1. Азотирование сталей. Назначение, виды, этапы, режимы и среды.
Азотирование – процесс диффузионного насыщения азотом поверхностной зоны деталей. Азотирование применяют для повышения повышение износостойкости, выносливости за счёт высокой твёрдости, коррозионной стойкости в атмосфере и пресной воде, теплостойкости. До азотирования детали подвергают закалке, высокому отпуску и чистовой обработке. После азотирования детали шлифуют или полируют. Обычное азотирование проводят при температуре 500-600 гр. С в муфелях или контейнерах, через которые пропускается диссоциирующий аммиак, на остальной поверхности происходит реакция диссоциации аммиака с выделением ионов азота, которые адсорбируются поверхностью детали, а затем диффундируют вглубь. При нагреве аммиака в изолированном объеме возможна лишь реакция с образованием молекулярного азота: 2NH3 =N2 + 3H2,который не может диффундировать в сталь без ионизации. При азотировании углеродистых сталей с увеличением содержания углерода уменьшается скорость диффузии азота и возможно образование карбонитридных фаз. Процесс азотирования – весьма длительная операция.
2. Механические свойства реактопластов.
Реактопласты – полимер при нагревании реагирует с другим веществом либо в нутрии него совершается молекулярные реакции. При этом структура меняется не обратимо то есть даже если вернуть материал в исходное условие то прежние свойства не вернутся.
3. Фазы в сплавах железо-углерод. Объяснить построение диаграммы железо-цементит.
На рис. представлена диаграмма железо-цементит. При охлаждении железоуглеродистых расплавов происходят фазовые превращения:
1. Перетектическая реакция:
α - твердый Остатки g – твердый
раствор расплава 1493 раствор
Точка Н + Точка В _____ Точка I
0.1 % С 0.51 % С 0.16 % С
2. Эвтектическая реакция:
Расплав γ - твердый Fe3C
Точка С 1147С раствор + Точка F
4,3 % С _____ Точка Е 6,67 % С
2.06 % С
3. Эвтектоидная реакция :
γ - твердый α – твердый Fe3C
раствор 723С раствор + точка К
Точка S ______ Точка Р 6,67 % С
0.8 % С 0.02 % С
На рис. - кривая ликвидуса ABCD; - кривая солидуса AHIECF; - углерод понижает температуру плавления железа (линия ABC); - железо также понижает температуру плавления углерода (и Fe3C) (V- образная форма диаграммы, D - C); - температура А4 (линия NH) растет c увеличением содержания углерода (линия N - I); - температура А3 (линия GOS) уменьшается с увеличением содержания углерода; - область γ – твердого раствора расширяется с увеличением содержания углерода.
Э в т е к т о и д н ы й сплав: точка S = 0.83 % С = перлит. Д о э в т е к т о и д н ы е сплавы: от точки Р к точке S = 0.02 до 0.83 % С = α - Fe + перлит. З а э в т е т о и д н ы е сплавы: от точки S к перпендикуляру из точки Е= от 0.83 до 2,06 % С= Fe3C + перлит. Э в т е к т и ч е с к и й сплав: точка С = 4.3 % С = ледебурит. Д о э в т е т и ч е с к и е сплавы : от перпендикуляра из точки Е к перпендикуляру из точки С = от 2.06 до
4.3 % С = Fe3C + перлит + ледебурит. З а э в т е к т и ч е с к и е сплавы: от точки С к точке F перпендикуляр); более 4.3% С = Fe3C + ледебурит. Положение основных точек диаграммы железо - цементит показано в таблице 1.
5. Механические свойства термопластов.
Термопласты — полимерные материалы, способные обратимо переходить при нагревании в высокоэластичное либо вязкотекучее состояние, при нагревании и охлаждении могут восстанавливать свои структурные параметры и соответственно восстанавливать свои физико-механические свойства.
6. Факторы, влияющие на процесс кристаллизации.
Переход из жидкого состояния в твердое называют кристаллизацией. Процесс кристаллизации зависит от температуры и протекают во времени.
