Производство чугуна

Цементация стали — поверхностное диффузионное насыщение стали углеродом, с целью повышения твёрдости и износоустойчивости. Цементации подвергаются низкоуглеродистые (обычно до 0,2% C) и легированные стали.

Процесс в случае использования твёрдого карбюризатора проводится при температурах 900—950°С. Недостатками данного способа являются:

                    значительные затраты времени (для цементации на глубину 0,1 мм затрачивается 1 час);

                    низкая производительность процесса;

                    громоздкое оборудование;

                    сложность автоматизации процесса.

Способ применяется в мелкосерийном производстве;

-при газовой цементации (газообразный карбюризатор) — при 850—900 °С. Преимущества способа:

                    возможность получения заданной концентрации углерода в слое (можно регулировать содержание углерода, изменяя соотношение составляющих атмосферу газов);

                    сокращение длительности процесса за счет упрощения последующей термической обработки;

                    возможность полной механизации и автоматизации процесса.

Способ применяется в серийном и массовом производстве.

После цементации изделие подвергается термообработке, приводящей к образованию мартенситной структуры в поверхностном слое изделия (закалка на мартенсит) с последующим отпуском для снятия внутренних напряжений.

Цементации подвергают зубчатые колеса, поршневые кольца, червяки, оси, ролики.

Закалка ТВЧ (токами высокой частоты): а) тел сложной формы, таких как шестерни, оси, ножи, звездочки, зубчатые колеса и шлицевые валы, обеспечивает равномерную твердость и глубину упрочненного слоя по периметру зуба и впадины. б) поверхностей цилиндрических деталей. Выполняется, как с вращением детали, так и без, что повышает требования к равномерности нагрева и последующего охлаждения закаливаемой поверхности. в) плоских поверхностей. Направляющие металлообрабатывающих станков, штампов, рабочих поверхностей калибров и пр.

Главным достоинством закалки ТВЧ является высокая производительность, сохранение размеров детали после закалки, отсутствие деформаций и окалины. Нагрев ТВЧ позволяет проводить закалку отдельных участков деталей — шейки коленчатых валов, кулачков распределительных валов, головки рельсов и др. Твердость поверхности при закалке ТВЧ достигает HRC 58..60, в зависимости от марки стали.

Вопрос 113

Что такое естественное и искусственное старение дюралюминия? В чем заключается термическая обработка дюралюминия и что в результате ее происходит?

Дюралюминии — сплавы алюминия с медью

Характерными упрочняемыми сплавами являются дюралюминии — сплавы алюминия с медью, которые содержат постоянные примеси кремния и железа и могут быть легированы магнием и марганцем. Количество меди в них находится в пределах 2.2-7%.

Медь растворяется в алюминии в количестве 0,5% при комнатной температуре и 5,7% при эвтектической температуре, равной 548 C.

Термическая обработка дюралюминия состоит из двух этапов. Сначала его нагревают выше линии предельной растворимости (обычно приблизительно до 500 C). При этой температуре его структура представляет собой гомогенный твердый раствор меди в алюминии. Путем закалки, т.е. быстрого охлаждения в воде, эту структуру фиксируют при комнатной температуре. При этом раствор получается пересыщенным. В этом состоянии, т.е. в состоянии закалки, дюралюминий очень мягок и пластичен.

Структура закаленного дюралюминия имеет малую стабильность и даже при комнатной температуре в ней самопроизвольно происходят изменения. Эти изменения сводятся к тому, что атомы избыточной меди группируются в растворе, располагаясь в порядке, близком к характерному для кристаллов химического соединения CuAl. Химическое соединение еще не образуется и тем более не отделяется от твердого раствора, но за счет неравномерности распределения атомов в кристаллической решетке твердого раствора в ней возникают искажения, которые приводят к значительному повышению твердости и прочности с одновременным снижением пластичности сплава. Процесс изменения структуры закаленного сплава при комнатной температуре носит название естественного старения.

Естественное старение особенно интенсивно происходит в течение первых нескольких часов, полностью же завершается, придавая сплаву максимальную для него прочность, через 4-6 суток. Если же сплав подогреть до 100-150 C, то произойдет искусственное старение. В этом случае процесс совершается быстро, но упрочнение происходит меньшее. Объясняется это тем, что при более высокой температуре диффузионные перемещения атомов меди осуществляются более легко, поэтому происходит завершенное образование фазы CuAl и выделение ее из твердого раствора. Упрочняющее же действие полученной фазы оказывается меньшим, чем действие искаженности решетки твердого раствора, возникающей при естественном старении.

Сравнение результатов старения дюралюминия при различной температуре показывает, что максимальное упрочнение обеспечивается при естественном старении в течении четырех дней.