реферат «термическая обработка металла»
РЕФЕРАТ
Тема: «Термическая обработка металлов»
Содержание
Введение _______________________________________________ 3
Глава 1.Виды термической обработки металлов _______________4
1.1.Виды термической обработки стали ______________________5
Глава 2. Термическая обработка цветных металлов ____________8
Заключение______________________________________________9
Список использованных источников ________________________10
Введение.
Термическая обработка материалов началась вскоре после освоения первобытными людьми огня. Сначала обрабатывалось мясо добычи и пережигались на угольки палки – чтобы делать рисунки на стенах пещер. Потом люди открыли металлы, стали ковать из самородной меди орудия и – за пару тысяч лет до н.э. – научились снимать наклёп отжигом. Началась изменившая ход истории эра термообработки металлов. Появившийся вскоре сыродутный процесс не просто дал людям более прочное, чем медь, железо – он положил начало химико-термической обработке металлов. Всего лишь век насчитывает история термомеханической обработки сплавов, придающей им новые свойства сочетанием пластической деформации и термообработки. Самое молодое направление – термомагнитная обработка – позволяет варьировать магнитные свойства специальных сплавов.
Глава 1.Виды термической обработки металла.
Термической (или тепловой) обработкой
называется совокупность операций нагрева, выдержки и охлаждения твёрдых металлов и сплавов с целью получения заданных свойств за счёт изменения внутреннего строения и структуры. Тепловая обработка используется либо в качестве промежуточной операции для улучшения обрабатываемости давлением, резанием, либо как окончательная операция технологического процесса, обеспечивающая заданный уровень свойств изделия. Общая длительность нагрева металла при тепловой обработке складывается из времени собственного нагрева до заданной температуры и времени выдержки при этой температуре.
Среди основных видов термической обработки следует отметить: отжиг, закалка, отпуск, нормализация.
Химико-термическая обработка (ХТО) стали — совокупность операций термической обработки с насыщением поверхности изделия различными элементами (углерод, азот, алюминий, кремний, хром и др.) при высоких температурах. Поверхностное насыщение стали металлами (хром, алюминий, кремний и др.), образующими с железом твердые растворы замещения, более энергоемко и длительнее, чем насыщение азотом и углеродом, образующими с железом твердые растворы внедрения. Химико-термическая обработка повышает твердость, износостойкость, коррозионную стойкость,увеличивает надежность, долговечность.
Привет студент
Поверхностная цементация стальных изделий, Поверхностной цементацией называется процесс обогащения поверхности изделия углеродом. Изделия цементуют с целью придания их поверхности большей по сравнению с внутренними слоями твердости.
Цементации подвергают изделия, предназначенные для работы при переменных ударных нагрузках и подвергающиеся истиранию. Имея твердую поверхность при сравнительно мягком и вязком материале внутренних слоев, такие изделия мало истираются и в то же время неломки. Так, например, зубья автомобильных зубчатых колес, изготовленные из мягкого материала, быстро утратили бы необходимую точность очертаний, а изготовленные из закаленной стали могли бы при толчках ломаться; будучи же изготовленными из материала с цементованной поверхностью, они вполне удовлетворяют предъявляемым к ним в работе требованиям.
Толщина цементованного слоя обычно колеблется в пределах от 0,1 до 2,0 мм; большая и меньшая глубина цементации может иметь место лишь в специальных случаях.
Подвергаемые цементации изделия должны быть изготовлены из малоуглеродистого материала (не выше 0,23% С). При большем содержании углерода в исходном материале нельзя будет после закалки цементованного изделия получить мягкой сердцевины.
Содержание углерода в цементованном слое обычно не выше 0,83%, так как при большем содержании С появляется свободный цементит, вносящий большую хрупкость в цементованный слой. Большее науглероживание допускается лишь для изделий, работающих без толчков и требующих весьма большой твердости.
Операция цементации заключается в том, что цементуемая поверхность приводится в соприкосновение с веществом, богатым углеродом, и подвергается нагреву до температуры, при которой возможно достаточно быстрое проникновение углерода в сталь.