Степень переохлаждения зависит от при¬роды и чистоты металла и скорости охлаждения. Чем чище жидкий ме¬талл, тем он более склонен к переохлаждению. При увеличении скоро¬сти охлаждения степень переохлаждения возрастает, а зерна металла ста¬новятся мельче, что улучшает его качество. Для большинства металлов степень переохлаждения при кристаллизации в производственных усло¬виях составляет от 10 до 30°С. При больших скоростях охлаждения она может достигать сотен градусов.
Процесс кристаллизации состоит из двух стадий: зарождения кристаллов (зародышей или центров кристаллиза¬ции) и роста кристаллов из этих цент¬ров. При переохлаждении сплава ниже Тп на многих участках жидкого ме¬талла образуются способ¬ные к росту кристаллические зароды¬ши. Сначала образовавшиеся крис¬таллы растут свободно и имеют более или менее правильную геометричес¬кую форму. Затем при соприкосновении растущих кристаллов их правильная форма нарушается, так как в этих участках рост граней прекращается.
Рост кристалла про¬должается только в тех направлениях, где есть свободный доступ жидко¬го металла. В результате кристаллы, имевшие сначала геометрически пра¬вильную форму, после затвердевания получают неправильную форму, их называют кристаллитами или зернами.
Величина зерен зависит от числа центров кристаллизации и скорости роста кристаллов. Чем больше центров кристаллизации, тем мельче зер¬но металла.
На образование центров кристаллизации влияет и скорость охлажде¬ния. Чем выше скорость охлаждения, тем больше возникает центров кри¬сталлизации и, следовательно, мельче зерно металла.
7. Атомно-кристаллическая структура металлов. Виды структур. Способы изображения.
Все металлы в твердом состоянии имеют кристаллич. строение, все атомы расположены упорядоченно и образ-т крист. Решетку.
4 типа решеток:
1. Простая. Куб, в котором атомы расп. по углам
2. Кубическая объемно – центрированная (оцк) (калий, натрий, литий). Куб, в котором атомы расп. по углам +1в центре.
3. Кубическая гранецентрированная (гцк) (свинец, никель, золото). Куб, в котором атомы расп. по углам + по серединам граней
4. Гексагональная плотноупакованная (ГПУ) (цинк). Шестигранная призма.
Существование одного и того же металла в неск. крист. формах называют полиморфизмом. Полиморфные модификации обозначают α, β, и т д.
9. Модификация. Назначение, виды модификаторов.
Модифицирование - введение в расплавленные металлы и сплавы модификаторов, чтобы получить нужное строение.
Чтобы получить мелкое зерно, созда¬ют искусственные центры кристаллиза¬ции. Для этого в расплавленный металл.(расплав) вводят специальные вещества, называемые модификаторами. Моди-фицирование отливок проводят введением в расплав добавок, которые образуют тугоплавкие соединения (кар¬биды, оксиды). При модифицирова¬нии, например, стали применяют алю¬миний, титан, ванадий; алюминиевых сплавов — марганец, титан, ванадий.
Иногда в качестве модификаторов применяют поверхностно-активные вещества. Они растворяются в жидком металле. Эти модификаторы осаждаются на поверхности растущих кри¬сталлов, образуя очень тонкий слой. Этот слой препятствует дальнейше¬му росту кристаллов, придавая металлу мелкозернистое строение.
16. Дефекты кристаллической решетки. Виды, причины образования и их влияния на свойства металлов.
Дефектами кристалла называют всякое нарушение трансляционной симметрии кристалла — идеальной периодичности кристаллической решётки. Различают несколько разновидностей дефектов по размерности. А именно, бывают нульмерные дефекты, одномерные, двумерные и трёхмерные.
10. Химико-термическая обработка сталей. Виды, назначение.
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. При этом диффузия элементов легче протекает в решетке альфа-железо, чем в более плотноупакованной решетке гамма-железо.
Химико-термическая обработка повышает твердость, износостойкость, коррозионную стойкость. Химико-термическая обработка, создавая на поверхности изделий благоприятные остаточные напряжения сжатия, увеличивает надежность, долговечность.