Мдк 01. 02 «Контроль качества ТО и ХТО
himiko_-_termicheskaya_obrabotka.pptx
- Размер: 3.0 Мб
- Автор:
- Количество слайдов: 63
Описание презентации Мдк 01. 02 «Контроль качества ТО и ХТО по слайдам
Мдк 01. 02 «Контроль качества ТО и ХТО Авт. Борисик В. Н. Химико – термическая обработка
Цель занятия: 1. Повторить основные понятия из темы «Термическая обработка» 2. Изучить : • сущность химико- термической обработки стали. • виды химико-термической обработки и диффузионной металлизации.
Вопрос 1 Определение: «Термическая обработка стали» ? • Термической обработкой стали называют совокупность операций нагрева, выдержки и охлаждения твердых металлических сплавов с целью получения заданных свойств за счет изменения внутреннего строения и структуры
Вопрос 2 Назовите основные факторы термической обработки? • температура • время • скорость нагрева и охлаждения
Вопрос 3 Назовите виды термической обработки металлов? • химическая обработка • химико – термическая обработка • термомеханическая обработка
Вопрос 4 С какой целью проводится термическая обработка? • для изменения механических свойств стали(прочности, твердости, пластичности, вязкости)
Вопрос 5 Объясните понятие слова: Диффузия – это перемещение адсорбированных атомов вглубь изделия
Вопрос 6 Назовите основные виды термической обработки стали? • отжиг • закалка • отпуск
Вопрос 7 Чем отличаются между собой отжиг, закалка, отпуск? • температурой нагрева • временем выдержки • способом охлаждения(вместе с печью или на воздухе)
• Химико-термической обработкой (ХТО) называется процесс поверхностного насыщения металлических (а в ряде случаев и неметаллических) материалов различными элементами, путем их диффузии из внешней среды при высокой температуре. • Цель химико — термической обработки : поверхностное упрочнение металлов и сплавов и повышение их стойкости против воздействия внешних агрессивных сред при нормальной и повышенной температурах.
Процессы химико-термической обработки включают три одновременно протекающие основные стадии: 1) образование в окружающей среде активных, способных диффундировать, атомов насыщающего элемента, 2) адсорбция определенного количества активных атомов поверхностью металла, 3) диффузия адсорбированных атомов от поверхности вглубь металла.
Толщина диффузионного слоя зависит от : температуры нагрева, продолжительности выдержки при насыщении концентрации диффундирующего элемента на поверхности. После процесса диффузии детали могут быть сразу готовы к использованию или должны подвергаться дополнительной термической обработке.
Диффузионное насыщение поверхности деталей проводят различными элементами: углеродом, азотом, хромом, алюминием, кремнием и др. В зависимости от того каким элементом проводят насыщение процесс называют цементацией (углерод), азотированием (азот), хромированием (хром), силицированием (кремний) и т. д.
Наиболее распространенными видами химико-термической обработки являются 1 цементация 2 нитроцементация и цианирование 3 азотирование 4 борирование 5. диффузионная металлизация
Ц е м е н т а ц и я Цементация (науглероживание) — Процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стали углеродом. Цель цементации — повышение твердости, износостойкости, также повышение пределов контактной выносливости поверхности изделия при вязкой сердцевине, что обеспечивает выносливость изделия в целом при изгибе и кручении
Цементация Цементации подвергаются детали с низким содержанием углерода до 0, 25%. Цементацию можно проводить в твердых, жидких и газовых средах, которые называются карбюризаторами.
Твердая цементация Твердая цементация производится в специальных ящиках, в которых детали укладываются попеременно с карбюризатором (древесный уголь и торфяной кокс с углекислым барием и кальцинированной содой). Ящики закрываются крышками и замазываются огнеупорной глиной , чтобы не было доступа воздуха. Затем ящик помещают в термическую печь и нагревают до температуры 900 — 950 °С. Ящик после цементации охлаждают на воздухе до температуры 300 — 400 °С , извлекают из него детали, производят термическую обработку деталей, закалку с последующим низким отпуском.
Печь для твёрдой цементации
Недостатки цементации в твердом карбюризаторе : • значительные затраты времени (для цементации на глубину 0, 1 мм затрачивается 1 ч); • низкая производительность процесса; • громоздкое оборудование; • сложность автоматизации процесса.
