даёт высокую твёрдость цементованного слоя.