Нижним пределом нагрева для цементации является точка А1 (723°), так как ниже этой температуры железо находится в модификации, практически не способной к образованию твердого раствора с углеродом. При температурах, лежащих между точками Ас1 и Ас3, науглероживание железа возможно, но проникновению углерода препятствуют зерна феррита, сохраняющегося в этом интервале температур (см. фиг. 89, диаграмма состояния Fe—С, участок GОSP диаграммы).
При нагреве выше точки Ас3 растворение углерода идет значительно интенсивнее.
Практически температура цементации находится в пределах 900—950°. Более высокий нагрев вреден, так как ведет к порче структуры материала, вызывает лишний расход топлива и более быстрый износ устройств и приспособлений, применяемых при цементации изделий.
Науглероживающие вещества (карбюризаторы) могут быть твердыми, жидкими и газообразными.
В качестве твердого карбюризатора употребляют главным образом древесный и животный уголь с различными добавками: сода (Na2CО3), углекислый барий (ВаСО3) и др. Примеси, добавляемые к основной части карбюризатора, влияют на характер цементации, усиливая ее.
Усиливающее влияние добавок к углю объясняется тем, что твердый углерод обладает слабой цементующей способностью, и его науглероживающее действие тем сильнее, чем больше он дает содержащих углерод газов; добавки к углю увеличивают содержание газов и таким образом усиливают и ускоряют процесс цементации. Так, например, при нагреве идут реакции
Окись углерода в присутствии железа разлагается на углерод и углекислый газ по уравнению
выделяющийся при этом углерод весьма активен и проникает в кристаллическую решетку у-Fe, образуя с железом твердый раствор.
Большей науглероживающей способностью обладают различные соединения циана; действие таких добавок к карбюризаторам сопровождается также проникновением в железо некоторого количества азота, что увеличивает поверхностную твердость изделия.
Науглероживающая смесь должна быть сухой, тщательно перемешанной и измельченной.
Подлежащие цементации твердыми веществами изделия помещают в ящики, сделанные из огнеупорного материала (чугуна, железа, шамота, нихрома) и засыпают карбюризатором так, чтобы вся цементуемая поверхность соприкасалась с ним. Загруженные таким образом и тщательно замазанные глиной по щелям цементационные ящики помещают в печь.
Результат цементации при прочих равных условиях будет зависеть от температуры нагрева цементуемого изделия и времени выдержки изделия при этой температуре: чем продолжительнее цементация, тем толще получится науглероженный слой. На фиг. 121 дана диаграмма зависимости глубины цементации от продолжительности процесса для двух видов твердых карбюризаторов при 900°. Ориентировочно можно считать, что при часовой выдержке глубина цементованного слоя будет около 0,5 мм, при трехчасовой — около 1,5 мм и при десятичасовой — около 2,5 мм.
Жидкие карбюризаторы применяют в тех случаях, когда хотят быстро получить тонкий цементованный слой с высоким содержанием углерода. В качестве жидких карбюризаторов часто применяют цианистый калий в смеси с бурой, содой и другими веществами. В этом случае изделие или сразу погружают в расплавленную цементующую ванну (t= 830°) или предварительно нагревают до температуры цементации и погружают в тигель с нагретой до той же температуры солью. Иногда на раскаленное изделие насыпают порошок науглероживающего вещества, которое при этом расплавляется и прилипает к поверхности изделия.
Применяя жидкие карбюризаторы, в течение 15—20 мин., получают цементованный слой толщиной 0,15—0.30 мм.
Этот способ имеет ряд преимуществ, но требует осторожного обращения с очень ядовитыми цианистыми соединениями и их парами.
Цементацию газами применяют главным образом в случае массового производства мелких изделий. В качестве карбюризаторов при газовой цементации употребляют смеси газов, содержащие окись углерода (СО), этилен (С2Н4),
метан (СН4). Действие этих газов неодинаково: углеводороды оказывают
действие более сильное. На фиг. 122 приведены кривые, характеризующие результат газовой цементации; по оси X здесь откладывают глубину цементованного слоя, а по оси Y — концентрацию углерода в нем.
