- •Миністерство освіти і науки україни
- •0902 – Інженерна механіка
- •Затверджено
- •Укладач: Наумчик Світлана Анатоліївна, асистент
- •Лабораторна робота 1
- •1.2 Теоретичні відомості
- •1.3 Експериментальна частина
- •1.4 Контрольні питання
- •Лабораторна робота 2
- •2.2 Теоретичні відомості
- •2.3 Експериментальна частина
- •2.4 Контрольні питання
- •3.2 Теоретичні відомості
- •3.3 Експериментальна частина
- •3.4 Контрольні питання
- •Лабораторна робота 4
- •4.2 Теоретичні відомості
- •4.3 Експериментальна частина
- •4.4 Контрольні питання
- •Лабораторна робота 5
- •5.2 Теоретичні відомості
- •5.3 Експериментальна частина
- •5.4 Контрольні питання
- •6.2 Теоретичні відомості
- •6.3 Експериментальна частина
- •6.4 Контрольні питання
- •Лабораторна робота 7
- •7.2 Теоретичні відомості
- •7.3 Експериментальна частина
- •7.4 Контрольні питання
- •8.2 Теоретичні відомості
- •8.3 Експериментальна частина
- •8.4 Контрольні питання
- •9.2 Теоретичні відомості
- •9.3 Експериментальна частина
- •9.4 Контрольні питання
- •10.2 Теоретичні відомості
- •10.3 Експериментальна частина
- •10.4 Контрольні питання
- •11.2 Теоретичні відомості
- •11.3 Експериментальна частина
- •11.4 Контрольні питання
- •Лабораторна робота 12
- •12.2. Теоретичні відомості
- •12.3 Експериментальна частина
- •12.4 Контрольні питання
- •13.2 Теоретичні відомості
- •13.3 Експериментальна частина
- •13.4 Контрольні питання
- •Лабораторна робота 14
- •14.1 Мета роботи: за допомогою металографічного аналізу вивчити мікроструктуру міді, латуней, бронзі і встановити зв’язок мікроструктури з діаграмою стану
- •14.2 Теоретичні відомості
- •14.3 Експериментальна частина
- •14.4 Контрольні питання
- •Металографічне дослідження титанових сплавів
- •15.2 Теоретичні відомості
- •15.3 Експериментальна частина
- •15.4 Контрольні питання
- •16.2 Теоретичні відомості
- •16.3 Експериментальна частина
- •16.4 Контрольні питання
- •17.2 Теоретичні відомості
- •17.3 Експериментальна частина
- •17.4 Контрольні питання
- •Лабораторна робота 18
- •18.2 Теоретичні відомості
- •18.3 Експериментальна частина
- •18.4 Контрольні питання
- •Основна
- •Довідкова
- •Додаткова
11.2 Теоретичні відомості
При хіміко-термічній обробці відбувається зміна хімічного складу і структури поверхневих шарів під впливом навколишнього середовища й температури.
При хіміко-термічній обробці відбувається три елементарних процеси: дисоціація, адсорбція, дифузія. Дисоціація – розпад молекул з утворенням вільних атомів:
2СО → СО2 + С, (11.1)
2NH3 → 3Н2 + 2N (11.2)
Активні атоми розчиняються в поверхневому шарі. Цей процес називається адсорбцією. Сили притягування створюють поверхневі атоми основного металу, які мають вільні зовнішні зв’язки. З підвищенням температури адсорбційна здатність металу зростає. Розвиткові процесу адсорбції сприяє здатність дифузанту утворювати з основним металом заготовки твердий розчин або хімічну сполуку.
Проникнення адсорбованих атомів дифузанту в глибину тіла є дифузія – третій процес. Усі три процеси прискорюються з ростом температури. Для протікання дифузії з припустимою для виробництва швидкістю необхідне утворення твердого розчину дифузанту в металі.
Види хіміко-термічної обробки класифікують за елементами, якими насичується поверхневий шар. Насичення поверхні вуглецем називається цементацією, азотом – азотуванням, сіркою – сульфідуванням.
Цементації піддають вуглецеві і леговані сталі, які містять вуглецю від 0,1 до 0,25%. В ході цементації утворюється твердий, зносостійкий поверхневий шар при зберіганні м’якої і в’язкої серцевини, підвищується границя втоми сталі.
Сталі, які належать до цементуємих, повинні добре оброблятися різанням, бути спадково дрібнозернистими, щоб у процесі цементації не відбулося росту зерна. В цементованому шарі не повинно бути багато залишкового аустеніту, який знижує твердість і погіршує зносостійкість.
Цементацію роблять у твердому і газоподібному карбюризаторах.
Твердий карбюризатор: суміш березового вугілля і вуглекислих солей (BaCO3, СaCO3 і ін.).
Температура цементації складає 900...950ºС (вище Ас3) для отримання структури аустеніту, який добре розчинює вуглець. Структура поверхневого шару після цементації складається з наступних зон: заевтектоїдної, евтектоїдної і доевтектоїдної, яка є перехідної до структури серцевини (рис. 11.1).
Задачею цементації є отримання високої поверхневої твердості і зносостійкості при в’язкій серцевині. Цементацією досягається лише вигідне розташування вуглецю у перерізі. Після цементації для одержання високої твердості цементованого шару проводять загартування (температура загартування 780...810ºС). Така температура для маловуглецевої серцевини не викликає структурних змін і вона залишається ферито-перлітною.
І – заевтектоїдна
зона П+Ц; ІІ
– евтектоїдна зона П; ІІІ
– поверхневий шар; ІV
– серцевина П+Ф
Рисунок 11.1 – Мікроструктура цементованого шару після повільного охолодження з температури цементації
Азотування – насичення поверхневого шару стальної деталі азотом. Забезпечує підвищення твердості і зносостійкості деталей, збільшує границю втоми, підвищує корозійну стійкість. Для азотування звичайно використовують сталь 38ХМЮА, тобто низьколеговані сталі, легуючи елементи котрих здатні утворювати нітриди (CrN, Cr2N, MnN, TiN АlN і ін.). Перед азотуванням сталь 38ХМЮА загартовують з 950ºС, відпускають на сорбіт при 650ºС і проводять остаточну механічну обробку. В герметично зачинений муфель під тиском надається аміак, температура складає 500 - 520ºС. Азотований шар звичайно, складає 0,8 мм. Структурою азотованого шару є наступні фази: – нітрид Fe2N, ' – Fe4N, – азотистий аустеніт, існує лише до евтектоїдної температури, – азотистий ферит.
Азотування застосовують для підвищення твердості, зносостійкості, втомної міцності, корозійної стійкості.
Ціануванням називають одночасне дифузійне насичення вуглецем і азотом поверхневого шару сталевих деталей у розтопленій ціанистій солі, а нітроцементацією – в газовому середовищі.
Після ціанування на поверхні деталі виникає карбонітридний шар твердістю HRC 58…62.
Нітроцементацію здійснюють у суміші навуглецьовувального газу й аміаку при температурі 850…870°C протягом 2…10 год. ЇЇ широко застосовують в автомобільній промисловості для поверхневого зміцнення зубчастих коліс, виготовлених з хромистих і хромомаргацевих сталей. Після насичення деталі гартують і відпускають при 150…200°C.
Дифузійна металізація – дифузійне насичення поверхневих шарів талевих виробів металами при високій температурі. Дифузійна металізація приводить до підвищення корозійної тривкості, жаро- й зносотривкості. Метали утворюють зі залізом тверді розчини заміщення і повільніше за неметали дифундують в глибину виробу, тому процес проводять при підвищених температурах.
Дифузійне насичення виробів алюмінієм з метою підвищення жаротривкості називають алітуванням. Алітують сталі з 0,1…0,2% С найчастіше в порошковій суміші з фероалюмінію, хлористого амонію й оксиду алюмінію при температурах 950…1150°C протягом 3…12 год. На поверхні виробу утворюється плівка Аl2O3, яка є захисною до температури 900°C.
При алітуванні відбувається реакція:
NH4Cl → NH3 + HCl, (11.3)
6HCl +2Аl → 2AlCl3 + 3Н2 (11.4)
На поверхні виробу газоподібний хлорид алюмінію, взаємодіючи з залізом, виділяє вільні атоми алюмінію:
Fe + AlCl3 → FeCl3 + Al, (11.5)
які адсорбуються поверхнею виробу й дифундують у його глибину, утворюючи твердий розчин алюмінію у залізі.
Хромування – дифузійне насичення хромом поверхні переважно сталевих виробів з метою підвищення до 800°C жаротривкості, корозійної тривкості і поверхневої твердості. Хромують при температурі 1000…1050°C протягом 6…10 год. Глибина дифузійного шару 0,2…0,25 мм. Найчастіше насичують у порошкових сумішах із ферохрому (або хрому).