3. Оснащение рабочего места. 4. Техника безопасности. 5. Последовательность выполнения работы. 6. Отчет о работе. 7. Химико – термическая обработка сталей

3. Оснащение рабочего места

    3. 1 Металлографический микроскоп МИМ-2.

     3. 2. Набор микрошлифов сталей после ХТО.

 

4. Техника безопасности

4. 1. Микроскопы находятся под напряжением, поэтому включать и выключать только в присутствии преподавателя или учебного мастера.

    4. 2. Поверхность микрошлифов руками не трогать и не протирать тканью. 4. 3. Процесс наблюдения вести по одному без лишней суеты.

    4. 4. В случае возникновения неисправности сообщить преподавателю или учебному мастеру.

    4. 5. Запрещается самостоятельно устранять неисправности оборудования.

5. Последовательность выполнения работы

Лабораторная работ проводится в металлографической или термической лаборатории (измерять твердость).

   5. 1. Изучить, зарисовать микроструктуру шлифов-об­разцов, подвергнутых ХТО и указать их структурные составляющие.

    5. 2. Определить марку стали исследуемых шлифов – об­разцов.

    5. 3. Определить толщину упрочненного слоя образцов.

    5. 4.   Определить твердость на поверхности упрочненного слоя и в сердцевине.

       5. 5.  Результаты исследований занести в протокол.

6. Отчет о работе

Отчет о выполнении лабораторной работы должен отражать следующее:

6. 1.  Название работы.

6. 2.  Цель работы.

6. 3. Список литературы.

6. 4.  Сведения из теории: основные виды химико-термической обработки.

6. 5.   Представить результаты микроструктурного анализа микрошлифов                с описанием.

6. 6. Вывод

 

Работу выполнил:

                         ст. -т___________гр. _____________

Работу принял:

                        ______________________________  

7. Химико – термическая обработка сталей

Химико – термической обработкой на­зывают технологические процессы, при­водящие к диффузионному насыщению поверхностного слоя деталей различны­ми элементами, с последующей их закалкой в большинстве случаев.

Химико-термическую обработку при­меняют для повышения твердости, из­носостойкости, сопротивления устало­сти и контактной выносливости, а также для защиты от электрохимической и га­зовой коррозии.

Различают три стадии процесса хими­ко – термической обработки.

На первой стадии протекают химиче­ские реакции в исходной (окружающей) среде, в результате которых образуются активные диффундирующие элементы, по-видимому, в ионизированном состоя­нии.

На второй стадии процесса они усваи­ваются насыщаемой поверхностью ме­талла - происходит адсорбция диффундирующих элементов, в результате чего тончайший поверх­ностный слой насыщается диффунди­рующим элементом (абсорбция), возни­кает градиент концентрации – движущая сила для следующей стадии процесса.

Третья стадия – диффузионное про­никновение элемента в глубь насыщае­мого металла, которое сопровождается образованием твердых растворов, химических соединений или фазовой перекристаллизацией.

Первая и вторая стадии процесса хи­мико – термической обработки протекают значительно быстрее третьей – диффу­зионной стадии, где формируются структура и свойства диффузионной зоны. Третья стадия определяет ско­рость процесса химико-термической обработки. Диффузионное насыщение стали угле­родом, азотом и совместно этими эле­ментами – наиболее распространенные в промышленности процессы химико – термической обработки.

Углерод и азот легко усваиваются по­верхностью стали, образуют с железом твердые растворы внедрения, химические соединения – нитриды, карбиды и сравни­тельно быстро диффундируют в стали, образуя слои значительной толщины.

Цементация стали. Технологический процесс диффузионного насыщения углеродом называется цементацией. Обычно после цементации сталь под­вергают закалке и низкому отпуску. По­сле такого комплексного процесса кон­центрация углерода на поверхности стальной детали доводится до 0, 8 – 1% и выше, структура низкоотпущенного мартенси­та с мелкими сфероидальными кар­бидами хорошо сопротивляется износу. Твердость на поверхности деталей достигает НV 7500 – 9500. Сердцевина детали, со­держащая 0, 08 – 0, 25% С, остается вяз­кой.