Хороший результат цементации получается при применении газовых смесей, в состав которых входят и углеводороды, и окись углерода; в частности, хорошие результаты дает цементация светильным газом.
Газовая цементация осуществляется во вращающихся барабанах, помещаемых в специальные печи, где барабаны с загруженными в них изделиями нагревают до требуемой температуры, через барабаны пропускают науглероживающий газ, а сами барабаны медленно поворачивают.
Так как процесс науглероживания поверхности изделий происходит при температурах, лежащих выше точки Ас3, и иногда продолжается до 10 час., то цементованное изделие приобретает крупнозернистую структуру.
После цементации изделия подвергают термической обработке, заключающейся в предварительной закалке или нормализации от 900° и в последующей закалке от 750° С.
Первый нагрев производят в целях придания мелкозернистости сердцевине изделия. Так как содержание углерода в цементуемой стали не превосходит 0,2%, то этот нагрев должен достигать примерно 900° (см. диаграмму состояния сплавов Fe — С фиг. 89). Закалка (обычно в этом случае умеренная) придает мелкозернистость ядру.
Вследствие того что содержание углерода в поверхностном слое значительно выше, чем в сердцевине, и, следовательно, критическая температура его ниже, чем для материала сердцевины, он получит перегрев при первом нагреве, а его структура после этой операции будет крупнозернистой.
Для придания мелкозернистости и твердости цементованному слою изделие подвергают второму нагреву, высота которого определяется содержанием углерода в цементованном слое. При содержании углерода, близком к 0,8%, температура второго нагрева оказывается близкой к 750—775° (см. фиг. 89). Этот нагрев не вызывает образования крупного зерна в ядре, так как положение точки Ас3 для ядра значительно выше.
После закалки цементованный слой будет иметь мартенситную структуру; последующий отпуск (до 200°) устраняет внутренние напряжения в изделии и регулирует твердость.
На фиг. 123 дана микрофотография структуры цементованной стали до окончательной термической обработки; на фотографии ясно видно изменение содержания углерода от периферии изделия к сердцевине.
Результат цементации может быть установлен с достаточной степенью надежности микроскопическим анализом, дающим возможность проследить изменение содержания углерода от поверхности к ядру. Для этого исследования одно из изделий следует разрезать так, чтобы плоскость разреза была перпендикулярна поверхности изделия. Поверхность разреза шлифуют и подвергают травлению в слабом растворе азотной кислоты. Цементованный слой под действием травителя окрашивается в темносерый цвет, а ненауглероженная часть разреза остается светлой.
Глубину цементации иногда контролируют по куску стали, имеющей такой же химический состав, как и цементуемые изделия. Этот кусок, называемый иногда «свидетелем», закладывают вместе с изделиями в цементационный ящик. После цементации контрольный кусок можно подвергнуть одинаковой с изделиями термической обработке, разрезать и исследовать в отношении результатов цементации любым способом. Очевидно, что результат анализа контрольного куска будет такой же, какой был бы получен и при анализе, произведенном на самом изделии.
В последнее время процесс науглероживания небольших деталей с успехом заменяют поверхностной закалкой их токами высокой частоты, применяя при этом для изготовления деталей сталь с таким содержанием углерода, при котором закалка дает необходимый практический результат (среднеуглеродистая сталь).
Азотирование стальных изделий. Азотированием или нитрированием стали называется насыщение поверхности стали азотом.
Цель азотирования та же, что и цементации-получение в изделии твердой поверхности при мягкой сердцевине. Азотирование впервые было применено в России (Н. П. Чижевский).
Процесс азотирования заключается в воздействии на сталь аммиака при температуре, близкой к 500—600°.
