Файл: Контрольная работа По курсу Материаловедение.doc

Применяемые способы сфероидизирующей обработки условно можно разделить на четыре группы: модифицирование в форме, модифицирование в специальной реакционной камере, модифицирование в ковше и обработка чугуна модифицирующей проволокой.

Чугуны - это наиболее широко применяемый материал для литых деталей, используемых при относительно невысоких напряжениях и малых динамических нагрузках. Температура плавления чугунов значительно ниже, чем у стали на 300-400°С, что облегчает процесс литья.

Чугун с графитом как мягкой и хрупкой составляющей, хорошо обрабатывается резанием (образованием ломкой стружки) и получают более чистую поверхность, чем сталь (кроме автоматных). Чугуны имеют повышенное содержание углерода (2,2 - 4%) и кремния (0,8 - 2%) - элементов соответствующих графитизации. Однако в марках чугуна химический состав не указывается. Структура и свойства чугунов зависят главным образом от условий получения отливки (температура жидкого металла, введение модификаторов, и особенно значительно, от условий охлаждения при литье). Поэтому, при одинаковом химическом составе, чугун может иметь сильно отличающуюся структуру и свойства (например, белый или серый чугун).

Ферритно-перлитные СЧ18; СМ20 - станины станков и механизмов, поршни, цилиндры.

Перлитные СЧ25, СЧ30, СЧ35 - детали, работающие на износ (тормозные барабаны, цилиндры, шестерни).

Серый чугун - в структуре серых чугунов присутствует графит пластической формы. Отливки из этого чугуна получают в земляных и металлических формах, кокилях. С увеличением толщины отливки и, следовательно, с замедлением охлаждения и при повышенном содержании кремния образуется больше графита и его пластины крупнее, а в металлической основе возрастает количество феррита. Однако их механические свойства (особенно пластичность) ниже, чем у других чугунов с графитом. Серый чугун используют для менее ответственного назначения и при отсутствии ударных нагрузок.

Ферритные: СЧ10, СЧ15 - используют детали неответственного назначения (крышки, шкивы и т.п.).

Ковкий чугун - имеет в структуре графит хлоповидной формы и в связи с этим более высокие механические свойства, прежде всего пластичность. Все ковкие чугуны содержат меньше кремния. Ковкие чугуны используются более целесообразно использовать для тонкостенных деталей.

---

Ферритные КЧ 35-10; КЧ 37-2 - фланцы, муфты.

Ферритно-перлитные КЧ 45-7 - задний мост, картер автомобиля, ступицы.

Высокопрочный чугун - имеет графит шаровидной формы, что в меньшей степени нарушает сплошность металлической основы. Прочные свойства этих чугунов наиболее высокие, отступают в прочности углеродистым конструкционным стилям, подверженным термической обработке, но пластичность высокопрочных чугунов ниже, чем у стали и у ковкого чугуна. Использование в промышленности высокопрочных чугунов, главным образом для массивных отливок из-за повышенных механических свойств возрастает за счет серых чугунов.

Ферритный: ВЧ 50-70 - траверсы прессов, фланцы, цилиндры, шестерни.

Перлитный: ВЧ 80-2 - цилиндры, поршни.

Отбельный чугун - имеет в сердцевине структуру серого или высокопрочного чугуна, а в поверхностном слое повышенной твёрдости (HB 450-500) ледебурит и персит. Отбельный чугун используют в ограниченных пределах для деталей простой формы, получающих твёрдую поверхность при литье.

Используют прокатные балки, рабочие части различного оборудования, колёса неответственного назначения.

Белый чугун - имеет структуру персита и цементита по всему сечению и, как правило, доэвтектический. При высокой износостойкости и твёрдости, но плохой обрабатываемости резанием белые чугуны имеют сильно сниженные механические свойства и почти не применяются.

---

5. Химико-термическая обработка стали. Классификация и назначение. Цементация стали: виды и сущность процесса

Химико-термическая обработка (ХТО) – процесс изменения химического кроструктуры и свойств поверхностного слоя детали.

Изменение химического состава поверхностных слоев достигается в результате их взаимодействия с окружающей средой (твердой, жидкой, газообразной, плазменной), в которой осуществляется нагрев.

В результате изменения химического состава поверхностного слоя изменяются его фазовый состав и микроструктура,

Основными параметрами химико-термической обработки являются температура нагрева и продолжительность выдержки.

В основе любой разновидности химико-термической обработки лежат процессы диссоциации, адсорбции, диффузии.

Диссоциация – получение насыщающего элемента в активированном атомарном состоянии в результате химических реакций, а также испарения.

Адсорбция – захват поверхностью детали атомов насыщающего элемента.

Адсорбция – всегда экзотермический процесс, приводящий к уменьшению свободной энергии.

Диффузия – перемещение адсорбированных атомов вглубь изделия.

Для осуществления процессов адсорбции и диффузии необходимо, чтобы насыщающий элемент взаимодействовал с основным металлом, образуя твердые растворы или химические соединения.

Химико-термическая обработка является основным способом поверхностного упрочнения деталей.