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. Исходную среду для цементации (науглероживания) принято называть карбюризатором. В основном применяют два способа цементации: в твердом и в газовом карбюризаторе. Несмотря на различные названия, про­цесс цементации в твердом и газовом карбюризаторе идет через газовую фазу. Наиболее распространенный твердый карбюризатор состоит в основ­ном из древесного угля с добавкой 20 – 25% углекислого бария для интенси­фикации процесса и 3 – 5% СаСО₃ для предотвращения спекания частиц кар­бюризатора. Детали, подлежащие це­ментации и карбюризатор упаковы­ваются в контейнер (стальной ящик) и нагреваются в печи до 910 – 930 ⁰С. При  нагреве уголь взаимодействует с кислородом остаточного воздуха контейнера по реакции

2С + О₂ = 2СО.

Кроме того, оксид углерода образует­ся в результате реакции

ВаСО₃ + С = ВаО + 2СО

Разложение соединения СО приводит к образованию активного атомарного углерода:

                                           2СО СО₂+С_ат

На поверхности деталей протекает ве­дущая процесс цементации реакция диспропорционирования, в результате которой активный углерод адсорбируется насыщаемой поверх­ностью, находящейся в аустенитном состоянии, а СО₂ взаимодействует с углем, образуя новые порции СО. Таким образом, в результате обрати­мой реакции диспропорционирования углерод переносится на насыщаемую поверхность.

При газовой цементации в качестве карбюризатора используют разба­вленный природный газ (состоящий почти полностью из метана), контроли­руемые атмосферы, получаемые в спе­циальных генераторах, а также жидкие углеводороды (керосин, бензол и др. ), каплями подаваемые в герметичное ра­бочее пространство печи, где они обра­зуют активную газовую среду. Основ­ная ведущая реакция при наличии мета­на:

                                     СН₄ = 2Н₂ + С_ат

В зависимости от со­става газовой смеси и содержания угле­рода в стали атмосфера в рабочем про­странстве печи может быть науглерожи­вающей, обезуглероживающей и ней­тральной. Нейтральному составу газо­вой смеси соответствует определенная равновесная концентрация углерода на поверхности стальной детали. Эту кон­центрацию углерода принято называть углеродным потенциалом контролируе­мой атмосферы. Следовательно, наугле­роживание будет происходить в том случае, если концентрация углерода на поверхности стали будет меньше угле­родного потенциала газовой смеси при данной температуре.

Структура цементованного слоя. Ти­пичная структура цементованного слоя на поверхности низкоуглеродистой ста­ли после медленного охлаждения от температуры цементации показана на рис. 1. Наружная часть слоя, содержащая больше 0, 8% С, имеет структуру заэвтектоидных ста­лей – перлит и вторичный цементит, ко­торый при медленном охлаждении вы­деляется на границах аустенитных зерен в виде оболочек (на шлифе сетка). Сред­няя часть слоя, имеющая эвтектоидную концентрацию, состоит из перлита. Да­лее по направлению к сердцевине кон­центрация углерода уменьшается, структура соответствует доэвтектоидной стали, причем количество перлита умень­шается при приближении к сердцевине.

 

1 — заэвтектоидная зона: 2 — эвтектоидная зона; 3 — доэвтектоидная зона Рисунок 8. 1 – Микроструктура диффузионного слоя после цементации низкоуглеродистой стали, Х 50

Принято различать полную и эффек­тивную толщину цементованного слоя. За эффективную толщину принимают сумму заэвтектоидной, эвтектоидной и половины доэвтектоидной зоны слоя. Эффективная толщина цементованного слоя обычно составляет 0, 5-1, 8 мм и в исключительных случаях достигает 6 мм. Структура после цементации полу­чается крупнозернистой в связи с дли­тельной выдержкой деталей при темпе­ратуре науглероживания. Длительность изотермической выдержки при цемента­ции зависит от заданной толщины слоя и марки цементируемой стали. Процесс газовой цементации идет бы­стрее, так как не приходится нагревать ящик с карбюри-

затором. Кроме того, процесс газовой цемента­ции легко регулируется и автоматизи­руется. На заводах работают автомати­зированные агрегаты для цементации, которые регулируют процесс по угле­родному потенциалу.

Термическая обработка после цемен­тации . Для получения заданного ком­плекса механических свойств после це­ментации необходима дополнительная термическая обработка деталей.

