20. Химико-термическая обработка сталей.

Химико-термической обработкой называется процесс изменения химического состава, структуры и свойств поверхностных слоев металлов и сплавов. При химико-термической обработке поверхность стальных деталей может насыщаться при нагреве углеродом, азотом, алюминием, хромом, кремнием и другими элементами. Этот процесс состоит из трех стадий: диссоциации вещества внешней активной среды на активные атомы (ионы); поглощения (абсорбции) поверхностью детали активных атомов; диффузии атомов (ионов) вглубь металла с образованием твердого раствора или химического соединения.

Основными видами химико-термической обработки являются цементация, азотирование, цианирование и диффузионная металлизация.

Цементация стали.

Цементацией называется процесс поверхностного насыщения стали углеродом для получения у детали высокой поверхностной твердости, износоустойчивости и повышенной усталостной прочности. Цементации подвергают детали, изготовляемые из низкоуглеродистых сталей (с содержанием 0,10-0,30% углерода) марок 10, 15, 20, 25 или низколегированных сталей марок 15Г, 20Г, 20Х, 25ХГ, 18ГМ, 15ХФ, 20 ХМ, 12Х2Н4 и др. Цементация проводится в углеродосодер-жащей среде при температуре выше Ас3, когда сталь имеет структуру аустенита, в котором может раствориться до 2,14 % углерода. Различают цементацию в твердом карбюризаторе, газовую и жидкую.

Атомарный углерод поглощается поверхностью стали и диффундирует вглубь детали, насыщая аустенит. В результате образуется поверхностный слой, обогащенный углеродом.

Газовая цементация.

Жидкая цементация

Жидкая цементация осуществляется в расплавленных солях, содержащих 75-80 % Na2CO3, 10-15 % NaCl и 6-10 % SiC при температуре 850-900 °С. Науглероживающим элементом является карбид кремния. Длительность процесса 0,5-2 ч. Толщина слоя цементации 0,2-0,6 мм. После цементации проводят закалку с последующим отпуском для придания поверхностному слою требуемых свойств.

Цементации подвергают зубчатые колеса, поршневые пальцы, оси, кольца и ролики некоторых подшипников и т. п.

Азотирование стали

Азотирование - это процесс насыщения поверхности стальных изделий азотом для повышения твердости, износостойкости и коррозионной стойкости. Азотирование проводят в герметически закрытых муфелях в присутствии аммиака при нагреве до 500-700 °С. Аммиак диссоциирует с выделением атомарного азота, который поглощается поверхностью и диффундирует вглубь металла, образуя азотированный слой. Различают прочностное и антикоррозионное азотирование.

Прочностное азотирование

Цианирование стали

Цианированием называют процесс, при котором поверхность стали насыщается одновременно углеродом и азотом для повышения твердости, усталостной прочности и коррозионной стойкости.

21. Композиционные материалы. Классификация км.

Композиционный материал – конструкционный (металлический или неметаллический) материал, в котором имеются усиливающие его элементы ввиде нитей, волокон или хлопьев более прочного материала. Примеры композиционных материалов: пластик, армированный борными, углеродными, стеклянными волокнами, жгутами или тканями на их основе; алюминий, армированный нитями стали, бериллия. Комбинируя объемное содержание компонентов, можно получать композиционные материалы с требуемымизначениями прочности, жаропрочности, модуля упругости, абразивной стойкости, а также создавать композиции с необходимыми магнитными, диэлектрическими, радиопоглощающими и другими специальными свойствамиЧасто композиционный материал представляет собой слоистую структуру, в которой каждый слой армирован большим числом параллельных непрерывных волокон. Каждый слой можно армировать также непрерывными волокнами, сотканными в ткань, которая представляет собой исходную форму,по ширине и длине соответствующую конечному материалу. Нередко волокна сплетают в трехмерные структуры.Композиционные материалы отличаются от обычных сплавов более высокими значениями временного сопротивления и предела выносливости (на 50 – 10 %), модуля упругости, коэффициента жесткости и пониженной склонностью к трещинообразованию. Применение композиционных материалов повышает жесткость конструкции при одновременном снижении ее металлоемкости.Прочность композиционных (волокнистых) материалов определяется свойствами волокон; матрица в основном должна перераспределять напряжения между армирующими элементами. Поэтому прочность и модуль упругости волокондолжны быть значительно больше, чем прочность и модуль упругости матрицы.Жесткие армирующие волокна воспринимают напряжения, возникающие в композиции при нагружении, придают ей прочность и жесткость в направлении ориентации волокон.Для упрочнения алюминия, магния и их сплавов применяют борные, а также волокна из тугоплавких соединений (карбидов, нитридов, боридов и оксидов), имеющих высокие прочность и модульупругости. Нередко используют в качестве волокон проволоку из высокопрочных сталей.Для армирования титана и его сплавов применяют молибденовую проволоку, волокна сапфира, карбида кремния и борида титана.Повышение жаропрочности никелевых сплавов достигается армированием их вольфрамовой или молибденовой проволокой. Металлические волокна используют и в тех случаях, когда требуются высокие теплопроводность и электропроводимость. Перспективными упрочнителями для высокопрочных ивысокомодульных волокнистых композиционных материалов являются нитевидные кристаллы из оксида и нитрида алюминия, карбида и нитрида кремния, карбидабора и др.Композиционные материалы на металлической основе обладают высокойпрочностью и жаропрочностью, в то же время они малопластичны. Однако волокна в композиционных материалах уменьшают скорость распространения трещин, зарождающихся в матрице, и практически полностью исчезает внезапное хрупкое разрушение. Отличительной особенностью волокнистых одноосных композиционных материалов являются анизотропия механических свойств вдоль и поперек волокон и малая чувствительность кконцентраторам напряжения.