Сущность и особенности химико-технической обработки, условия и сферы ее применения, достоинства и недостатки. Термоциклическая обработка как эффективный метод повышения конструктивной прочности сталей. Распределения углерода по толщине насыщаемого слоя.
При низкой оригинальности работы "Возможность применения основ анализа процессов диффузионного насыщения материалов в условиях термоциклического воздействия", Вы можете повысить уникальность этой работы до 80-100%
Сущность любого процесса ХТО заключается в сочетании термического и химического воздействия на металл с целью изменения состава, структуры и свойств в поверхностных слоях, а иногда по всему объему изделия. Процесс диффузионного насыщения можно представить в виде трех основных последовательно или одновременно протекающих стадии процесса: 1) образование химического элемента в активированном атомарном состоянии в основном осуществляется в результате разнообразных химических реакций в насыщающей среде, вблизи или непосредственно на поверхности металла, причем активность среды в конкретных условиях насыщения однозначно определяется потенциалом атмосферы и зависит от состава и агрегатного состояния насыщающей среды, температуры, давления и состава стали. Обобщая результаты многочисленных исследований процессов диффузии и диффузионного насыщения при ХТО [6; 7] а также процессов взаимодействия поверхности металлов со средой можно сделать следующие выводы: 1) разность химических потенциалов насыщающей среды (?cp) и обрабатываемого металла (?FE) служит термодинамическим стимулом процесса ХТО (??=?cp-?FE) причем активность среды однозначно определяется потенциалом атмосферы, а концентрация насыщаемого элемента на и поверхности и по слою зависит как от потенциала атмосферы, так и от скорости диффузии атомов с поверхности в глубь металла [1,6]; Использование операций термической обработки (двойной закалки, закалки из межкритического интервала температур, нормализации, высокого отпуска и др.) в процессе ХТО предназначено не только для достижения требуемого комплекса эксплуатационных свойств упрочняемых изделий, но и для устранения нежелательных дефектов структуры, поверхностного слоя стали, или для улучшения условий последующего процесса насыщения: достижение исходного мелкозернистого строения стали и снятие внутренних напряжений, которые могут служить источником повышенного коробления и деформации изделия в процессе насыщения. Интенсификация процессов насыщения объясняется достижением весьма активированного состояния стали за счет получения мелкодисперсной структуры и субструктуры с повышенной концентрацией дефектов кристаллического строения (вакансий, дислокаций и др.) и наличием в стали значительных внутренних напряжений, возникающих при воздействии температурного и силового полей, т.е. наличием условий, облегчающих протекание процессов диффузии.Цементация стали, разновидность химико-термической обработки (ХТО), заключающаяся в диффузионном насыщении поверхностного слоя изделий из низкоуглеродистой стали (0,1-0,2% С) углеродом при нагреве в соответствующей среде. Интенсивность процесса ХТО и основные его характеристики (толщина диффузионного слоя и распределение концентрации насыщаемого элемента внутри него) зависят, главным образом, от развития диффузионной стадии процесса. Метод ТЦО как способ термообработки (ТО) основан на постоянном накоплении от цикла к циклу положительных изменений в структуре металлов. В ходе исследований были проведены следующие виды ТО, ХТО и ХТЦО: Отжиг, нормализация, цементация, ХТЦО, состоящая из 3х 5-ти циклов, 2 вида закалки, и были получены соответствующие структуры, анализируя которые были сделаны следующие выводы: - После отжига при 960?С была получена крупнозернистая, полосчатая исходная структура, состоящая из феррита и перлита; После цементации (насыщения и закалка) продолжительностью 10-12 ч, и закалки продолчительностью 8-10 мин при 850?С, были получены 2 структуры соответственно.
Вывод
1. Цементация стали, разновидность химико-термической обработки (ХТО), заключающаяся в диффузионном насыщении поверхностного слоя изделий из низкоуглеродистой стали (0,1-0,2% С) углеродом при нагреве в соответствующей среде.
2. Интенсивность процесса ХТО и основные его характеристики (толщина диффузионного слоя и распределение концентрации насыщаемого элемента внутри него) зависят, главным образом, от развития диффузионной стадии процесса.
3. Основными недостатками технологии традиционных методов ХТО сталей являются большая продолжительность процессов диффузионного насыщения и необходимость применения дополнительной термической обработки с соблюдением строго регламентированных технологических режимов.
4. Метод ТЦО как способ термообработки (ТО) основан на постоянном накоплении от цикла к циклу положительных изменений в структуре металлов. При этом важной особенностью цикла является его интенсивность, отсутствие или наличие небольших выдержек при крайних температурах, а также оптимальный диапазон изменения температуры.
5. Термоциклическая обработка основана на многократном прохождении структурных превращений, за счет которых материал может приобретать структуру, которая недостижима при обычных видах ТО.