Жидкая цементация — предназначена для мелких деталей(болты, винты, шпильки и т. д. ) Жидкая цементация проводится путём погружения детали в печь с раствором бензина(керосина)+Ba. Cl 2= Cn. Hm. Тц = 840 — 860 °С Время выдержки = 6 ч Охлаждение – воздух
Печь для жидкой цементации
Газовая цементация В качестве газообразного карбюризатора применяется газ СН 4 или С 3 Н 8. Тц = 920 — 930 °С время выдержки 3 — 4 часа охлаждение — воздух
Печь для газовой цементации
Газовая цементация Преимущества способа: • возможность получения заданной концентрации углерода в слое (можно регулировать содержание углерода, изменяя соотношение составляющих атмосферу газов); • сокращение длительности процесса за счет упрощения последующей термической обработки; • возможность полной механизации и автоматизации процесса
Цементация применение В машиностроении и авиационной промышленности — цементируются детали, подвергающиеся большому трению или ударам, например, шарнирные валки, шейки осей, гайки, винты и др. , • Цементация в твердом карбюризаторе применяется в мелкосерийном производстве. • Газовая цементация применяется в серийном и массовом производстве. .
Нитроцементация — это процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стали одновременно углеродом и азотом. Цель : повышение износостойкости и коррозионной стойкости, а также прочности стальных деталей.
Нитроцементация При нитроцементации изделия нагревают в течении 8 -10 часов при температуре 840 — 860 °С в среде природного газа и аммиака. Поверхностный слой глубиной 0, 25 -1 мм. Глубина слоя зависит от температуры и продолжительности выдержки После нитроцементации следует закалка, затем проводят отпуск при 160 – 180 ˚ С.
Применение процесса нитроцементации • для упрочнения зубчатых колес • высокое содержание остаточного аустенита обеспечивает хорошую прирабатываемость например, не шлифуемых автомобильных шестерен, что обеспечивает их бесшумность. • для инструментальных (в частности, быстрорежущих) сталей; • для деталей сложной конфигурации, склонных к короблению. Нитроцементация характеризуется безопасностью в работе, низкой стоимостью.
Схемы микроструктур после химико-термической обработки сталей Сталь 20 Х, ГОСТ 4543 -71 Цементация с последующей закалкой и низким отпуском Поверхностный слой – высокоуглеро дистый мартенсит. Сердцевина – малоуглеродистый бейнит Сталь 08 КП, ГОСТ 1050 -88 Нитроцементация с последующей закалкой и низким отпуском Поверхностный слой – высокоуглеродистый мартенсит с карбидами. Сердцевина – феррит
Цианирование — процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стали одновременно углеродом и азотом в расплавленной цианистой соли. Цель : повышение поверхностной твердости, износостойкости, предела выносливости при изгибе и контактной выносливости.
Цианирование В зависимости от используемой среды различают цианирование в: • твердых средах; • жидких средах; • газовых средах. В зависимости от температуры нагрева цианирование подразделяется на низкотемпературное и высокотемпературное.
Цианирование в жидких средах производят с расплавленными солями в ваннах. Газовое цианирование производится в специально герметически закрытых печах. Высокотемпературное цианирование проводят при Т= 800… 950 С , выдержка от 1, 5 до 6 часов. Глубина слоя от 0, 5 до 2 мм. После высокотемпературного цианирования детали подвергают закалке и низкому отпуску.
Цианирование Применяют в автомобильной и тракторной промышленности для мелких деталей из среднеуглеродистых сталей, работающих при небольших удельных нагрузках, а также для режущего инструмента из быстрорежущей стали. Для упрочнения валов, осей, зубчатых колёс и других деталей, работающих при значительных знакопеременных нагрузках. Основным недостатком цианирования является ядовитость цианистых солей.
Азотирование — процесс химико- термической обработки, заключающейся в диффузионном насыщении поверхностного слоя стали азотом. Цель: повышение твердости, износостойкости и повышения коррозионной стойкости (антикоррозийное азотирование)
Азотирование Азотированию подвергаются детали, изготовленные из среднеуглеродистых легированных сталей марок 35 ХМЮА и 38 ХМЮА (цилиндров двигателя, насосы, зубчатых колес, валов, гильз и детали штампов). Твердость и толщина азотированного слоя зависит от температуры. Чем выше температура, тем глубже слой, но меньше твердость.
Азотирование проводят по одноступенчатому режиму при нагреве детали до Т= 500. . . 700° С в атмосфере аммиака выдержка 90 часов или по двухступенчатому режиму: Т = 500. . . 520° С с выдержкой 15 -20 часов, Т = 550. . . 570° С, выдержка 20 -25 часов. Толщина азотированного слоя 0, 3 -0, 6 мм.
Борирование — это процесс химико-термической обработки заключающийся в диффузионном насыщении поверхностного слоя стали бором. Цель: • повышение износостойкости (в условиях сухого трения, скольжения со смазкой и без смазки, абразивного изнашивания и т. п). • повышение коррозийной стойкости железоуглеродистых сплавов во многих агрессивных средах и жаростойкости при температурах ниже 850 С
Борирование Методы борирования: • газовое • жидкостное Газовое борирование проводят в специальных установках за счет разложения газообразных соединений бора. Газовое борирование проводят при Т= 800 -850 °С. Время выдержки от 2 до 6 ч. Глубина слоя от 0, 5 -1 мм.
Борирование Борированию подвергают детали применяемые в оборудовании нефтяной промышленности : втулки, подшипники и рабочие колеса, погружные центробежные насосы, диски турбобура, вытяжные, гибочные и формовочные штампы, детали пресс-форм машин, литья под давлением и детали из углеродистых и легированных сталей с различным содержанием углерода
Схемы микроструктур после химико-термической обработки сталей Сталь 4 Х 5 В 2 ФС ГОСТ 5950 -73 Закалка с отпуском и последующее азотирование Поверхность – темный азотированный слой. Сердцевина – тростит отпуска Сталь 38 ХС, ГОСТ 4543 -71 Борирование и поверхностная закалка Поверхностный слой – тонкая зона светлых вытянутых зерен боридов, широкая зона мартенсита. Сердцевина – перлит и небольшое количество мелких зерен феррита
Диффузионная металлизация В настоящее время все большее распространение получают процессы многокомпонентного диффузионного насыщения. Диффузионная металлизация — это процесс насыщения поверхности стали алюминием, хромом, цинком и другими металлами, придающими ей те или иные свойства. Цель: повышение жаростойкости, коррозионной стойкости, износостойкости и твердости.
Диффузионную металлизацию можно проводить в твёрдых, жидких, газообразных средах. При диффузионной металлизации в твердых средах применяют порошкообразные смеси, состоящие из ферросплавов с добавлением хлористого аммония в количестве 0, 5 -5%. Жидкая диффузионная металлизация осуществляется погружением детали в расплавленный металл (цинк, алюминий и др). При газовом способе насыщения применяют летучие хлористые соединения металлов, образующиеся при взаимодействии хлора с металлами при высоких температурах.
Диффузионная металлизация (алитирование) Наиболее изученным в настоящее время является процесс алитирования. Алитирование — это процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стали алюминием. Алитирование проводят в средах: твердых и жидких. Цель: для повышения жаростойкости, окалиностойкости и коррозионной стойкости в атмосфере и морской воде. Алитирование в твердой среде при Т = 850 -900 С 0 Время выдержки от 3 -12 часов Глубина слоя 0, 3 – 0, 5 мм Алитирование в твердой среде при Т = 750 -800 С 0 Время выдержки от 45 – 90 минут Глубина слоя 0, 20 – 0, 35 мм
Диффузионная металлизация (хромирование) Хромирование — это процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стали хромом Цель: получение высокой твердости, износостойкости, жаростойкости и коррозионной стойкости поверхности стальных изделий. Хромирование проходит в твердой, жидкой и газовой средах. Жидкостное хромирование проводят путем нагрева детали в ванне: Т = 900 -1100 С 0 Время выдержки от 5 -20 часов Глубина слоя 0, 1 – 0, 3 мм
Диффузионная металлизация (силицирование) Силицирование — процесс химико-термической обработки, заключающийся в диффузионном насыщении поверхностного слоя стали кремнием. Цель: получение коррозионной стойкости и жаростойкости поверхности стальных деталей Силицирование проводят в газовых средах при Т = 950 — 1100 °C, выдержка 2 -5 часов глубина слоя 0, 6 — 1, 4 мм. . .