Основными разновидностями химико-термической обработки являются:

• 
  цементация (насыщение поверхностного слоя углеродом);
  
• 
  азотирование (насыщение поверхностного слоя азотом);
  
• 
  нитроцементация или цианирование (насыщение поверхностного слоя одновременно углеродом и азотом);
  
• 
  диффузионная металлизация (насыщение поверхностного слоя различными металлами).
  

Назначение и технология видов химико-термической обработки: цементации, азотирования нитроцементации и диффузионной металлизации

Цементация – химико-термическая обработка, заключающаяся в диффузионном насыщении поверхностного слоя атомами углерода при нагреве до температуры900…950 oС.

Цементации подвергают стали с низким содержанием углерода (до 0,25 %).

Нагрев изделий осуществляют в среде, легко отдающей углерод. Подобрав режимы обработки, поверхностный слой насыщают углеродом до требуемой глубины.

---

Глубина цементации (h) – расстояние от поверхности изделия до середины зоны, где в структуре имеются одинаковые объемы феррита и перлита (h.=1…2мм).

Степень цементации – среднее содержание углерода в поверхностном слое (обычно, не более1,2 %).

Более высокое содержание углерода приводит к образованию значительных количеств цементита вторичного, сообщающего слою повышенную хрупкость.

На практике применяют цементацию в твердом и газовом карбюризаторе (науглероживающей среде).

Участки деталей, которые не подвергаются цементации, предварительно покрываются медью (электролитическим способом) или глиняной смесью.

Почти готовые изделия, с припуском под шлифование, укладывают в металлические ящики и пересыпают твердым карбюризатором. Используется древесный уголь с добавками углекислых солей ВаСО3, Na2CO3 в количестве10…40 %.Закрытые ящики укладывают в печь и выдерживают при температуре930…950 oС.

За счет кислорода воздуха происходит неполное сгорание угля с образованием окиси углерода (СО), которая разлагается с образованием атомарного углерода по реакции:



Образующиеся атомы углерода адсорбируются поверхностью изделий и диффундируют вглубь металла.

Недостатками данного способа являются:

• 
  значительные затраты времени (для цементации на глубину 0,1мм затрачивается1час);
  
• 
  низкая производительность процесса;
  
• 
  громоздкое оборудование;
  
• 
  сложность автоматизации процесса.
  

Способ применяется в мелкосерийном производстве.

Процесс осуществляется в печах с герметической камерой, наполненной газовым карбюризатором.

Атмосфера углеродосодержащих газов включает азот, водород, водяные пары, которые образуют газ-носитель, а также окись углерода, метан и другие углеводороды, которые являются активными газами.

Глубина цементации определяется температурой нагрева и временем выдержки.

Преимущества способа:

• 
  возможность получения заданной концентрации углерода в слое (можно регулировать содержание углерода, изменяя соотношение составляющих атмосферу газов);
  
• 
  сокращение длительности процесса за счет упрощения последующей термической обработки;
  
• 
  возможность полной механизации и автоматизации процесса.
  

---

Способ применяется в серийном и массовом производстве.

Структура цементованного слоя

На поверхности изделия образуется слой заэвтектоидной стали, состоящий из перлита и цементита. По мере удаления от поверхности, содержание углерода снижается и следующая зона состоит только из перлита. Затем появляются зерна феррита, их количество, по мере удаления от поверхности увеличивается. И, наконец, структура становится отвечающей исходному составу.

В результате цементации достигается только выгодное распределение углерода по сечению. Окончательно формирует свойства цементованной детали последующая термообработка. Все изделия подвергают закалке с низким отпуском. После закалки цементованное изделие приобретает высокую твердость и износостойкость, повышается предел контактной выносливости и предел выносливости при изгибе, при сохранении вязкой сердцевины.

Комплекс термической обработки зависит от материала и назначения изделия.

Если сталь наследственно мелкозернистая или изделия неответственного назначения, то проводят однократную закалку с температуры 820…850oС. При этом обеспечивается получение высокоуглеродистого мартенсита в цементованном слое, а также частичная перекристаллизация и измельчение зерна сердцевины.

При газовой цементации изделия по окончании процесса подстуживают до этих температур, а затем проводят закалку (не требуется повторный нагрев под закалку).

Для удовлетворения особо высоких требований, предъявляемых к механическим свойствам цементованных деталей, применяют двойную закалку.

Первая закалка (или нормализация) проводится с температуры 880…900oСдля исправления структуры сердцевины.

Вторая закалка проводится с температуры 760…780oСдля получения мелкоигольчатого мартенсита в поверхностном слое.

Завершающей операцией термической обработки всегда является низкий отпуск, проводимый при температуре 150…180oС.В результате отпуска в поверхностном слое получают структуру мартенсита отпуска, частично снимаются напряжения.

Цементации подвергают зубчатые колеса, поршневые кольца, червяки, оси, ролики.

Азотирование – химико-термическая обработка, при которой поверхностные слои насыщаются азотом.

Впервые азотирование осуществил Чижевский И.П., промышленное применение – в двадцатые годы.

При азотировании увеличиваются не только твердость и износостойкость, но также повышается коррозионная стойкость.

---