- •Министерство образования и науки украины
- •1. Железоуглеродистые сплавы
- •1.1. Компоненты железоуглеродистых сплавов
- •1.2. Диаграмма состояния железо-цементит (Fe-Fе3c)
- •1.3. Структурные составляющие в системе Fe – Fe3с
- •1.4. Характеристика отдельных точек и линии диаграммы Fe-Fe3с
- •Первичная кристаллизация белых чугунов происходит при 1147°с. Перекристаллизация – при 727 0с.
- •1.5. Влияние постоянных примесей на свойства углеродистой стали
- •2. Теория термической обработки
- •2.1. Классификация видов термической обработки
- •2.1. Превращения в стали при нагреве
- •2.2 Влияние величины зерна на свойства стали
- •2.3. Превращения в стали при охлаждении
- •2.4. Превращения в закаленной стали при нагреве
- •2.5. Влияние термической обработки на свойства стали
- •3. Технология термической обработки
- •3.1. Отжиг
- •3.2. Закалка.
- •3.2.1. Особенности закалки
- •3.2.2. Способы закалки.
- •3.2.3. Дефекты закалки.
- •3.3. Oтпуск стали.
- •3.4. Старение сплавов
- •4. Химико-термическая обработка (хто).
- •5. Классификация и принцип маркировки сталей. Углеродистые стали
- •5.1. Классификация сталей
- •5.2. Маркировка сталей
- •У8 - содержит 0,8 % с
- •Б – ниобий ц – цирконий п – фосфор а - азот (если буква находится в середине марки)
- •5.3. Легирующие элементы в стали
- •6. Конструкционные стали
- •6.1. Конструкционная прочность
- •6.2. Методы повышения конструкционной прочности.
- •6.3. Виды конструкционных сталей
- •7. Инструментальные стали и сплавы
- •7.1. Основные свойства инструментальных сталей и факторы, влияющие на них.
- •1. Эксплуатационные свойства.
- •2. Технологические свойства.
- •7.2. Стали для режущего инструмента.
- •7.3. Быстрорежущие стали.
- •8. Коррозия металлов. Стали и сплавы с особыми свойствами
- •8.1. Основные виды коррозии
- •8.2. Защита от коррозии (покрытия)
- •8.3. Контроль покрытий
- •8.4. Коррозионностойкие стали.
- •8.6. Жаропрочные стали
- •8.7. Сплавы с особыми упругими и тепловыми свойствами
- •8.8. Магнитные стали и сплавы
- •8.9. Сплавы с высоким электрическим сопротивлением
- •8.10. Графитизированная сталь
- •9. Микроскопический анализ сталей и чугунов
- •9.1. Общие сведения.
- •9.2. Крепление образцов. Шлифовка. Полировка.
- •9.3. Травление.
- •9.4. Микроанализ сталей
- •9.5. Микроанализ чугунов
- •9.6. Реактивы для выявления структуры сталей и чугунов
- •10. Макроскопический анализ металлов и сплавов
- •10.1. Сущность макроскопического анализа
- •10.2. Металлургические дефекты
- •10.3. Дефекты технологического происхождения
- •10.4. Эксплуатационные дефекты в условиях воздействия постоянных нагрузок
- •10.5. Эксплуатационные дефекты в условиях воздействия
- •11. Износостойкость сталей
4. Химико-термическая обработка (хто).
Это процесс изменения химического состава, микроструктуры и свойств поверхностных слоев деталей. Изменение химического состава осуществляется за счет взаимодействия с окружающей средой. Основные процессы ХТО – диссоциация-абсорбция-диффузия.
Диссоциация – получение насыщенного элемента в более активном, атомарном состоянии (например, 2NH3↔2N+3H2).
Абсорбция – захват поверхностью детали атомов насыщающего элемента.
Диффузия – перемещение захваченного поверхностью атома в глубь изделия.
1. Цементация – это химико-термическая обработка, при которой поверхность стальных деталей насыщается углеродом. Изделие нагревают в среде, легко отдающей углерод. Цементации подвергают стали с малым содержанием углерода (0,1-0,2%). Глубиной цементации условно считают расстояние от поверхности детали до половины зоны, где в структуре наряду с перлитом имеется примерно то же количество феррита. Обычно глубина составляет 1-2 мм. Степень цементации – среднее содержание углерода в поверхностном слое (не более 1,2%).
После цементации изделия подвергают закалке с низким отпуском. Это обеспечивает получение в поверхностном слое изделий высокой твердости при сохранении мягкой и вязкой сердцевины. На поверхности после цементации возникают напряжения сжатия, увеличивающие предел выносливости долговечность изделий. Цементацию проводят в твердом, жидком и газообразном карбюризаторах.
При газовой цементации детали нагревают в герметических печах в атмосфере углеродсодержащих средах (например, метан 92-96% – наиболее активный карбюризатор). Детали нагревают до 930-950 0С до аустенитного состояния, т.к. он растворяет до 2%С и выдерживают определенное время (0,1 мм за 1 час выдержки). Поэтому весь процесс цементации составляет 8-12 часов.
