Ответы по материаловедению

Процесс ХТО складывается из 3–х составных:

1.диссоциация  - распад молекул газа с образованием  активных атомов насыщенного элемента;

2.абсорция - поглощение атомов насыщенного  элемента поверхностью детали;

3.Диффузия  атомов насыщенного элемента  в глубь металла.

Цементация-процесс  насыщения поверхности изделия  углеродом. Цементация повышает тверость и износостойкость поверхности детали при сохранении вязкости сердцевины. Цементация производится путем нагрева стальных деталей при 880…950 °С в углеродосодержащей среде, называемой карбюризатором.

Цементация:

-твердая-проводится  в стальных ящиках, куда укладываются детали вперемешку с карбюризатором. Карбюризатором служит порошок древесного угля с добавкой солей Na₂СО₃ или ВаСО₃.

-газовая  (более эффективная)проводится в  газе, содержащем метан СН₄ и оксид углерода СО.

Маленькая твердость после ХТО легированных сталей обусловлена повышенным содержанием в структуре аустенита остаточного, для утранения которого после закалки, иногда проводят обработку холодом.

Для цементироания  применяют стали с низким содержанием  углерода 0.15–0.25%.

Азотирование  – насыщение поверх азотом. При этом повышаются не только твердость и износостойкость, но и коррозионная стойкость. Проводится азотирование при температуре 500…600 °С в среде аммиака NН₃ в течение длительного времени (до 60 ч.) Азотированию подвергают только легированные стали. 
 

26. Химико-термическая  обработка. Нитроцементация  и цианирование. Диффузионная  металлизация. 

ХТО - это  процесс изменения химического состава, структуры и свойств поверхности стальных деталей за счет насыщения ее различными химическими элементами. При этом достигается значительное повышение твердости и износостойкости поверхности деталей при сохранении вязкой сердцевины.

Процесс ХТО складывается из 3–х составных:

1.диссоциация  - распад молекул газа с образованием  активных атомов насыщенного  элемента;

2.абсорция - поглощение атомов насыщенного  элемента поверхностью детали;

3.Диффузия  атомов насыщенного элемента  в глубь металла.

Нитроцементация – процесс одновременного насыщения углеродом и азотом. Этот процесс проводиться при t 840-860. t-ра более низкая в газовой среде, состоящей из науглероживающего газа и аммиака. В этой среде процесс насыщения углерода идет более интенсивно. Продолжит процесса от 4 до 10 часов. Последующая закалка может осущ-ся прямо из печи с небольшим подстуживанием.

Цианирование – это процесс насыщения углеродом и азотом в следствии окисления расплавленных цианистых солей. t-ра 820-960, в расплавлен солях содержащих цианистый натрий. Для получения слоя небольшой толщины от 0,15-0,3 мм цианирование производят при t 820-860 в течении 30-90 мин. Поледующ закалку и низкий отпуск проводят сразу после цианирования. Для получения большего слоя от 0,5-2мм, t цианирования составляет 930-960. время выдержки от 1,5-6 часов. При этих T сталь в больших степенях насыщается углеродом до 0,8-2%. После такого режима деталь охлаждается на воздухе а затем под закалку нагревают в соленых ваннах, после чего подвергаются низкому отпуску.

Диффузионная  металлизация. Целью д м является насыщение поверхностных слоев стали различными элементами с целью повышения коррозионной стойкости, повышения твердости, усталостной прочности. Насыщение производят хромом. Процесс наз-ся хромированием, кремнием – сицилированием, Al – алиторованием, бором – борированием, при борировании резко повышается твердость поверх-х слоев, их износостойкость.  

27. Термическая обработка.

Термической обработкой называется совокупность операций нагрева, выдержки и охлаждения твердых  металлических сплавов с целью  получения заданных свойств за счет изменения внутреннего строения и структуры. Различают следующие виды термической обработки: отжиг, закалка и отпуск. 

 ОТЖИГ I РОДА Отжиг I рода в зависимости or исходного состояния стали и температуры ею выполнения может включать процессы: гомогенизации, рекристаллизации, снижения твердости, нятия остаточных напряжений.