При нагреве аммиак разлагается по уравнению
Образовавшийся свободный азот, находящийся в атомарном состоянии, воздействует на сталь и образует с элементами, входящими в ее состав (Fe, Сг, А1 и др.), различные соединения — нитриды, отличающиеся весьма большой твердостью.
В азотированном слое обнаруживаются нитриды, а также эвтектоид из нитридов и феррита. Структура эвтектоида имеет сходство с перлитом (фиг. 124); нитрированный слой, полученный на легированных сталях, обладает высокой твердостью, значительно превосходящей твердость закаленной стали.
Азотированные изделия не нуждаются в термической обработке, так как процесс азотирования происходит при температурах, не достигающих точки Ас1; требуемая же твердость верхнего слоя изделий достигается без закалки за счет природной твердости нитридов.
На фиг. 125 дана схема установки для азотирования; баллон с аммиаком 1 соединяется через редуктор 2 и счетчик расхода газа 3 с электрической печью 4, В клетке 5 помещают нитрируемые изделия; вентилятор обеспечивает циркуляцию газа в печи; пирометр 6 служит для измерения температуры печи; масляный замок 7 в крышке печи служит для герметизации. Газ из печи выходит через патрубок 8. Для анализа находящегося в печи газа служит аппаратура 9.
Скорость проникновения азота в сталь гораздо ниже скорости проникновения углерода; поскольку азотирование ведется при более низкой температуре, чем цементация, а подвижность атомов растворенного элемента резко понижается при понижении температуры, время выдержки изделия в аммиачной атмосфере при соответствующем нагреве колеблется в пределах 3—90 час.; оно зависит от назначения азотируемых изделий. Толщина азотированного слоя обычно находится в пределах 0,25—0,75 мм.
Изделия, подвергаемые азотированию, проходят предварительную термическую обработку — закалку и отпуск до 600° (для придания высоких механических качеств всему металлу изделия), а затем уже насыщаются азотом при 500—600°.
Азотирование углеродистых сталей не дает достаточно высокой твердости; поэтому азотированию подвергают обычно специальные стали, содержащие 1,0—1,5% А1. Приблизительный состав одной из хорошо нитрирующихся сталей: 0,3% С;1,5% Сг; 1,0% А1; 0,2% Мо при обычном содержании Мn и Si. Изготовляемые для азотирования стали иногда называют «нитралой».
Насыщенные азотом поверхности обнаруживают большую твердость по сравнению с науглероженными; увеличение твердости при нитрировании по сравнению с твердостью, приобретаемой при цементации, составляет в среднем около 40%.
Сопротивляемость азотированных поверхностей истиранию больше, чем науглероженных, приблизительно в 6 раз.
Азотированные стали сохраняют твердость при температурах, достигающих 500—550°, тогда как науглероженные сохраняют ее лишь до 200—250°.
Высокий нагрев при цементации стали вызывает в ней значительные деформации, ведущие к короблению изделий; при азотировании вследствие низкой температуры нагрева деформации имеют ничтожный размер.
Азотированные поверхности обнаруживают большую химическую стойкость в воздухе, а также в пресной и соленой воде.
Таковы положительные качества азотированных изделий; отрицательные стороны азотирования заключаются в необходимости применения специальной стали и длительности процесса.
К видам химико-термической обработки стали относят также алитирование, т. е. насыщение поверхности стальных изделий алюминием, и диффузионное хромирование (насыщение поверхности стали хромом). Целью алитирования является повышение жароупорности и антикоррозионной стойкости стальных и чугунных изделий; процессы алитирования можно осуществлять различными способами, в частности, погружением изделия в расплавленный алюминий с некоторыми добавками; диффузионное хромирование производят путем разложения паров хлорида хрома (СrСl2) за счет выделения на поверхности обрабатываемой детали активного металлического хрома при 950—1050° и диффузии его внутрь. Диффузионное хромирование еще не получило широкого применения.
Скачать реферат: У вас нет доступа к скачиванию файлов с нашего сервера. КАК ТУТ СКАЧИВАТЬ
Пароль на архив: privetstudent.com