В зависимости от условий работы, а также от выбранной для изготовления детали стали, режим упрочняющей тер­мической обработки может быть разли­чен. Для тяжелонагруженных трущихся деталей машин, испытывающих в усло­виях работы динамическое нагружение, в результате термической обработки нужно получить не только высокую по­верхностную твердость, но и высокую прочность (например, для зубчатых ко­лес - высокую прочность на изгиб) и вы­сокую ударную вязкость. Для обеспече­ния указанных свойств требуется полу­чить мелкое зерно, как на поверхности детали, так и в сердцевине. В таких от­ветственных случаях цементованные де­тали подвергают сложной термической обработке, состоящей из двух последовательно проводимых закалок и низко­го отпуска.

При первой закалке деталь нагревают до температуры на 30-50 °С выше тем­пературы Ас₃ цементируемой стали. При таком нагреве во всем объеме де­тали установится аустенитное состояние. Нагрев до температур, лишь немного превышающих Ас₃, вы­зывает перекристаллизацию сердцевины детали с образованием мелкого аустенитного зерна, что обеспечит мелкозер­нистость продуктов распада. При этой тем­пературе весь диффузионный слой переходит в аусте­нитное состояние, поэтому, чтобы пред­отвратить выделение цементита, прово­дят закалку.

При второй закалке деталь нагревают до температуры t с превышением на 30-50 °С температуры Ас₁. В процессе нагрева мартенсит, полу­ченный в результате первой закалки, от­пускается, что сопровождается образо­ванием глобулярных карбидов, которые в определенном количестве сохраняются после неполной закалки в поверхност­ной заэвтектоидной части слоя, увеличи­вая его твердость и другие показатели работоспособности, за счет уменьшения концентрации напряжения при шаровидной форме включений карбида.

Окончательной операцией термиче­ской обработки является низкий отпуск при 160-200° С, уменьшающий оста­точные напряжения и не снижающий твердость и прочности стали.

Азотирование стали. Азотированием называют процесс диффузионного насы­щения азотом поверхностной зоны де­талей. Азотирование применяют для по­вышения износостойкости и предела выносливости деталей машин (колен­чатые валы, гильзы цилиндров, червяки, валики и др. ).

До азотирования детали подвергают закалке и высокому отпуску (улучше­нию) и чистовой обработке. После азо­тирования детали шлифуют или поли­руют.

Обычное азотирование проводят притемпературе 500-600° С в муфелях или контейнерах, через которые пропускает­ся диссоциирующий аммиак. Длительность процесса зависит от требуемой толщины азотированного слоя. Чем выше температура азотирования, тем ниже твердость азотированного слоя и больше толщина слоя. Обычно при азотировании желательно иметь слой толщиной 0, 3-0, 6 мм. Процесс азотирования является продолжительным и составляет 24 – 90 ч. Для ускорения процесса азотирования нередко применяют двухступенчатый процесс: сначала азотирование проводят при 500 – 520 ⁰С, а затем при 540 – 600 ⁰С. При двухступенчатом процессе сокращается продолжительность процесса, при этом сохраняется высокая твердость азотированного слоя. Охлаждение после азотирования производят вместе с печью в потоке аммиака.

    Азотированию подвергают среднеуглеродистые стали, содержащие хром, алюминий и молиб­ден. С этими элементами азот образует очень твердые и из­носостойкие нитриды. Твер­дость азотированного слоя в 1, 5... 2 раза выше твердости цементированного слоя. Кроме того, азотирование повышает сопротивляемость поверхност­ного слоя коррозии. Азотиро­вание применяют для упрочне­ния гильз цилиндров, шесте­рен и др. В структуре азотированной легированной стали 38ХМЮА на поверхности (рис. 2) рас­положен тонкий нетравящийся белый слой, состоящий из ε + γ ' – фазы. Затем следует се­рый слой, представляющий со­бой смесь γ '+ά – фаз. Далее располагается ά -фаза. Фазы γ ' и ε представляют собой соот­ветственно карбонитриды Fе₄(N, С) и Fе₂(N, С), а ά -фа­за является азотистым ферри­том. В поверхностном слое располагаются также нитриды легирующих элементов. Микроструктура сердцевины состо­ит из сорбита отпуска, который получают термообработкой, проведенной до азотирования. Формирование структуры азотирован­ной зоны в углеродистых сталях проис­ходит примерно так же, как при азоти­ровании железа.

⇐ Предыдущая14151617181920212223Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: