Цементация стали. Методы цементации. Термическая обработка после цементации. Строение и свойства цементованного слоя. Стали для цементации.

Цементация-это процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стали углеродом. Цель цементации-повышение поверхностной твердости и износостойкости детали при сохранении вязкой сердцевины.

Цементацию проводят при температурах 930…950 С в углеродосодержащей среде- в тыердом или газообразном карбюризаторе.Нагрев осуществляется в область аустенита(выше точки Ас3) Перегрев нежелателен, так как вызывает укрупнение зерна аустенитаю

Строение цементованного слоя. Цементации подвергают малоуглеродистые стали с содержанием углерода 0,1…0,3%. Выбор обусловлен тем.что сердцевина должна сохранять высокую вязкость.Концентрация углерода после цементации в поверхностном слое 0.8…1,1% Цементованный слой имеет переменную концентрацию углерода по глубине, убывающую от поверхности к сердцевине детали.

Технология цементации.

Цементация в твердом карбюризаторе. Преимущество метода- его простота и универсальность для единичного производства. Недостатки-низкая культура производства,невозможность автоматизауии,невозможность контроля и регулирования строения цементованногос лоя,большая длительность процесса.

Газовая цементация. Осуществляют в многокомпонентных насыщающих средах, содержащих активные газы (CO,CH4)и газы носители(CO2,N2,H2) Преимущества - возможность контроля толщины и структуры цементованного слоя,возможность совмещения цементации и последующей закалки,сокрашение длительности процесса,высокая степень механизации.

Структура и своийства после цементации:Структура поверхностного слоя. Мелкоигольчатый высокоуглеродистый мартенсит и 15…20% остаточного аустенита (Мотп+Аост).В легированных возможно образование карбидов (Мотп+Аост+К).

Структура сердцевины. Вязкая структура-сорбит пластинчатый и феррит. В легированных-нижний бейни или малоуглеродистый мартенсит,или мартенсит и феррит,если закалка ниже Ас3.

Применение цементации. Применяют для упрочнения широкого спектра деталей,подверженных изнашиванию,испытываюших статические.динамические,циклические нагрузки.(зубчатые колеса,шестерни,зубчатые муфты,втулки,пальцы,валы коробок передач)

Стали для штампов горячего и холодного деформирования.

Штампы холодного деформирования осуществляют обработку металлов давлением при нормальных температурах, но в процессе работы разогреваются до 200…350°С. Они испытывают высокие знакопеременные и ударные нагрузки, подвержены изменению за счет смятия и износа. Поэтому стали должны обладать свойствами: высокой твердостью и износостойкостью, высокой прочностью вместе с достаточной вязкостью, дост теплостойкостью, высокой прокаливаемостью. Марки: Х12М, Х, У10. Обработка: закалка+ низ отпуск = М_отп+ карбиды.

Штампы горячего деформирования работают в жестких условиях нагружения. Требуемые св-ва: высокие прочность и вязкость, износостойкость, окалиностойкость, разгаростойкость(способность выдерживать многократные нагревы и охлаждения), высокая прокаливаемость. Марки: 5ХНМ, 3Х2В8Ф, 5ХНВ. Обработка: зак в масле+ средний или высокий отпуск=Т_отпили С_отп.

4.В результате обработки тяги должны получить прочность, твердость (HRC 28….35)и ударную вязкость по всему сечению. Для их изготовления выбрана сталь 30ХГМ. Указать состав и определить класс стали по назначению. Назначить и обосновать режим термической обработки.Объясните влияние легирования на превращения, происходящие на всех этапах обработки.

Сталь общего назначения конструкционная, с содержанием 0,3 %С, около 1% хрома, марганца и молибдена.(хром-повыш прокаливаемости и прочности,марганец-повыш прокаливаемости, молибден-снижение отпускной хрупкости. Хромомарганцевая сталь, легированная молибденом. В нормализованном состояние-перлитный класс ТО: цементация+закалка+низкий отпуск(на поверхности Мотп+Аост+карбиды,в сердцевине: Ммалоуглер или нижний бейнит)

№12

Дефекты

1)Точечные дефекты-это такие нарушения периодичности кр. реш., размеры которых во всех трех измерениях малы и сопоставимы с размерами атомов:м-вакансии-узлы кр. реш., не занятые атомами;-межузельные атомы – атомы, расположенные в межатомных пустотах;-примесные атомы: занимают позиции замещения и внедрения.Точечные дефекты определяют возможность диффузии, т.е. перемещения атомов в кр. реш. на расстояния превышающие межатомные

2)Линейные дефекты – имеют малые размеры в двух измерениях и большую протяженность в третьем измерении:-краевая дислокация-фронтальная граница неполной атомной плоскости;-винтовая дислокация-это линия, вокруг которой атомная плоскость образует винтовую поверхность.

3)Поверхностные дефекты – малы в одном измерении и протяженны в двух других:границы зёрен – поверхности раздела между отдельными зернами;-границы субзерен- состоят из параллельных краевых дислокаций, расположенных друг над другом и дробят зерно на на отдельные субзерна;дефекты упаковки- части атомной плоскости, ограниченной дислокациями, в которой нарушено закономерное чередование плотноупакованных слоев атомов.

4)Объемные дефекты:макроскопические дефекты: поры, трещины, частицы инородных фаз.

Виды и назначение отп и отж

Отжиг закл-сяв нагреве стали до определенной тем-ры,выдержке и послед-ем медленном охлаждении.Охлаждение происходит вместе с печью. Цель- получение равновесной структуры.-Ф+П- в доэвтектоидных сталях(Ф+П); -П- в эвтектоидных сталях(П); -П+Ц2 – в заэвтектоидных сталях

Виды отжига 1-го рода: Рекристаллизационный отжиг.Отжиг для снятия напряжений. Диф-ный отжиг.

Виды отжига 2-го рода: 1)Полный отжиг- нагрев доэв-ных сталей на 30-50 С выше тем-ры Ас3,выдержка и охлаждение вместе с печью.Цели- измельчение зерна,повышение ударной вязкости;улучшение обрабатываемости резанием за счет снижения твердости и повышения пластичности; снятие внутренних напряжений. Полный отжиг для заэвтектоидных сталей не применяется.2)Неполный отжиг – нагрев до – и заэвтек-ных сталей выше тем-ры Ас1, выдержка, охлаждение в печи. Неполный отжиг доэв-ных сталей рименяют вместо полного,если не требуется измельчение зерна. Заэв-ные стали подвергают только неполному отжигу, нагрев вызывает практически полную перекристаллизацию, проводится для получения структуры зернистого перлита. Сталь с зернистым перлитом имеет более низкие значения твердости и прочности, более высокую пластичность.3)Изотермический отжиг – проводится для легир сталей и состоит в нагреве выше линии Ас3,быстром охлажд-и,изотремической выдержке в теч-е 3-6ч,послед охл-е на воздухе. Сокращает длительность процесса, получается более однородная ф-п структура.

Отпуск заключается в нагреве закаленной стали до тем-ры ниже Ас1,выдерже при заданной тем-ре и послед охлаждении с определенной скоростью.Основан на превращениях М и Аост при нагреве.

Виды отпуска: 1)низкий отпуск- Т 150-180С, сниж-ся закалочные напряжения, Мзак=>Мотп, улучшается вязкость без заметного снижения прочности и твердости. 2)Средний отпуск – Т 350-500С, структура стали после среднего отпуска- Т отп, обеспечивает высокий предел упругости, выносливости, релаксационной стойкости. 3)Высокий отпуск – Т 500-680С, структура – С отп, обладает повышенной ударной вязкостью.

Алюминиевые сплавы

Деформируемые алюминиевые сплавы, упрочняемые термообработкой. Их состав, свойства, механизмы упрочнения. Явление возврата. Применение.

Дуралюмины 1Д1. ДЗ, Д6, Д16 и т.п.) - это сплавы системы AI-Cu-Mg Основным легирующим элементом является медь

(3,8-4,8%Сu). количество магния от 0.5 до 1.5% Кроме того, сплавы содержат марганец (около 0,5% Мn) и в качестве примесей Fe и Si.

Согласно диаграмме Al-Cu (рис 102) а сплавах образуются следующие фазы• а(альфа)- твердый раствор Си и других элементов в алюминии максимальная растворимость Сu в AI составляет 5,7%, обладает пластичностью; • O(тета)- твердый раствор алюминия на базе химического соединения CuAl2 соединение стехиометрического состава содержит 54,1% Сu, обладает хрупкостью. Дуралюмины после литья имеют структуру альфа+тета(II), причем частицы тета(II) залегают по границам зерен и охрупчивают сплав (рис 103а). Термическая обработка дуралюминов заключается в закалке и старении. Старение заключается в выдержке закаленного сплава при комнатной температуре 5…7 суток (естественное старение) или 10…24 ч при повышенной температуре 100…200'С (искусственное старение) в процессе старения происходит распад пересыщенного твердого раствора, который идет в несколько стадий в зависимости от температуры и продолжительности старения: I стадия старения - образование зон Гинье-Престона (зонное старение)II стадия старения - образование метастабильной O' (тета)-фазы III стадия старения - образование стабильной О-фазы

Состаренные сплавы можно подвергать обработке на возврат которая состоит в кратковременной выдержке сплава (2…3 мин) при 230…250"С. Во время нагрева рассасываются зоны Гинье-Престона и восстанавливается пластичность свежезакаленного состояния. При последующем вылеживании сплава при комнатной температуре вновь происходит образование зон ГП-1 и упрочнение сплава

4.В стали У12 после закалки получена структура мартенсит + 40% Аост. Как была проведена закалка. Объясните наличие большого количества Аост. Назначьте правильный режим термообработки.

был произведен нагрев выше Асm структура: М+А ост(до 40%) полная перекристаллизация при нагреве приводит к росту зернаА, увелич Аост, мснижается прочтость стали и сопротивление хрупкому разрушению.

нагрев несколько выше Ас1 структура: М+Ц2+Аост оптимальная тем-ра, не приводит к росту зерна А и увеличению Аост, Ц повышает твердость. Выделения цементита в виде сетки по границам зерен недопустимы, т.к сталь будет хрупкой, поэтому перед закалкой заэв-ные стали подвергаются отжигу на П зерн или нормализации.

 

Билет №13