Билет 3

1. Способы введения углерода в состав железо-графитовых материалов.

1. В виде порошка сажи (элементное состояние). Сажа смешивается с железом и послед. прессуется и спекается. Структура стали – в зав-ти от состава. Недостатки: затруднённость получения однородной шихты из-за разницы в плотности сажи и железа (2,3 и 7,8),т.е. будет высокое отношение объема железа к объему графита (32:1), что значительно увеличивает путь диффузии углерода. Эти недостатки приводят к тому, что вместо желательной перлитной структуры часто получают структуру, содержащую большое количество Ц+Ф, и весьма нестабильные свойства.

2. Из связанного состояния – в виде порошка лигатуры – белого чугуна. Чугун – из отходов после обработки чугунной дроби. Разугоживают порошок железа, прессуют и спекают. Тут отношение объема железа к объему углеродсодержащего компонента составляет всего 2,3:1, т.е. будет равномерное перемешивание и быстрый процесс гомогенизации. Для равновесной структуры достаточна Т_спек 1100 - 1150 ° С. Преимущество - при 1100 ° С коэффициент диффузии углерода из чугунных частиц в 1,5 раза выше, чем из графита, при примерно одинаково энергии активации. Ускорение диффузионных процессов позволяет получать более равномерную структуру и более высокую прочность материала.

3. Исп-ние распыленной стали. С связан с Fe в процессе получения порошка, т.е. нет гомогенизации при спекании, будет ТФ спекание. Наиболее равновесная структура и наибольший уровень прочности свойств спеченной стали можно обеспечить используя порошок эвтектоидной стали, полученной распылением расплава. В этом случае каждая частица представляет собой сплав и процессов гетеродиффузии при спекании не происходит.

4. Введение при цементации – ХТО, когда углерод поступает из твердого или газообразного карбюризатора. Наиболее часто используют твердый карбюризатор – древесный уголь, а засыпка, в которую помещают изделия, представляет смесь древесного угля с 20 – 25 % ВаСО₃ и 2 – 3 % СаСО₃. Цементацию проводят при температуре 950 - 1000° С, в ряде случаев ее совмещают со спеканием. Особенностью этого способа введения углерода в состав материалов на основе железа является неравномерность состава науглероженного слоя и ограниченная толщина его. Толщина слоя – несколько мм.

2. Закалочные среды.

Нагрев и охлаждение д.б. не в окислительной атм., а в защитной, т.к. иначе возможно глубинное окисление. Защитная атм. м.б. газовая (напр., древесный уголь), м.б. оч. быстрый нагрев (для оч. чистых). В качестве защитной среды при нагреве спеченной стали используют азот, смеси: N₂ + H₂, N + СО, водород, эндогаз, конвертированный газ и др. Рекомендуются и науглероживающие атмосферы, древесный уголь, графит и др.

Охлаждающая способность закалочных сред зависит от температуры, теплопроводности, вязкости, скрытой теплоты испарения и других факторов. Вязкая (густая) и малоподвижная жидкость охлаждает изделие с меньшей скоростью, чем легкоподвижная, так как отвод тепла при закалке происходит путем конвекции (переноса тепла) при движении закалочной жидкости.

Возможны след. среды: вода, масло, массивная плита с высокой теплопроводностью (Cu, Fe и т.д.).

Вода, нагретая выше 50˚С, очень медленно охлаждает изделие в области трооститных превращений, где требуется быстрое охлаждение, а в области мартенситных превращений она обеспечивает такую же скорость охлаждения, как и холодная вода. Поэтому горячая вода для закалки не применяется. Добавка к воде едкого натра или поваренной соли способствует повышению скорости охлаждения, однако для порошковых сталей не прим-ся, т.к. при попадании их в поры могут вызвать трещины.

Масло обладает невысокой охлаждающей способностью, что в большинстве случаев не обеспечивает получения мартенситной структуры, а соответственно и высокой прочности и твердости. В масле, подогретом на 40 – 60˚С, охлаждение изделий при закалке происходит быстрее, чем в холодном и вязком масле. Разогрев закалочного масла в процессе работы выше 60 – 70˚С снова ухудшает его закалочную способность.

Но из-за пор м.б. остаток в среде матер. Масло не ухудшает свойств, а недостаток воды может вызвать окисление. Т.о при П>10% охлаждение в воде не исп-ют.

Если исп-ся жидкая среда, то из пор выделяется воздух, в месте выделения пузырька уменьшается контакт среды и детали, т.е. будет «пятнистая закалка» - разная твёрдость. Для предотвращения этого исп-ют перемешивание.

Для получения заданных свойств охлаждение должно вестись с определенной скоростью. Неравномерность (изменение скорости охлаждения средой) и неоднородность испарительного охлаждения изделий особенно сложной формы являются основными причинами образования закалочных трещин. После охлаждения в воде изделия необходимо подвергать сушке для удаления из пор влаги.