Министерство образования и науки, молодежи и спорта Украины

Приазовский государственный технический университет

Кафедра металлургии и технологии сварочного производства

Составитель: Алистратов В.Н.

Конспект лекций по дисциплине «Поверхностные физико-химические процессы»

галузь знань: 0505 – Машинобудування та матеріалообробка,

напрям підготовки: 6.050504– зварювання,

ОКР «бакалавр»

Мариуполь - 2012 .

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

Введение. 3

1. Выбор параметров поверхностного слоя деталей с учётом 4 заданных условий эксплуатации и технологического обеспечения.

2. Износ и испытания на износостойкость. 6

3. Основные виды износа. 8

4. Упрочняющие фазы. 9

5. Факторы, определяющие качество поверхностного слоя. 13

6. Общая характеристика технологических методов обеспечения заданных параметров поверхностного слоя. 17

7. Упрочнение поверхностным деформированием . 18

8. Самораспро­страняющийся высокотемпературный синтез. 19

9. Теоретические основы химико-термической обработки. 20

10. Цементация. 21

11. Азотирование. 23

12. Цианирование и нитроцементация. 24

13. Диффузионная металлизация. 25

Рекомендуемая литература 28

Введение

Курс «Поверхностные физико-химические процессы» является общетехнической дисциплиной, которая знайомит с теоретическими основами процессов протекающих при эксплуатации деталей машин и механизмов , а также теоретическими основами и технологией получения заданих свойств поверхностей, дает возможность обосновано их вибирать, определять безопасные условия проведения работ.

Наружный слой детали с измененными структурой, фазовым и химическим составом по сравнению с основным металлом, из которого изготовлена деталь, называется поверхностным слоем. Внешняя поверхность слоя граничит с окружающей средой или с сопряженной деталью.

Одной из важнейших задач при обеспечении качества выпускаемых и ремонтируемых машин является повышение эксплуатационных показателей их качества. Эти показатели в значительной мере определяются парамет­рами качества поверхностного слоя. Это подтверждается и тем, что до 70% и более причин выхода из строя машин и механизмов связано с изнашива­нием их деталей. Известно, что износ зависит от многих параметров качест­ва поверхностного слоя. Поэтому специалист должен знать возможности управления комплексом этих параметров, включая геометрические, механические, физические, химические и структурные свойства.

В мировом современном машиностроении сложилось приоритетное на­правление - поверхностное упрочнение и нанесение упрочняющих защит­ных покрытий, получившее общее наименование «инженерия поверхности» (surface engineering). Применение поверхностных упрочняющих технологий позволяет повысить долговечность деталей машин в 2... 100 раз, снижая при этом расход топли­ва, обеспечивая возможность интенсификации многих производственных процессов.

Проблема исследования поверхности является одной из центральных научных проблем материаловедения. Уровень знаний о структуре, составе и свойствах свободных поверхностей и поверхностей раздела, о процессах и явлениях, протекающих на этих поверхностях и составляющих содержание фундаментальных проблем физико-химии поверхности, обусловливает воз­можность успешного развития прикладных исследований по разработке но­вых материалов, созданию новых машин и приборов и технологических про­цессов.

В последние десятилетия установлено резко специфическое влияние и особая роль поверхностных слоев в процессах хрупкого и усталостного раз­рушения, ползучести, трения и износа, схватывания материалов и др. В ра­ботах А.Ф. Иоффе, А.В. Степанова, П.А. Ребиндера, Н.Н. Давиденкова, И.А. Одинга, И. Крамера, М.Х. Шоршорова, В.П. Алехина, А. Вествуда, Е. Махлина, Т. Судзуки, Е. Махерауха, К. Сумино и др. отмечается сущест­венное влияние поверхности на величину и форму проявления предела те­кучести, а также на общий характер кривой напряжение - деформация и различные стадии деформационного упрочнения. Начальные акты пласти­ческого течения, как правило, связаны с поверхностными слоями кристалла

Наглядным примером служат прокатные валки. Валки горячей прокатки в работе подвержены разнообразным по характеру и величине воздействи­ям: нагреваются от прокатываемого металла и охлаждаются водой и возду­хом, испытывают большие удельные давления и напряжения от изгиба и кручения и др. Работа валков в таких условиях приводит к их износу, кото­рый проявляется в искажении формы рабочей поверхности бочки валка или калибра, в уменьшении диаметра и образовании сетки трещин с последова­тельным выкрашиванием частиц поверхностного слоя. Определение основ­ных причин, вызывающих разрушение рабочей поверхности, позволит про­гнозировать долговечность и надежность прокатных валков при работе в условиях термоциклического воздействия, а также наметить пути эффек­тивного повышения их стойкости. Внедрение упрочняющих технологий по­зволит решать сложные вопросы повышения устойчивости процесса прокат­ки за счет обеспечения условий равноизнашивания валков по длине бочки.