- •114 Марчук с.И., Петрущак с.В. Конспект лекций по курсу «Материаловедение»…
- •Введение
- •Строения материалов
- •2.1 Строение идеальных кристаллов
- •2.2 Дефекты кристаллического строения
- •2.3 Линейные дефектыМарчук с.И., Петрущак с.В. Конспект лекций по курсу «Материаловедение»…
- •2.4 Взаимодействие дефектов кристаллического строения
- •3.1 Упругая и пластическая деформация. Механизм пластической деформации.
- •3.2 Влияние холодной пластической деформации
- •3.3 Влияние нагрева на структуру и свойства деформированного металла.
- •4.1. Движущая сила кристаллизации
- •4.2. Гомогенная кристаллизация
- •4.3. Гетерогенная кристаллизация
- •4.4. Строение металлического слитка
- •4.5 Стеклование и аморфизация
- •Двухкомпонентных систем
- •5.1 Диаграмма фазового равновесия сплавов с неограниченной растворимостью в жидком и твердом состоянии
- •5.2 Диаграмма фазового равновесия сплавов с неограниченной растворимостью в жидком и ограниченной растворимостью в твердом состоянии
- •5.2.1 Диаграммы состояния эвтектического типа
- •5.2.3 Двойная диаграмма состояния перитектического типа
- •5.2.4 Диаграммы состояния двух компонентов, образующих промежуточные фазы
- •5.2.5 Двойные диаграммы состояния сплавов полиморфных компонентов и промежуточных фаз
- •Железо - углерод
- •6.1 Компоненты
- •6.2 Фазы в системе железо - углерод
- •6.3 Диаграмма состояния системы железо-углерод
- •6.4 Формирование структуры технического железа
- •6.5 Формирование структуры сталей
- •6.6 Влияние углерода и постоянных примесей на структуру и свойства сталей
- •6.7 Классификация и маркировка углеродистых сталей
- •6.8 Формирование структуры чугунов
- •6.8.1 Формирование структуры белых чугунов
- •6.8.2 Влияние скорости охлаждения на формирование структуры чугунов
- •6.8.3 Формирование структуры ковкого чугуна
- •6.8.4 Маркировка чугунов с графитом
- •7.1 Превращения при нагреве сталей
- •7.2 Превращения аустенита при охлаждении
- •7.2.I Распад аустенита в изотермических условиях
- •7.2.2 Распад аустенита в условиях непрерывного охлаждения
- •8.1 Отжиг
- •8.1.1 Отжиг первого рода
- •8.1.2 Отжиг второго рода
- •1 6 4,6 5 2 3 Отжиг 1 рода:
- •8.1.3 Виды отжига второго рода
- •8.2 Закалка стали
- •8.2.1 Способы объемной закалки
- •8.3 Отпуск закаленной стали
- •8.3.1 Превращения в закаленной стали при нагреве (отпуске )
- •8.3.2 Структура и свойства отпущенной стали
- •8.3.3 Виды отпуска
- •8.4 Поверхностное упрочнение стали
- •8.4.1 Поверхностная закалка
- •8.4.1.1 Структура и свойства стали после закалки твч
- •8.4.2 Химико-термическая обработка
- •8.4.2.1 Формирование структуры цементованного изделия
- •8.4.2.2 Термическая обработка после цементации
- •Время, ч
- •8.4.3 Азотирование стали
- •9.1 Влияние легирующих элементов на свойства фаз в сталях
- •9.1.2 Влияние легирующих элементов на устойчивость переохлажденного аустенита
- •9.2 Маркировка легированных сталей
- •9.3 Классификация легированных сталей
- •9.4 Конструкционные стали
- •9.4.1 Низколегированные строительные стали
- •9.4.2 Машиностроительные стали
- •9.4.2.1 Цементуемые стали
- •9.4.2.2 Улучшаемые стали
- •9.4.2.3 Рессорно-пружинные стали
- •9.4.2.4 Шарикоподшипниковые стали
- •9.4.2.5 Износостойкие стали
- •9.4.2.6 Коррозионностойкие стали
- •9.5 Инструментальные стали
- •9.5.1 Стали для режущего инструмента
- •9.5.2 Стали для деформирующего инструмента (штамповые стали)
- •9.5.3 Стали для мерительного инструмента
- •9.6 Твердые сплавы
- •10.1 Титан и его сплавы
- •10.2 Алюминий и его сплавы
- •10.3Магний и его сплавы
- •10.4 Медь и ее сплавы
- •11.1 Структура и основные свойства полимеров
- •11.2 Пластические массы
- •11.3 Резина
- •11.4 Стекло
- •11.5 Ситалы.
- •11.6 Керамика
- •11.7 Композиционные материалы
8.4.2 Химико-термическая обработка
Целью ХТО также является повышение твердости и износостойкости поверхности при сохранении вязкой сердцевины (иногда обеспечивают и другие специальные свойства поверхности, например коррозионную стойкость). Однако цель достигают другим путем – за счет изменения химического состава поверхности диффузионным насыщением ее атомами различных элементов (C; N; Cr; B; Al и др) – цементация, азотирование, нитроцементация, диффузионное хромирование, борирование, алитирование.
Во время химико-термической обработки должны одновременно происходить следующие три процесса:
- выделение во внешней среде насыщающего компонента в атомарном виде;
- абсорбция этих атомов поверхностью изделия;
- диффузия атомов в глубь металла.
Самым медленным из этих процессов является диффузия, поэтому именно скоростью диффузии определяется общая скорость процесса насыщения. Хорошо известно, что эта скорость экспоненциально возрастает с повышением температуры.
Цементацией называют процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стальных деталей углеродом. Назначение цементации - получить на поверхности высокую твердость, износостойкость и повышенную усталостную прочность с сохранением при этом высокой вязкости сердцевины, предохраняющей детали от хрупкого разрушения при работе с динамическими нагрузками. Эти свойства достигаются обогащением углеродом поверхностного слоя изделия из стали с небольшим содержанием углерода и последующей термической обработкой.
Детали, подвергающиеся цементация, изготавливают из цементуемых конструкционных сталей. Это углеродистые и легированные стали с низким содержанием углерода (обычно не более 0,3 % С), например, 10, 15, 20, 15Х, 18ХГТ, 25ХГМ, З0ХГТ, 20Х21Н4А. Благодаря низкому содержанию углерода обеспечивается достаточная вязкость сердцевины в готовой цементованной детали.
Цементация производится при температурах, когда сталь находятся в аустенитном состоянии. При этом ускорена диффузия углерода и облегчено образование атомарного углерода за счет пиролиза органических углеводородных веществ.
Наиболее часто цементацию проводят при 930 – 950°С, для ускорения процесса температуру иногда повышают до 1000 - 1050 °С. Глубина получаемых слоев зависит от температуры нагрева и длительности выдержки (рис. 8.10).
Обычно получаемая глубина цементованного слоя находится в пределах 0,5 - 2 мм. Содержание углерода в поверхности изделия должно достигать 0,8 - 1,1 %. При более высоком содержании углерода образуется значительное количество вторичного цементита, придающего слою повышенную хрупкость.
мм
2,8
2,0
1,2
0,4
Рисунок 8.10 - Влияние температуры нагрева и длительности выдержки на глубину цементованного слоя
Цементацию проводят в твердом, жидком и газообразном карбюризаторах.
Твердый карбюризатор – это обычно гранулированный древесный уголь в который как катализатор добавляют немного BaCO3 или Na2CO3. Для такой цементации не нужно специальное оборудование. Детали помещают в стальной ящик, засыпают карбюризатором, затем слоем песка, утрамбовывают, закрывают крышкой и делают обмазку огнеупорной глиной. Затем помещают в любую печь, которая дает необходимую температуру. Обычно такой способ цементации применяют в условиях единичного или мелкосерийного производства. При этом трудно контролировать и управлять параметрами процесса.
Более прогрессивной является газовая цементация, для которой необходимо специальное оборудование – цементационные печи в рабочем пространстве которых создается и поддерживается на протяжении всего процесса атмосфера специального состава. Однако в этом случае параметры процесса хорошо контролируются и управляются. Этот способ цементации используют при массовом и крупносерийном производстве.