Реферат на тему Химико-термическая обработка стали

Содержание:

Введение. 2

Химико-термическая обработка. 3

Цементация. 7

Диффузионная металлизация. 9

Азотирование стали. 12

Нитроцементация и цианирование стали. 14

Заключение. 20

Список используемой литературы.. 21

Введение:

Химико-термической
обработкой стали называется процесс, сочетающий поверхностное насыщение стали
тем или иным элементом при высокой температуре и термическое воздействие, в
результате которых происходит изменение химического состава, микроструктуры и
свойств поверхностных слоев деталей.

Химико-термическая
обработка включает в себя:

· цементацию;

· азотирование;

· цианирование;

· алитирование;

· силицирование и т. д.

Насыщение поверхностного
слоя происходит при нагреве детали до определенной температуры в среде, легко
выделяющей насыщающий элемент в активном состоянии, и выдержке при этой
температуре. Среды, выделяющие насыщающий элемент, могут быть газообразными,
жидкими и твердыми.

В отличие от
поверхностной закалки при химико-термической обработке разница в свойствах
достигается не только изменением структуры металла, но и его химического
состава. ХТО не зависит от формы деталей. Она обеспечивает получение
упрочненного слоя одинаковой толщины по всей поверхности. ХТО дает более
существенное различие в свойствах поверхности и сердцевины деталей. ХТО
изменяет химический состав и структуру поверхностного слоя, а поверхностная
закалка — только структур. Вместе с тем ХТО уступает поверхностной закалке по
производительности.

Целью данного реферата
является изучение химико-термической обработки стали.

Заключение:

К химико-термической
обработке относятся такие виды обработки сплавов,как:

· цементация,

· азотирование,

· нитроцементация,

· цианирование,

· борирование,

· силицирование,

· диффузионная металлизация стали и др.

Одним из наиболее
эффективных и универсальных процессов химико-термической обработки является
борирование.

Борирование применяют для
повышения износостойкости поверхностного слоя стального изделия, в частности,
при повышенных температурах, повышения его твердости и износостойкости.

Изделия, подвергшиеся
борированию, обладают повышенной до 800 °С окалиностойкостью и теплостойкостью
до 900–950 °С. Твердость борированного слоя в сталях перлитного класса
составляет 15 000–20 000 МПа.

Технология
химико-термической обработки металлов используется для увеличения прочности и
долговечности готовых изделий. Благодаря данной технологии поверхность детали
обретает устойчивость к коррозии, кавитационную стойкость и прочность. Также
увеличивается эксплуатационный период. Изделие становится более надёжным.

Когда внешний слой
металла подвергается обработке этого вида, на его поверхности формируются
твёрдые субстанции замещения. Азот и углерод отвечает за образование твёрдого
раствора внедрения. Создание защитного слоя происходит достаточно быстро.

Фрагмент текста работы:

Химико-термическая
обработка

Химико-термической
обработкой называется процесс поверхностного насыщения стали различными
элементами, процесс изменения химического состава, микроструктуры и свойств
поверхностного слоя детали.

Изменение химического
состава поверхностных слоев достигается в результате их взаимодействия с
окружающей средой (твердой, жидкой, газообразной, плазменной), в которой
осуществляется нагрев.

В результате изменения
химического состава поверхностного слоя изменяются его фазовый состав и
микроструктура.

Основными параметрами
химико-термической обработки являются температура нагрева и продолжительность
выдержки. Цель химико-термической обработки — поверхностное упрочнение металлов
и сплавов и повышение их стойкости против воздействия внешних агрессивных сред
при нормальной и повышенной температуре.

Процессы химико-термической
обработки состоят из трех стадий:

· диссоциации, которая заключается в распаде
молекул и образовании активных атомов диффундирующего элемента. Например,
диссоциации окиси углерода 2СО→СО2+С или аммиака 2НN3→3Н2+2N;

· адсорбции, т.е. контактирования атомов
диффундирующего элемента с поверхностью стального изделия и образования
химических связей с атомами металла;

· диффузии, т.е. проникновения насыщающего
элемента в глубь металла.

Скорость диффузии при
проникновении диффундирующих атомов в решетку растворителя будет выше, если при
взаимодействии образуется твердые растворы внедрения, и значительно ниже, если
образуются твердые растворы замещения.

Концентрация
диффундирующего элемента на поверхности зависит от притока атомов этого
элемента к поверхности и от скорости диффузионных процессов, т.е. отвода этих
атомов в глубь металла.

Толщина диффузионного слоя зависит от
температуры нагрева, продолжительности выдержки при насыщении и концентрации
диффундирующего элемента на поверхности.

Чем выше концентрация
диффундирующего элемента на поверхности детали, тем выше толщина слоя. Чем выше
температура процесса, тем больше скорость диффузии атомов, а следственно,
возрастает толщина диффузионного слоя.

Границы зерен являются
участками, где диффузионные процессы облегчают из-за наличия большого числа
дефектов кристаллического строения. Если растворимость диффундирующего элемента
в металле мала, то часто наблюдается преимущественная диффузия по границам
зерен. При значительной растворимости диффундирующего элемента в металле роль
пограничных слоев уменьшается. В момент фазовых превращений диффузия протекает
быстрее.

В промышленности
применяют множество способов химико-термической обработки, различающихся
диффундирующими элементами, типом и составом внешней среды, химизмом процессов
в ней, техникой исполнения и другими признаками. В зависимости от агрегатного
состояния внешней среды, в которую помещают обрабатываемое изделие, различают
химико-термическую обработку в твердой, жидкой и газовой среде.

Основными разновидностями
химико-термической обработки являются[1]:

· цементация (насыщение поверхностного слоя
углеродом);

· азотирование (насыщение поверхностного
слоя азотом);

· нитроцементация или цианирование
(насыщение поверхностного слоя одновременно углеродом и азотом);

· диффузионная металлизация (насыщение
поверхностного слоя различными металлами).

Если источником
насыщающего элемента является твердая фаза, атомы диффундирующего элемента
поступают из твердого вещества в места прямого контакта его с поверхностью
изделия. Этот процесс малоэффективен, и применяется редко. Обычно твердую среду
используют для создания активной газовой или паровой фазы, из которой атомы
насыщающего элемента поступают в изделие. Например, при цементации в твердом
карбюризаторе (древесном угле) атомы углерода, диффундирующие в сталь,
образуются из окиси углерода (2СО → С+СО2), а древесный уголь
необходим лишь для образования газовой фазы. Другой пример — диффузионное
хромирование в «твердой» среде, когда изделие упаковано с порошком хрома или
феррохрома. При нагреве хром испаряется и его атомы поступают в изделие главным
образом из паровой фазы, а не в местах прямого контакта порошка с поверхностью
изделия. При химико-термической обработке в жидкой среде атомы элемента,
диффундирующего в изделие, образуются в результате химических реакций в
расплавленной соли (например, в NаСN при цианировании стали) или поступают
непосредственно из расплавленного металла (например, из расплава алюминия при
диффузионном алюминировании стали)[2].

При химико-термической
обработке в газовой среде диффундирующий элемент образуется к результате
реакций диссоциации (СН4→С+2Н2), диспропорционирования
(2СО→С+СО2), обмена (СгСl2+Fe→Cr+FeCl2),
восстановления (VCl2+H2→V+2НСl).

Газовая среда и активная
газовая фаза, образующиеся при нагреве в твердой среде, в промышленных
процессах служат самыми распространенными поставщиками атомов элементов,
которыми обогащаются поверхностные слои изделия.

Для химико-термической обработки
наиболее удобна чисто газовая среда: ее состав легко регулировать, она быстро
прогревается до заданной температуры, позволяет полностью механизировать и
автоматизировать процесс химико-термической обработки, сразу проводить закалку
(без повторного нагрева).

Приведенные примеры
показывают, что классификация методов химико-термической обработки по
агрегатному состоянию среды, в которую помещено изделие, не всегда согласуется
с физико-химической сущностью процесса обработки.

Основываясь на физико-химической
характеристике активной фазы, поставляющей диффундирующий элемент, предложена
следующая классификация методов химико-термической обработки: насыщение   из твердой фазы, насыщение из паровой фазы,
насыщение из газовой фазы и насыщение из жидкой фазы. Согласно этой
классификации цементацию стали в твердом карбюризаторе следует относить к
методу насыщения из газовой фазы, а диффузионное хромирование в порошке хрома —
к методу насыщения из паровой фазы.

По характеру изменения
химического состава обрабатываемого изделия все разновидности
химико-термической обработки можно разделить на   три группы: диффузионное насыщение
неметаллами, диффузионное насыщение металлами и диффузионное удаление
элементов. Эти группы включают разнообразные промышленные процессы
химико-термической обработки[3].

Каждый процесс
химико-термической обработки может осуществляться разными методами (насыщением
из газовой, паровой, жидкой или твердой фазы) и в самом разнообразном
техническом исполнении (например, с получением активной газовой фазы в рабочем
пространстве печи или в отдельном генераторе и т.п.).

Этот вид обработки
относится главным образом к сталям, так как химико-термическую обработку
чугунов и цветных металлов и сплавов в промышленности применяют несравненно
реже. [1] Волосатов В.А. Справочник по
электрохимическим и электрофизическим методам обработки – М: Политехника, 1988.
-265 с. [2] Травин О.В., Травина Н.Т.
Материаловедение. – М.: Металлургия, 1989. – 360 с. [3] Сальников С.П. Краткий справочник
машиностроителя – М: Машиностроение, 2001. -312 с.