ХТО – химико-термическая обработка. Общие закономерности.

Химико-термической обработкой называют технологические процессы, приводящие к диффузионному насыщению поверхностного слоя деталей различными элементами. ХТО применяют для повышения твердости, износостойкости, сопротивления усталости, а также для защиты от электрохимической и газовой коррозии. Различают три стадии процесса ХТО. 1 – На первой стадии протекают химические реакции в исходной(окружающей) среде, в результате которых образуются активные диффундирующие элементы, по-вимому, в ионизированном состоянии. 2 – на второй стадии процесса они усваиваются насыщаемой поверхностью металла – происходит адсорбция или хемосорбция диффундирующих элементов, в результате чего тончайший поверхностный слой насыщается диффундирующим элементом (абсорбция), возникает градиент концентрации – движущая сила для следующей стадии процесса. 3 – Третья стадия – диффузионное проникновение элемента в глубь насыщаемого металла, которое сопровождается образованием твердых растворов или фазовой перекристаллизацией. Первая и вторая стадии процесса ХТО протекают значительно быстрей третьей – диффузионной стадии, где формируется структура и свойства диффузионной зоны. Третья стадия определяет скорость процесса ХТО. ХТО имеет ряд преимуществ:

После ХТО можно исправить структуру(например: изменить зерно) последующей термической обработки. Вид ХТО определяется названием диффузирующего элемента.

39.Цементация – технологический процесс диффузионного насыщения углеродом. После цементации сталь подвергают закалке и низкому отпуску. Концентрация углерода на поверхности стальной детали составляет 0,8-1%, структура низкоотпущенного мартенсита с мелкими сфероидальными карбидами хорошо сопротивляется износу, твердость поверхности равна 750-950 HV. Сердцевина детали, содержащая 0,08-0,25% С, остается вязкой. Поверхности, не подлежащие цементации, защищиают гальваническим омеднением; толщина медного слоя составляет 0,02-0,05 мм. Цементации обычно подвергают такие детали машин, которые должны иметь износостойкую рабочую поверхность и вязкую сердцевину: зубчатые колеса, валы и пальцы, распределительные валики, кулачки, червяки и т.д. Карбюризаторы – исходная среда для цементации. Применяют два способа цементации: в твердом и газовом карбюризаторе. Процесс цементации в твердом и газовом карбюризаторе идет через газовую фазу. Наиболее распостраненный твердый карбюризатор состоит в основном из древесного угля с добавкой 20-25% ВаСо₃ для интесификации процесса и 3-5% СаСо₃ для предотвращения спекания частиц карбюризатора. 2С + О₂ =2СО; ВаСо₃ + С = ВаО + 2СО; на поверхности детали – реакция диспропорционирования 2СО(обратимая)СО₂ + С. Т.о., в результате обратимой реакции диспропорционирования углерод переносится на насыщаемую поверхность. При газовой цементации в качестве карбюризатора используют разбавленный природный газ, контролируемые атмосферы, получаемые в специальных генераторах, а также жидкие углеводороды, каплями подаваемые в герметичное рабочее пространство печи, где они образуют активную газовую среду. СН₄ =2Н₂ +С.

40.Азотирование – процесс диффузионного насыщения азотом поверхностной зоны деталей. Азотирование применяют для повышения износостойкости и предела выносливости ДМ (коленчатые валы и т.д.) До азотирования детали подвергают закалке, высокому отпуску (улучшению) и чистовой обработке. После азотирования детали шлифуют или полируют. Обычное азотирование проводят при температуре 500-600 гр. С в муфелях или контейнерах, через которые пропускается диссоциирующий аммиак, на остальной поверхности происходит реакция диссоциации аммиака с выделением ионов азота, которые адсорбируются поверхностью детали, а затем диффундируют вглубь. При нагреве аммиака в изолированном объеме возможна лишь реакция с образованием молекулярного азота: 2NH₃ =N₂ + 3H₂,который не может диффундировать в сталь без ионизации. При азотировании углеродистых сталей с увеличением содержания углерода уменьшается скорость диффузии азота и возможно образование карбонитридных фаз. Процесс азотирования – весьма длительная операция. Так, при обычном азотировании стали 38Х2МЮА диффузионную зону толщиной 0,5 мм получают при 500-520 гр. С за 55 часов выдержки. Такую же толщину можно получить за 40 ч, если применить двухступенчатый режим азотирования: 510 гр. С, 15 и 550 гр. С, 25 часов.

42.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. Процесс борирования очень капризный, он требует четкого соблюдения технологии.

 

43. Углеродистые конструкционные стали подразделяются на стали обыкновенного качества и качественные.

Стали обыкновенного качества изготавливают следующих марок Ст0, Ст1, Ст2,..., Ст6 (с увеличением номера возрастает содержание углерода). Ст4 - углерода 0.18-0.27%, марганца 0.4-0.7%. С повышением условного номера марки стали возрастает предел прочности (sв) и текучести (s0.2) и снижается пластичность (d,y). Ст3сп имеет sв=380¸490МПа, s0.2=210¸250МПа, d=25¸22%. Из сталей обыкновенного качества изготовляют горячекатаный рядовой прокат: балки, швеллеры, уголки, прутки, а также листы, трубы и поковки. Стали в состоянии поставки широко применяют в строительстве для сварных, клепанных и болтовых конструкций.

Качественные углеродистые стали Содержание S<=0.04%, P<=0.035¸0.04%, а также меньшее содержание неметаллических включений. Качественные углеродистые стали маркируют цифрами 08, 10, 15,..., 85, которые указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента.

 

44. Маркировка легированных сталей. для обозначения легирующих элементов приняты следующие буквы: X — хром, Н — никель, Г — марганец, С — кремний, В — вольфрам, М — молибден, Ф — ванадий, К — кобальт, Т — титан, Ю — алюминий, Д — медь, П — фосфор, Р — бор, Б — ниобий, А — азот (ставить в конце маркировки запрещается), Е — селен, Ц — цирконий. Для обозначения легированной стали той или иной марки применяют определенное сочетание цифр и букв.

Для стали конструкционной легированной принята маркировка, по которой первые две цифры указывают среднее массовое содержание углерода в сотых долях процента, если сталь содержит менее 0,1 % углерода, то первая цифра ноль, например 08, 05. Буквы в маркировке указывают наличие соответствующих легирующих элементов, а цифры, следующие за буквами, — процентное массовое содержание этих элементов в стали. Если за какой-либо буквой отсутствует цифра, то это значит, что сталь содержит данный элемент в количестве до 1,5 %, кроме элементов, присутствующих в малых количествах (для комплексно-легированных сталей). Например, марка 35Х обозначает хромовую сталь с массовым содержанием С около 0,35 % и Сг до 1,5 %; 45Г2 — марганцевую сталь с массовым содержанием С около 0,45 % и Мп около 2 %; марка 38ХНЗМФА — сталь, содержащую 0,33-0,4 % С, 1,2-1,6 % Сг, 3,0-3,5 % Ni, 0,35-0,45 % Mo, 0,1-0,18 % V, а также 0,25-0,5 % Мп, не указанного по маркировке, букву А в конце маркировки используют для обозначения высококачественной стали. Для обозначения особовысококачественной стали в конце маркировки ставят букву Ш (через дефис), например, ЗОХГС-Ш.

Для инструментальной легированной стали порядок маркировки по легирующим компонентам тот же, что и для конструкционных сталей, но содержание углерода указывается первой цифрой в десятых долях процента. Если цифра отсутствует, то сталь содержит около 1 % углерода.

Некоторые стали специального назначения имеют особую маркировку из букв, которые ставятся впереди цифр: А — автоматная, III — шарикоподшипниковая, Р — быстрорежущая, Е — магнитотвердая, Э — электротехническая, Св — сварочная, Нп — наплавочная и др.

46. Улучшаемыми конструкционными сталями называют среднеуглеродистые стали, содержащие 0,3—0,5 % углерода и легирующие элементы обычно в количестве не более 5 %, которые используют после операции так называемого «улучшения», состоящей из закалки и высокого отпуска. Закалку таких сталей обычно проводят в масле. Температура отпуска составляет 550—650 °С. После термообработки улучшаемые стали имеют структуру, хорошо воспринимающую ударные нагрузки. Улучшаемые стали имеют высокую прочность, вязкость, малую чувствительность к концентраторам напряжений и хорошую прокаливаемость. Обычное содержание кремния в улучшаемых сталях составляет 0,17—0,37%, марганца — 0,5—0,8 %, и менее 0,035% фосфора и серы.К этой группе относятся:

углеродистые стали марок 35, 40, 45; хромистые стали марок 30Х, 40Х; хромистые стали, дополнительно легированные еще одним или двумя элементами: 30ХМ, 40ХГ, З0ХГТ

или 20ХГС, ЗОХГС; хромоникелевые стали, содержащие до 1,5 % Ni: 40ХН, 40ХНМ; комплекснолегированные стали, содержащие 3—4 % Ni; 38ХНЗМ, 38ХНЗМФА.

Из сталей этой группы изготовляются сложные по конфигурации детали, подвергаемые ударным нагрузкам.

 

47. Пружинные стали. Стали для пружин и рессор содержат 0,5-0,75 % С; их также дополнительно легируют кремнием (до 2,8 %), марганцем (до 1,2 %), хромом (до 1,2 %), ванадием (до 0,25 %), вольфрамом (до 1,2 %) и никелем (до 1,7 %).

      Термическая обработка легированных пружинных сталей (закалка 850-880 oС, отпуск 380-550 oС) обеспечивают получение высоких пределов прочности и текучести. Применяется также изотермическая закалка.

 

51. Быстрорежущие стали предназначены для изготовления режущего инструмента, работающего при высоких скоростях резання. Быстрорежущая сталь должна обладать высоким сопротивлением разрушению, твердостью (в холодном состоянии и горячей) и красностойкостью.

Высоким сопротивлением разрушению и твердостью в холодном состоянии обладают и углеродистые инструментальные стали. Однако инструмент из них не в состоянии обеспечить высокоскоростные режимы резания. Легирование быстрорежущих сталей вольфрамом, молибденом, ванадием и кобальтом обеспечивает горячую твердость и красностойкость стали.

После нагрева до 200 °С твердость углеродистой стали начинает быстро падать. Для этой стали недопустим режим резания, при котором инструмент нагревался бы выше 200 °С. У быстрорежущей стали высокая твердость сохраняется при нагреве до 500 ÷ 600 °С. Инструмент из быстрорежущей стали более производителен, чем инструмент из углеродистой стали.

Все быстрорежущие стали обозначаются первой буквой Р (рапид - скорость), следующая цифра содержание вольфрама (буква В пропускается), затем указывается после букв М, Ф и К содержание молибдена, ванадия и кобальта.

 

⇐ Предыдущая12345

Поделиться: