- •Дефекты кристаллического строения металлов.
- •4. Объёмные дефекты.
- •Фазовый состав сплавов.
- •Правило фаз (закон Гиббса) и правило определения состава и количества фаз (правило отрезков).
- •Р авновесная диаграмма состояния сплавов, образующих твердые растворы с неограниченной растворимостью.
- •Диаграмма состояния сплавов, компоненты которых ограниченно растворимы в твердом состоянии и образуют эвтектику.
- •Компоненты и фазы в системе железо-углерод.
- •Диаграмма Fе – Fе3с. Основные области и линии
- •Фазы и структуры углеродистых сталей в твердом состоянии.
- •Разновидности чугунов и их свойства.
- •Основные цели термической обработки металлических сплавов.
- •Отжиг 1 -го рода для уменьшения напряженней
- •Рекристаллизационный отжиг. Влияние нагрева на структуру и свойства деформируемого металла.
- •Отжиг 2-го рода. Фазовые превращения при нагреве сталей.
- •Аустенитное зерно.
- •Превращение (распад) аустенита при медленном охлаждении.
- •Диаграмма изотермического распада аустенита эвтектоидной стали.
- •Термокинетическая диаграмма распада аустенита (непрерывное охлаждение),
- •Отжиг 2-го рода доэвтектоидных сталей.
- •Сфероидизирующий отжиг заэвтектоидных сталей (инструментальный).
- •Закалка сталей. Условия проведения закалки.
- •Мартенсит. Изменение свойств при закалке на мартенсит.
- •Температуры мартенситного превращения
- •Изменение свойств стали при закалке на мартенсит
- •Способы закалки. Дефекты закалки
- •Бейнитное превращение. Механические свойства стали с бейнитной структурой.
- •Отпуск закаленных сталей, его параметры.
- •Структура и свойства отпущенной при разных температурах стали.
- •Прокаливаемость стали. Влияние прокаливаемости на свойства стали.
- •Химико-термическая обработка сталей и ее назначение. Основные методы насыщения и стадии хто.
- •Цементация сталей. Механизм образования, строение и свойства цементованного слоя.
- •Способы цементации.
- •Термическая обработка цементованных изделий.
- •Контроль качества цементованных изделий.
- •Нитроцементация и цианирование. Особенности совместной диффузии в стали с и n.
- •Структура и свойства нитроцементованного слоя. Дефекты нитроцементации.
- •Азотирование стали. Формирование диффузионного слоя и его строение.
- •Легированные стали. Цели легирования. Маркировка.
- •Влияние легирующих элементов на полиморфное превращение железа. Фазы в легированной стали.
- •В свободном состоянии.
- •В форме растворов в железе.
- •Влияние легирующих элементов на превращения в сталях.
- •Классификация легированных сталей.
- •Машиностроительные (конструкционные) стали.
- •Требования предъявляемые к подшипникам. Классификация подшипниковых сталей.
- •Улучшаемые конструкционные легированные стали.
- •Пружинные конструкционные стали.
- •Высокопрочные конструкционные стали.
- •Износостойкая аустенитная сталь.
- •С тали для строительных конструкций.
- •Дефекты легированных сталей.
- •Коррозионностойкие стали ферритного, мартенситного и аустенитного класса.
- •Инструментальные материалы. Стали для режущего инстумента.
- •Быстрорежущие стали. Термическая обработка быстрорежущих сталей.
- •Спеченные твердые сплавы.
- •Стали для измерительных инструментов.
- •Штамповые стали.
- •Полиморфизм металлов.
- •54.Постоянные примеси сталей
- •56. Обратимая и необратимая отпускная хрупкость.
- •57. Классификация алюминиевых сплавов.
- •58. Деформируемые алюминиевые сплавы и их термическая обработка.
- •59. Литейные и ковочные алюминиевые сплавы.
- •60. Спеченные алюминиевые сплавы.
- •61. Титан и его сплавы. Термическая обработка титановых сплавов.
- •62. Медь и её сплавы. Общая характеристика и классификация медных сплавов.
- •63. Бронзы – состав, свойства.
- •64. Латуни – состав, свойства.
- •65. Характеристика и классификация композиционных материалов.
Азотирование стали. Формирование диффузионного слоя и его строение.
Фазы в системе Fe-N:
α – твёрдый раствор азота в α-железе. Максимальная растворимость азота 0,1% при Т=590°С. Азотистый феррит – мягкая составляющая (как феррит).
γ – твёрдый раствор азота в γ-железе. Решётка ГЦК. Существует при 590°С. Предельная растворимость азота – 2,8°С
γ’ –химическое соединение – нитрид железа – Fe4N.Имеет переменную концентрацию 5,7..6.1%N. Фаза относительно твёрдая и хрупкая.
ε – твёрдый раствор на базе химического соединения Fe3N. Переменная концентрация 8,25..11,2%N.
ξ – фаза. Образуется при температуре 450°С, концентрация 11,5%N
При температуре 591°С существует γ-фаза, которая претерпевает эвтектоидный распад с образованием азотистого эвтектоида. Содержит 2,35%Nи состоит из α + γ’.
Азотирование –химико термическая обработка, заключающаяся в диффузионном насыщении азотом поверхностного слоя. В результате детали приобретают следующие свойства:
Высокая твёрдость поверхностного слоя, которая будет сохраняться при нагреве до 400..450°С.
Высокая износостойкость
Хорошая сопротивляемость коррозии в атмосфере, в воде, в водяном паре.
Технология процесса азотирования
Состоит из:
Предварительной термической обработки:
Закалка (900..950°С)
Охлаждение в воде или масле
Отпуск высокотемпературный при 600..700°С (температура должна быть несколько выше температуры азотирования на 20..40°С). Отпуск проводится для получения повышенной прочности и вязкости в сердцевине. Итоговая структура – сорбит.
М еханическая обработка – для придания окончательных размеров детали
Азотирование. (температура 500..600°С) Выдержка – десятки часов. Среда для насыщения – атомарный азот, который образуется при диссоциации аммиака при нагреве: . Образовавшийся азот диффундирует в железо.
Природа первичных образований, фазовый состав и изменение концентрации по толщине слоя могут быть описаны диаграммой состояния Fe–N.
Если проводить азотирование ниже 590°С (см. диаграмму), то в начальный момент образуется αфаза. По достижении предела насыщенияαфазы образуется γ’-фаза. При дальнейшем насыщении азотом образуется ε-фаза.
Таблица: изменение свойств и структуры
При медленном охлаждении εи αфазы распадаются, выделяя избыточную γ’фазу.
Т°аз |
Строение слоя при t° насыщ. |
Строение слоя после охл. (медл) |
500 |
ε, γ’, α, сердцевина. |
ε + γ’изб, γ’, α + γ’изб, α, сердцевина. |
600 |
Ε, γ’, γ, α, сердцевина. |
ε + γ’изб, γ’, α + γ’ (эвтектоид), α + γ’изб, сердцевина. |
Т аким образом азотированный слой будет состоять из следующих фаз: см. таблицу при 600. При медленном охлаждении εи αфазы распадаются и выделяют избыточную γ’ фазу (Fe4N), а γфаза претерпевает эвтектоидное превращение, распадаясь на эвтектоидную структуру α + γ’. Тогда при 20°С азотированный слой будет состоять из: см. таблицу при 600.
Насыщение при 500 и 600°С сопровождается фазовой перекристаллизацией при температуре диффузии (прямые вертикальные линии на графиках). Диффузия сначала протекает в εфазе, а по достижению предела растворимости на поверхности образуется γ’ фаза, происходит перекристаллизация εв γ’. На границе раздела 2х фаз – εи γ’ устанавливается перепад концентраций, а в микроструктуре образуется (после охлаждения) пограничная диффузионная линия из-за отсутствия 2х фазных переходных слоёв. (пример, 38ХМЮА – одновременное присутствие хрома, молибдена, алюминия [Ю] позволяет повысить твёрдость до 1200 HV).
Основные свойства в результате азотирования
После термической обработки структура стали сорбитная с высоким комплексом механических свойств. Азотирование просто Feили углеродистой стали не вызывает существенного повышения твёрдости и износостойкости, так как нитриды железа выделяются в грубом виде и не имеют высокой твёрдости. Легирующие элементы, присутствующие в стали образуют нитриды в большом объёме и малых размеров. В поверхностном слое, в результате азотирования, образуется структура – сложный эвтектоид, в состав которого входят дисперсные нитриды легирующих элементов: VN, Cr2N, Mo2Nи другие. Такая структура обладает высокой твёрдостью, высокой износостойкостью и коррозионной стойкостью, теплостойкостью (структура может существовать без существенного изменения свойств при температуре 400..450°С).