- •Раздел 1. Конструкционные материалы
- •1. Атомно-кристаллическое строение металлов
- •1.1. Кристаллические решетки металлов
- •1.2. Полиморфизм
- •1.3. Дефекты кристаллического строения реальных кристаллов
- •1.4. Кристаллизация металлов
- •2. Свойства металлов
- •2.1. Механические свойства
- •Относительное удлинение
- •Относительное сужение
- •2.2. Физические и химические свойства
- •2.3. Технологические свойства
- •2.4. Эксплуатационные свойства
- •3. Строение и свойства сплавов
- •3.1. Основные сведения о металлических сплавах
- •3.2. Железоуглеродистые сплавы
- •Структурные составляющие железоуглеродистых сплавов
- •3.3. Диаграмма состояния FeFe3c
- •3.4. Влияние примесей на свойства железоуглеродистых сплавов
- •4. Термическая обработка стали
- •4.1. Основы термической обработки стали
- •4.2. Отжиг сталей, виды отжига
- •4.3. Нормализация сталей
- •4.4. Закалка сталей
- •4.5. Отпуск стали. Виды отпуска
- •4. 6. Химико-термическая обработка сталей
- •4.6.1. Цементация сталей
- •4.6.2. Азотирование стали
- •4.6.3. Цианирование сталей
- •4.6.4. Нитроцементация
- •4.6.5. Борирование
- •4.6.6. Диффузионная металлизация
- •4.7. Термомеханическая обработка стали
- •4. 8. Влияние нагрева на структуру и свойства деформированного металла
- •5. Чугуны
- •5.1.Классификация и маркировка
- •5.2. Свойства и применение чугуна
- •6. Стали.
- •6.1. Углеродистые стали. Классификация и маркировка
- •Влияние углерода и примесей на свойства углеродистой стали
- •6.2. Легированные стали и сплавы
- •6.2.1. Влияние легирующих элементов на свойства стали
- •6.2.2. Конструкционные легированные стали, их маркировка
- •Рессорно-пружинные стали
- •Шарикоподшипниковые стали
- •6.3. Инструментальные стали
- •6.3.1. Стали для измерительных инструментов
- •6.3.2. Стали для режущих инструментов
- •6.3.3. Инструментальные твердые сплавы
- •6.3.4. Штамповые стали
- •6.4. Стали и сплавы с особыми свойствами
- •6.4.1. Нержавеющие стали и сплавы
- •6.4.2. Хромистые нержавеющие стали
- •6.4.3. Хромоникелевые нержавеющие стали
- •6.4.4. Жаропрочные стали и сплавы
- •6.4.5. Жаропрочные сплавы на основе никеля и тугоплавких металлов
- •6.4.6. Жаростойкие стали и сплавы
- •6.4.7. Тугоплавкие металлы и сплавы на их основе
- •7. Цветные металлы и сплавы
- •7.1. Алюминий и его сплавы
- •7.2. Магний и его сплавы
- •7.3. Титан и его сплавы
- •7.4. Медь и ее сплавы
- •8. Неметаллические материалы
- •8.1. Пластмассы
- •Состав, классификация и свойства пластмасс
- •8.2. Резиновые материалы
- •9. Композиционные материалы Классификация композиционных материалов
- •9 .1. Армирующие материалы
- •9.2. Материалы матриц
- •9.3. Свойства композиционных материалов
- •10. Общие принципы выбора материалов
- •Физико-химические свойства
- •Механические свойства
4.6.1. Цементация сталей
Цементацией называется процесс насыщения поверхности изделия углеродом. Цель цементации придание поверхности твердости при сохранении мягкой сердцевины. Обычно цементации подвергают детали из низкоуглеродистой стали, содержащей не более 0,25 % С (сталь марок 10, 15, 20, А12, 15Х, 25ХГМ и др.), работающие в условиях переменных ударных нагрузок и подвергающиеся износу, например зубья автомобильных зубчатых колес, шестерни, втулки, поршневые пальцы и т.д. Температура цементации 900…970 С. Толщина цементованного слоя от 0,1 до 3…4 мм.
