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 металлизацииЦементация – 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 слояНа 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.

---