Силицирование Применение : Силицированию подвергают детали, используемые в оборудовании химической, бумажной и нефтяной промышленности(валики насосов, трубопроводы, арматура, гайки, болты) и деталей, работающих в агрессивных средах. После силицирования детали устойчивы к работе в азотной серной и соляной кислотах.
Диффузионная металлизация • Применение металлизации, используются для нанесения защитного слоя на подложки из различных металлов, сплавов и неметаллических материалов (пластмассы, стекла, керамика, бумага, ткани и др. ). • Металлизация находит применение в электротехнике, радиоэлектронике, оптике, ракетной технике, автомобильной промышленности, судостроении , самолётостроении и др. областях техники. • Алитированию подвергают трубы, инструмент для литья цветных сплавов, чехлы термопар, детали газогенераторных машин и т. д. • Хромирование применяют для пароводяной арматуры, клапанов, вентилей.
Прогрессивные технологии и оборудование для ресурсосберегающих и безотходных процессов химико-термической обработки Ионное азотирование и кабонитирование Процесс осуществляется в азотсодержащей газовой среде под воздействием тлеющего электрического разряда между катодом (деталями) и анодом (стенками вакуумной камеры). В результате формирования активной плазмы — ионизированного газа активно образуются различные модификации диффузионных покрытий, обладающие высоким качеством.
Сферы применения технологий ионного азотирования и карбонитрирования весьма обширны, это без исключения все отрасли промышленности. Ионно плазменное азотирование
Автоматическая линия служит для термической и химико-термической обработки
Основные преимущества и отличия новых технологий в сравнении с существующими процессами ХТО • Экологическая чистота, безвредность и безотходность процессов; • Ресурсосбережение за счет резкого сокращения электроэнергии в 2 -5 раз и рабочих газов в 100 -200 раз ; • Повышение производительности, снижение трудоёмкости и себестоимости обработки в 2 -4 раза; • Повышение качества покрытий за счет равномерного, регулируемого и бездефектного формирования упрочненных слоёв; и т. д.
Вопросы для закрепления материала 1. В чем отличие химико-термической обработки от термической? 2. Какие химико-физические свойства обеспечиваются при химико- термической обработке? 3. Виды химико- термической обработки? 4. Что называется твердостью, износостойкостью, прочностью, вязкостью, пластичностью, упругостью? 5. Чем обусловлена твердость цементационного слоя? 6. Напишите марки углеродистой стали для цементации? 7. Что называется карбюризатором?
Вопрос 1 Перемещение адсорбированных атомов вглубь изделия это: 1. Адсорбция 2. Диссоциация 3. Диффузия
Вопрос 2 Какие факторы влияют толщину диффузионного слоя? температуры нагрева, продолжительности выдержки при насыщении концентрации диффундирующего элемента на поверхности.
Вопрос 3 Интенсивность процесса диффузионного насыщения при химико- термической обработке зависит от: 1. теплоты активации 2. температуры ХТО 3. скорости нагрева 4. времени выдержки
Вопрос 4 Насыщение поверхностного слоя деталей металлами (легирующими элементами) — хромом, алюминием, кремнием, бором и др. 1. Цементация 2. Диффузионная металлизация 3. Силицирование 4. Азотирование
Вопрос 5 Температура какого процесса ниже на 100 ˚ С при росте диффузионного слоя на глубину 0, 5 мм и практически одинаковой скорости роста • нитроцеменитрованного • цементированного
Вопрос 6 Процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя алюминием это: 1. Силицирование 2. Диффузионная металлизация 3. Алитирование 4. Цементация
Вопрос 7 Процесс диффузионного насыщения поверхности кремнием это: 1. Силицирование 2. Цианирование 3. Алитирование 4. Цементация
Вопрос 8 Химико-термическая обработка, при которой поверхность насыщается одновременно углеродом и азотом. 1. Силицирование 2. Цианирование 3. Алитирование 4. Цементация
Вопрос 9 Азотирование детали повышает: 1. износостойкость 2. ударную вязкость 3. относительное удлинение 4. относительное сужение
Вопрос 10 Азотирование является процессом предварительной термообработки или проводится на готовых изделиях? Проводится на готовых изделиях
Диффузионная металлизация