В поверхностном слое содержание углерода составляет 0,8…1,0 %. Цементацию проводят в твердых, жидких и газообразных средах, называемых карбюризаторами. В качестве твердого карбюризатора применяют древесный уголь в смеси с другими компонентами.
Газовую цементацию проводят в атмосфере метана, керосина, бензола и др. Применяют для массового производства мелких деталей. Жидкие карбюризаторы (смесь цианистого калия с бурой, содой и другими веществами) применяют в тех случаях, когда нужно получить тонкий цементованный слой с высоким содержанием углерода.
Для придания твердости наружному слою производят закалку с температур 820…850 С и низкий отпуск при 150…170 С. После термической обработки твердость поверхностного слоя 60…64 HRC. Чтобы получить заданную структуру и свойства материала сердцевины изделия, проводят нормализацию (880…900 С) и для поверхностного слоя закалку (760…780 С) с низким отпуском.
Газовая цементация наиболее широко применяется в массовом производстве. Основной реакцией, обеспечивающей выделение свободного атомарного углерода, является диссоциация метана и оксида углерода по реакции:
СН4 2Н2 + Сат,
2СО СО2 + Сат.
В качестве карбюризатора используют разбавленный природный газ (метан), контролируемые атмосферы, получаемые в специальных генераторах, а также пары жидких углеводородов.
При газовой цементации можно получить заданную концентрацию углерода в слое, сократить длительность процесса, обеспечить возможность полной механизации и автоматизации процесса, проводить закалку непосредственно от температуры цементации.
Содержание углерода в поверхностном слое при данной температуре обычно составляет 1,1…1,2 % и быстро убывает по толщине детали, поэтому после охлаждения структура различна по глубине и твердости.
После закалки цементованные детали во всех случаях подвергают низкому отпуску при температуре 160…180 С для уменьшения закалочных напряжений и повышения сопротивления хрупкому разрушению.
4.6.2. Азотирование стали
Азотированием называют процесс насыщения стали азотом. Цель азотирования придать поверхности высокую твердость, износостойкость, устойчивость против коррозии и усталостную прочность. Процесс заключается в воздействии на сталь аммиака (газовое азотирование) при температуре 500…600 С. Образовавшийся свободный азот, находящийся в атомарном состоянии, воздействует на сталь и образует с элементами, входящими в ее состав (Cr, Fe, Al и др.), различные нитриды, обладающие высокой твердостью (до 70 HRC). Азотированный слой сохраняет свою твердость до 400…600 С, в то время как твердость цементированного слоя с мартенситной структурой сохраняется лишь до 200…250 С. Толщина азотированного слоя 0,25…0,75 мм. Азотированию подвергают легированные стали, например 35ХМЮА, 18ХГТ, 40ХНМА, 38Х2МЮА и др.
Перед азотированием детали подвергают закалке и высокому отпуску (600…675 С) с целью улучшения их механических свойств. Для ускорения процесса сначала производят азотирование при 500…520 С, а затем при 560…600 С. Повышение температуры ускоряет процесс диффузии и почти не сказывается на твердости поверхностного слоя.
Достоинством процесса азотирования по сравнению с цементацией является незначительное изменение размеров и отсутствие коробления вследствие низкой температуры нагрева. Азотированные поверхности имеют большую химическую стойкость на воздухе, а также в пресной и соленой воде.
Азотирование в жидких средах производится при температуре 570 С в расплавленных цианистых солях в течение 0,5…3 ч. Общая толщина слоя 150…500 мкм, твердость HV 600…11000. Жидкое азотирование повышает сопротивление износу и предел выносливости. Недостатком его является токсичность и высокая стоимость процесса. Его используют для обработки деталей автомобиля (коленчатые валы, шестерни и т.д.), а также штампов, пресс-форм и др.