При цементации твердым карбюризатором изделия помещают в металлические ящики со смесью древесного угля (75–80% объема) и активизаторами BaCO3 и Na2CO3. Ящики закрывают крышками, обмазывают огнеупорной глиной для герметичности, помещают в печь и нагревают до 900-950 0С. Недостатки: некотролиерумость процесса, трудоемкая операция и т.д.
После цементации изделия приобретают структуру, приведенную на рис. 4.1
IIIIIIIV
0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5
Расстояние от поверхности, мм
Рис. 4.1. Микроструктура цементованного слоя после медленного охлаждения с температуры цементации
На поверхности изделия образуется слой заэвтектоидной стали, состоящей из перлита и вторичного цементита (зона І). По мере удаления от поверхности содержание углерода уменьшается и структура состоит из одного перлита (зона ІІ). Затем появляются зерна феррита (зона ІІІ), их количество по мере удаления от поверхности увеличивается и структура становится отвечающей составу стали (зона IV).
2. Азотирование. Азотированием называется ХТО, при которой поверхностный слой детали насыщается азотом. При этом увеличивается не только твердость и износостойкость, но и повышается коррозионная стойкость.
Рис. 4.2. Микроструктура азотированного слоя.
I II III IV
При азотировании изделия загружают в герметические печи, куда поступает аммиак NH3 с определенной скоростью, который при нагреве до 500-600 0С диссоциируется по реакции 2NH3→2N+3H2 .
Структура азотированного слоя представлена на рис. 4.2 и состоит из 4 зон: I – азотистый феррит; II – твердый раствор на основе нитрида железа Fе4N; III – твердый раствор на основе нитрида железа Fе2N; IV – твердый раствор азота в γ-железе.
На практике азотированию подвергают легированные стали. Со многими легирующими элементами азот образует химические соединения – нитриды. Большая твердость азотированного слоя объясняется мелкодисперсностью образующихся нитридов.
Глубина и поверхностная твердость азотированного слоя зависят от ряда факторов: температура азотирования, продолжительность азотирования и состав азотируемой стали. Например, для получения слоя толщиной 0,6 мм продолжительность азотирования должна составлять 40 часов.
Наиболее распространенной сталью, предназначенной для азотирования, является сталь 35ХМЮА (0,3-0,38 % С; 1,35-1,65 % Сr; 0,4-0,6 % Mo; 0,75-1,1 % Al).
3. Цианирование стали - это процесс одновременного насыщения поверхностного слоя углеродом и азотом. Различают жидкое, твердое и газообразное цианирование (последнее называют нитроцементацией).
Твердое цианирование осуществляют аналогично твердой цементации, только карбюризатор содержит цианистые соли (например, 30-40% K4Fe(CN)5 (желтая кровяная соль), 10% Na2CO3 (сода), остальное – древесный уголь).
Жидкое цианирование проводят в расплавленных цианистых солях.
Газовое цианирование осуществляют в смеси науглероживающих и азотирующих газов.
Цианирование разделяют на высокотемпературное (800-950 0С) и низкотемпературное (500-600 0С). Низкотемпературное цианирование применяют для инструмента из быстрорежущей стали, а также для среднеуглеродистых сталей. Оно состоит в насыщении стали азотом в цианистых солях, через которые пропускают сухой воздух. Процесс протекает при 570 0С в течение 0,5-3 часа. На поверхности возникает тонкий карбонитридный слой, обладающий хорошим сопротивлением износу, менее хрупкий, чем нитриды. Высокотемпературное цианирование применяют для углеродистых и легированных сталей.
По сравнению с цементированным, цианированный слой обладает более высоким сопротивлением износу, большей твердостью, лучшим сопротивлением коррозии. После цианирования детали сразу подвергают закалке.
4. Диффузионная металлизация. Это процесс диффузионного насыщения поверхностных слоев стали различными металлами. При насыщении хромом этот процесс называется хромированием, алюминием – алитированием, кремнием – силицированием. Комбинированные процессы одновременного насыщения хромом и алюминием называют хромоалитированием, хромом и вольфрамом – хромовольфрамированием и т.д.
Диффузионную металлизацию можно проводить в твердых, жидких и газообразных средах. При твердой металлизации металлизатором является ферросплав с добавлением хлористого аммония (NH4Cl). В результате реакции металлизатора с HCl или Cl2 образуется летучее соединение хлора с металлом (AlCl3; CrCl2; SiCl4 и т.д.), которое при контакте с металлической поверхностью диссоциирует с образованием свободных атомов. Жидкую металлизацию проводят погружением детали в расплавленный металл. Газовую металлизацию проводят в газовых средах, являющихся хлоридами различных металлов.
Диффузионная металлизация является дорогостоящим процессом, его проводят при высоких температурах (1000-1200 0С) длительное время. Одним из основных свойств диффузионно-металлизированных поверхностей является высокая жаростойкость. Поэтому жаростойкие детали для рабочих температур до 1000-11000С изготавливают из простых углеродистых сталей с последующей диффузионной металлизацией.