Особенность: отжиг 1 рода можно проводить при  температурах выше или ниже температур фазовых превращений. Этот вид обработки в зависимости от температурных условий его выполнения устраняет химическую или физическую неоднородность, созданную предшествующими обработками.

ОТЖИГ   II   РОДА   (ФАЗОВАЯ   ПЕРЕКРИСТАЛЛИЗАЦИЯ) Отжиг II рода заключается в нагреве стали до температур выше точек Ас1 или Ac3, выдержке и, как правило, последующем медленном охлаждении. В процессе нагрева и охлаждения в этом случае протекают фазовые превращения (γ - а-превращение), определяющие структуру и свойства стали. Понижая прочность и твердость, отжиг облегчает обработку, резание средне- и высокоуглеродистой стали. Измельчая зерно снимая внутренние напряжения Различают следующие виды отжига: - полный, -изотермический - неполный.

3.ЗАКАЛКА Закалка — термическая обработка — заключается в нагреве стали до температуры выше критической (А3 для доэвтектоидной и а1—для заэвтектоидной сталей) или температуры растворения избыточных фаз, в выдержке и последующем охлаждении со скоростью, превышающей критическую. Закалка не является окончательной операцией термической обработки. Чтобы уменьшить хрупкость и напряжения, вызванные закалкой, и получить требуемые механические свойства, сталь после закалки обязательно подвергают отпуску. Инструментальную сталь в основном подвергают закалке и отпуску для повышения твердости, износостойкости и прочности, а конструкционную сталь — для повышения прочности, твердости, получения достаточно высокой пластичности и вязкости, а для ряда деталей также высокой износостойкости. Бывает:

- Непрерывная,

- Прерывистая,

- Закалка  с самоотпуском,

- Ступенчатая  закалка, 

-Изотермическая,

-обработка  стали холодом. 
 

28. Поверхностное упрочнение стали, Поверхностная закалка.

Поверхностная закалка состоит в нагреве поверхностного слоя стальных деталей до аустенитного состояния и быстрого охлаждения с целью получения высокой твердости и прочности в поверхностном слое в сочетании с вязкой сердцевиной.

способы нагрева поверхности под закалку:

-в расплавленных  металлах или солях, 

-пламенем  газовой горелки, 

-лазерным  излучением,

-током  высокой частоты.(наибольшее распространение  в промышленности.)

При нагреве  токами высокой частоты закаливаемую деталь помещают внутри индуктора, представляющего собой медные трубки с циркулирующей внутри для охлаждения водой. Форма индуктора соответствует внешней форме детали. Через индуктор пропускают электрический ток (частотой 500 Гц…10 МГц). При этом возникает электромагнитное поле, которое индуцирует вихревые токи, нагревающие поверхность детали. Глубина нагретого слоя уменьшается с увеличением частоты тока и увеличивается с возрастанием продолжительности нагрева. Регулируя частоту и продолжительность, можно получить необходимую глубину закаленного слоя, находящуюся в пределах 1…10 мм.

Преимуществами  закалки токами высокой частоты  являются регулируемая глубина закаленного  слоя, высокая производительность (нагрев одной детали длится 10 с), возможность автоматизации, отсутствие окалинообразования. Недостаток — высокая стоимость индуктора, который является индивидуальным для каждой детали. Поэтому этот вид закалки применим, в основном, к крупносерийному и массовому производству.

Перспективный метод поверхностной закалки стальных деталей сложной формы — лазерная обработка. Благодаря высокой плотности энергии в луче лазера возможен быстрый нагрев очень тонкого слоя металла. Последующий быстрый отвод тепла в объем металла приводит к закалке поверхностного слоя с приданием ему высокой твердости и износостойкости. 

29. Примеси стали  и их влияние  на свойство стали.

В сталях всегда присутствуют примеси, которые  делятся на четыре группы.

