Материаловедение. Опишите процесс азотирования стали. Укажите его достоинства и область применения
 Скачать 19.77 Kb.
|
|
Опишите процесс азотирования стали. Укажите его достоинства и область применения Азотирование стали впервые предложено акад. Н.П. Чижевским. Процесс азотирования стальных деталей заключается в поверхностном насыщении азотом в среде аммиака (NH3) при температурах нагрева 500-700° С в течение 20-90 ч. Глубина азотированного слоя допускается в пределах 0,2-0,8 мм. Азотирование применяется для повышения твердости, износостойкости, предела усталости, сопротивления коррозии и жаропрочности. Азотированию могут подвергаться детали из углеродистой низко-легированной и легированной сталей, а также чугун. Детали из углеродистой и низколегированной стали азотируют для увеличения сопротивления коррозии. Твердость азотированной. поверхности у них не превышает HV 250-300. Азотирование может быть низкотемпературным (500-600?С) или высокотемпературным (600-1200?С). Термическая диссоциация аммиака представляет собой ионизационный процесс, сопровождающийся образованием ионов в рабочем пространстве печи. Азотированию подвергаются стали перлитного, ферритного и аустенитного классов, а также чугуны и другие сплавы. В результате азотирования сталь приобретает высокую твердость на поверхности, не изменяющуюся при нагреве до 400-450?С; высокую износостойкость и низкую склонность к задирам; высокий предел выносливости; высокую кавитационную стойкость; хорошую сопротивляемость коррозии в атмосфере, пресной воде и паре. Технологический процесс изготовления деталей при применении азотирования состоит из следующих этапов: 1) предварительная термическая обработка заготовки; 2) механическая обработка детали, включая шлифование; 3) защита мест, не подлежащих азотированию (покрытие тонким слоем олова гальваническим способом); 4) азотирование; 5) окончательное шлифование или доводка в соответствии с заданными допусками. Легированные стали с содержанием хрома, никеля, алюминия и молибдена после азотирования имеют поверхностную твердость HV 850-1200 (рис. 37). Это достигается за счет образования мелкодисперсных нитридов на поверхности детали (химических соединений азота с элементами AlN, GrN, Cr2N, MoN). Достоинство азотированного слоя - сохранение высокой твердости при нагреве до высоких температур. Эта особенность азотированного слоя расширяет область применения азотирования и дает хорошие результаты в борьбе с износом деталей, работающих при повышенных температурах. Снижение хрупкости азотированного слоя позволяет применять азотирование при изготовлении деталей, имеющих острые кромки и вырезы, а также нешлифуемых деталей. Так, например, в станкостроении для шпинделей, опор качения и ходовых винтов используют стали 40Х, 40ХФА, 18ХГТ, а для гильз, накладных направляющих планок, ходовых винтов пар качения - стали 40ХФА, 20ХЗВА, 20ХЗМВФ. Химико-термическая обработка стали. Дефекты и брак при термомеханической обработке Химико-термической обработкой называется тепловая обработка металлических изделий в химически активных средах для изменения химического состава, структуры и свойств поверхностных слоев. Химико-термическая обработка основана на диффузии атомов различных химических элементов в кристаллическую решетку железа при нагреве в среде, содержащей эти элементы. Любой вид химико-термической обработки состоит из следующих процессов: - диссоциация -- распад молекул и образование активных атомов насыщенного элемента, протекает во внешней среде; - адсорбция -- поглощение (растворение) поверхностью металла свободных атомов, происходит на границе газ--металл; - диффузия -- перемещение атомов насыщающего элемента с поверхности вглубь металла. Насыщающий элемент должен взаимодействовать с основным металлом, образуя твердые растворы или химические соединения, иначе процессы адсорбции и диффузии невозможны. Глубина проникновения диффундирующих атомов (толщина диффузионного слоя) зависит от состава стали, температуры и продолжительности насыщения. Дефекты и брак при термической обработке При термической обработке могут возникнуть дефекты, связанные как с режимом и технологией ее проведения, так и с особенностями конструкции изделия. Одни виды дефектов неисправимы (трещины, пережог), другие можно устранить последующими операциями механической или термической обработки. При отжиге и нормализации могут появиться следующие дефекты: - коррозия -- окисление металла при взаимодействии поверхности стальных деталей с печными газами. При этом образуется окалина, повреждается поверхность детали, что затрудняет обработку металла режущим инструментом. Окалину удаляют травлением в растворе серной кислоты, очисткой в дробеструйных установках или галтовочных барабанах; - обезуглероживание -- выгорание углерода с поверхности детали, происходит при окислении стали. Приводит к резкому снижению прочности, может вызвать образование закалочных трещин и коробление. Для предохранения деталей от окисления и обезуглероживания при отжиге, нормализации и закалке в рабочее пространство печи вводят безокислительные (защитные) газы; - перегрев -- образование крупнозернистой структуры стали при нагреве выше определенных температур и длительной выдержке. Перегрев ведет к понижению пластичности, образованию трещин при закалке. Исправляется повторным отжигом или нормализацией; - пережог может возникнуть в результате нагрева при еще более высоких температурах и длительной выдержке металла при высокой температуре в окислительной атмосфере печи. Пережог сопровождается окислением и частичным оплавлением границ зерен. Металл становится хрупким. Пережог является неисправимым браком. В процессе закалки могут возникнуть следующие дефекты: - закалочные трещины (наружные или внутренние) образуются вследствие высоких внутренних напряжений и являются неисправимым браком. Трещины возникают при неправильном нагреве (перегреве) и большой скорости охлаждения деталей, а также если в изделии имеются резкие переходы от тонких сечений к толстым, выступы, заостренные углы и т. п.; - деформация -- изменение формы и размеров изделия, происходит в результате внутренних напряжений, вызванных неравномерным охлаждением; - коробление -- несимметричная деформация изделий. Коробление может происходить вследствие причин, вызывающих деформацию, а также при неправильном положении детали при погружении ее в закалочную среду; - мягкие пятна -- участки на поверхности изделия с пониженной твердостью. Образуются в местах, где имелись окалина, загрязнения, участки с обезуглероженной поверхностью, а также при недостаточно быстром движении деталей в закалочной среде; - низкая твердость изделия является следствием недогрева, недостаточной выдержки или недостаточно быстрого охлаждения в закалочной среде. Для исправления такого дефекта деталь подвергают высокому отпуску и повторной закалке; - перегрев и недогрев под закалку приводят к снижению механических свойств. Исправляют эти дефекты отжигом, после которого снова проводят закалку; - окисление и обезуглероживание поверхности изделия предупреждается строгим соблюдением режима термической обработки и нагревом в среде нейтральных газов (азот, аргон). Укажите состав и область назначения следующих марок чугуна: СЧ15, ВЧ38, КЧ45-6 Чугун — самый распространенный железоуглеродистый нековкий литейный материал, содержащий свыше 2% углерода, до 4,5% кремния, до 1,5% марганца, до 1,8% фосфора и до 0,08% серы. В практике применяют чугуны, содержащие 3÷3,5% углерода. Чугун обладает высокими литейными свойствами, поэтому широко используется в литейном производстве в качестве конструкционного материала. Он хорошо обрабатывается резанием. Из чугуна, имеющего невысокий коэффициент трения, изготовляют подшипники скольжения. Специально обработанный чугун (высокопрочный) по показателям качества успешно конкурирует со стальным литьем и кованой сталью. Недостаточная прочность и большая хрупкость чугуна объясняются наличием в нем крупных включений углерода в виде графита. Введение в жидкий чугун небольшого количества магния и церия изменили форму графита, он стал шаровидным. Чугун приобрел прочность и утратил хрупкость. Такой чугун (его называют высокопрочным) по-своему качеству не уступает конструкционным углеродистым сталям. Стойкость деталей, изготовленных из этого чугуна, увеличилась почти в три раза. Углерод в чугунах может находиться в виде химического соединения — цементита (такие чугуны называют белыми) или частично или полностью в свободном состоянии в виде графита — (такие чугуны называют серыми). СЧ15 314МПа 160-224НВ Малоответственные отливки с толщиной стенок 10 — 30 мм (трубы, корпуса клапанов, вентили при давлении — до 20 МПа и др.), корпусные малонагруженные детали, подмоторные плиты, рычаги, шкивы, маховики, емкости для масла и охлаждающей жидкости, корпуса фильтров, фланцы, крышки, звездочки цепных передач. Стандарт предусматривает 10 марок высокопрочных чугунов: ВЧ 38-17, ВЧ 42-12, ВЧ 45-5, ВЧ 50-7, ВЧ 50-2, ВЧ 602, ВЧ 70-2, ВЧ 80-2, ВЧ 100-2, ВЧ 120-2. Стандарт или справочник дает дополнительные сведения об этом чугуне: предел текучести σт = 274 Н/мм2 (28 кгс/мм2), твердость-140÷200 НВ. Из высокопрочных чугунов изготовляют многие детали (в том числе фасонные), которые ранее получали из стали, базовые и корпусные детали повышенной прочности (корпуса и станины станков, крупные планшайбы, гильзы, каретки, цилиндры, кронштейны, зубчатые колеса, накладные направляющие станков и детали с поверхностной закалкой). Они заменяют стали Сталь 20Л, 25Л, ЗОЛ и 35Л. КЧ 45-6 203 НВ Ковкие чугуны перлитного класса марок обладают высокой прочностью, умеренной пластичностью и хорошими антифрикционными свойствами. Из них получают вилки карданных валов, шестерни, червячные колеса, поршни, подшипники, звенья и ролики конвейерных цепей, втулки, муфты, тормозные колодки, коленчатые валы |