6. На основании работ Забелина С.Ф. установлено, что продолжительность науглероживания при ХТЦО стали 20 (рис. 3.3) значительно меньше по сравнению с другими способами цементации, такими как ионная цементация, цементация в шахтной печи, в кипящем слое, в эндогазе и др.
7. В ходе исследований были проведены следующие виды ТО, ХТО и ХТЦО: Отжиг, нормализация, цементация, ХТЦО, состоящая из 3х 5-ти циклов, 2 вида закалки, и были получены соответствующие структуры, анализируя которые были сделаны следующие выводы: - После отжига при 960?С была получена крупнозернистая, полосчатая исходная структура, состоящая из феррита и перлита;
- После цементации (насыщения и закалка) продолжительностью 10-12 ч, и закалки продолчительностью 8-10 мин при 850?С, были получены 2 структуры соответственно. После насыщения наблюдалась ярковыраженная цементитная сетка. После цементации и последующей термической обработки получаем структуру цементованного слоя для легированной стали - мелкоигольчатый мартенсит с включениями дисперсных карбидов.
- После 5 ти циклов термоциклирования и закалки при t=790? получает цементованный слой, состоящий из глобулярного цементита глубиной 90-100 мкм.
- После 5 ти циклов термоциклирования и закалки при t=850? получает цементованный слой, состоящий из глобулярного цементита, глубиной 150 мкм.
- При режиме ХТЦО цементитная сетка полностью исчезает.
8. В ходе исследований был проведен химический анализ распределения углерода по толщине насыщаемого слоя. Для заэвтектоидной зоны содержание углерода составило 1, 4%, для исходной структуры - 0,176%.
9. В ходе работы были произведены замеры микротвердости образцов после 3-х и 5-ти циклов ХТЦО с различных температур закалки.
Список литературы
1. Новиков И.И. Теория термической обработки металлов, - М.: Металлургия, 1986. - 480 с.
2. Гуляев А.П. Металловедение. - М.: Металлургия, 1977. - 647 с.
3. Химико-термическая обработка металлов и сплавов: Справочник /под ред. Л.С. Ляховича. - М.: Металлургия, 1981. - 424 с.
4. Забелин С.Ф. Метод химико-термоциклической обработки (ХТЦО) деталей машин и перспективы его развития // Вестник машиностроения. -1998.- №2.-С. 31-34.
5. Семенова Л.М., Семенов С.В., Крайнева С.Н. Химико-термическая обработка стали 20Х в условиях циклического изменения температуры // МИТОМ. - 2003. - №1: - С. 3-7.
6. Минкевич А.Н. Химико-термическая обработка металлов и сплавов. - М.: Машиностроение, 1965. - 491 с.
7. Кальнер В.Д. Цементация и нитроцементация стали. - М.: Машиностроение, 1973. - 40 с.
8. Лахтин Ю.М., Коган Я.Д., Солодкин Г.А. Эффективность процессов химико-термической обработки // МИТОМ. - 1986. - №6. - С. 2-6.
9. Кальнер В.Д. и др. Ускорение процесса цементации предварительной пластической деформацией // Прогрессивные методы термической и химико-термической обработки. - М.: Машиностроение, 1972. - С. 91-96.
10. Федюкин В.К, Термоциклическая обработка сталей и чугунов. - Л.:ЛГУ, 1977. - 144 с.
11. А.с. №907075 (СССР). Способ обработки стальных деталей /Забелин С.Ф., Тихонов А.С. и др. Опубл. в Б.И. 1982. - №7.
12. Забелин С.Ф. Количественная оценка структурных изменений в сталях при ТЦО. - М.: ВНИИТЭМР. Деп. №119-МШ88. - 5 с.
13. Забелин С.Ф. Общие закономерности формирования цементованного слоя стали при термоциклическом режиме насыщения // МИТОМ. - 1998.- №2.-С. 2-6.
14. Баранов А.А. Фазовые превращения и термоциклирование металлов. - Киев: Наукова думка, 1974. - 232 с.
15. Забелин С.Ф., Земский С.В., Тихонов А.С. Влияние многократных фазовых превращений на параметры диффузии элементов насыщения при ХТО сталей // Термоциклическая обработка деталей машин. Волгоград: ВНИИТМАШ, 1981.-С. 107-113.
16. Земский С.В., Забелин С.Ф., Тихонов А.С. Расчет диффузионного проникновения при циклическом изменении температуры // Термоциклическая обработка деталей машин. Волгоград: ВНИИТМАШ, 1981. - С. 89-90.
18. Зинченко В.М. Повышение и стабилизация прочностных свойств и долговечность цементованных и нитроцементованных зубчатых колес // МИТОМ. -1987. - №10. - С. 26 -29.
19. Зинченко В.М. Инженерия поверхности зубчатых колес методами ХТО. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2001. 303 с.
20. Кидин И.Н., Андрюшечкин В.И., Волков В.А. Влияние дефектов структуры аустенита на диффузию углерода // Изв. вузов. Черная металлургия. - 1969. - №11. - С. 132-135.
Размещено на .ru
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