1.Постоянные примеси: кремний, марганец, сера, фосфор.Марганец и кремний вводятся в процессе выплавки стали для раскисления, они являются технологическими примесями.Содержание марганца не превышает 0,5…0,8 %. Марганец повышает прочность, не снижая пластичности, и резко снижает красноломкость стали, вызванную влиянием серы. Содержание кремния не превышает 0,35…0,4 %. Кремний, дегазируя металл, повышает плотность слитка. Кремний растворяется в феррите и повышает прочность стали, особенно повышается предел текучести,. Но наблюдается некоторое снижение пластичности, что снижает способность стали к вытяжке

Содержание  фосфора в стали 0,025…0,045 %. Фосфор, растворяясь в феррите, искажает кристаллическую решетку и увеличивает предел прочности и предел текучести, но снижает пластичность и вязкость.Располагаясь вблизи зерен, увеличивает температуру перехода в хрупкое состояние, вызывает хладоломкость, уменьшает работу распространения трещин, Повышение содержания фосфора на каждую 0,01 % повышает порог хладоломкости на 20…25^oС.Фосфор обладает склонностью к ликвации, поэтому в центре слитка отдельные участки имеют резко пониженную вязкость.Для некоторых сталей возможно увеличение содержания фосфора до 0,10…0,15 %, для улучшения обрабатываемости резанием.S – уменьшается пластичность, свариваемость и коррозионная стойкость. Р–искажает кристаллическую решетку.

Содержание  серы в сталях составляет 0,025…0,06 %. Сера – вредная примесь, попадает в сталь из чугуна. При взаимодействии с железом образует химическое соединение – сульфид серы FeS, которое, в свою очередь, образует с железом легкоплавкую эвтектику с температурой плавления 988^oС. При нагреве под прокатку или ковку эвтектика плавится, нарушаются связи между зернами. При деформации в местах расположения эвтектики возникают надрывы и трещины, заготовка разрушается. Сера снижает механические свойства, особенно ударную вязкость и пластичность, а так же предел выносливости. Она ухудшают свариваемость и коррозионную стойкость.

2. Скрытые примеси - газы (азот, кислород, водород) – попадают в сталь при выплавке.

Азот  и кислород находятся в стали  в виде хрупких неметаллических  включений: окислов (FeO, SiO₂, Al₂O₃ ) нитридов (Fe ₂N), в виде твердого раствора или в свободном состоянии, располагаясь в дефектах (раковинах, трещинах).Примеси внедрения (азот N, кислород О) повышают порог хладоломкости и снижают сопротивление хрупкому разрушению. Неметаллические включения (окислы, нитриды), являясь концентраторами напряжений, могут значительно понизить предел выносливости и вязкость.

Очень вредным является растворенный в  стали водород, который значительно охрупчивает сталь. Он приводит к образованию в катанных заготовках и поковках флокенов.Флокены – тонкие трещины овальной или округлой формы, имеющие в изломе вид пятен – хлопьев серебристого цвета.Металл с флокенами нельзя использовать в промышленности, при сварке образуются холодные трещины в наплавленном и основном металле.Если водород находится в поверхностном слое, то он удаляется в результате нагрева при 150…180, лучше в вакууме мм рт. ст.Для удаления скрытых примесей используют вакуумирование.

3. Специальные примеси – специально вводятся в сталь для получения заданных свойств. Примеси называются легирующими элементами, а стали - легированные сталями.  
 

30. Классификация углеродистых  конструкционных  сталей по составу,  качеству, назначению. Особенности маркировки. 

Стали в свою очередь делятся на 3 группы:

1)0,025-0,8% - в структуре присутствует Ф+П  (доэвтектоидные стали);

2. 0,8% С , структура- чистый П (эвтектоидные стали);
3. 0,8-2,14 %, состоит из П и Ц_{II (}заэвтектоидные стали).

Углеродистые  стали.

Сплавы железа с углеродом с содержанием  углерода до 2,14% называют сталями. Помимо углерода в углеродистые стали при  выплавке попадают посторонние примеси: обусловленные тезнологическими процессами (Mn, Si), невозможностью их удаления при плавке (P, S), случайными обстоятельствами (Ni, Cu). Если перечисленные элементы входят в больших количествах, чем предусмотренные ГОСТом на углеродистые стали, эти стали считают легирующими. 

Углеродистые  конструкционные стали подразделяются на стали: