Контрольная работа по «Материаловедение. Технология конструкционных материалов»

Министерство сельского  хозяйства РФ

Федеральное государственное  образовательное учреждение

высшего профессионального  образования

«Ярославская государственная  сельскохозяйственная академия»

 

 

Кафедра технического сервиса

 

 

 

 

 

 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

 

 

по дисциплине «Материаловедение. Технология конструкционных материалов»

 

 

 

 

 

                              Выполнил студент

                                                          инженерного факультета 110304.65

                                             (специальность «Технология

                                                                обслуживания и ремонт машин  в АПК»)

                                                 Герасимов Дмитрий Юрьевич

 

 

                                                            Проверил: Соцкая Ирина Марковна

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ярославль

2011

Содержание

 

1. Задание № 1……………………………………………………………………3

2. задание № 2……………………………………………………………………12

3. Задание № 3……………………………………………………………………16

Список литературы………………………………………………………………17

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Опишите сущность, разновидности и область применения  диффузионной металлизации

Насыщение поверхности  стали металлами в ходе их высокотемпературной  химико-термической обработки в  соответствующих насыщающих средах называется диффузионной металлизацией. Целью такого вида химико-термической обработки является изменение состава, структуры и свойств поверхностного слоя стали путем введения в него таких металлов, как хром, алюминий, цинк, вольфрам, ванадий, ниобий. Диффузионная металлизация, в зависимости от насыщающего элемента, может проводиться в диапазоне температур от 1400 до 700 °С. Техническое исполнение этого вида химико-термической обработки может быть вы-полнено рядом способов, например, погружением обрабатываемой детали в ванну с расплавленным металлом. Такой метод применим в том случае, когда температура плавления насыщающего металла оказывается значительно ниже температуры плавления стали. В случае необходимости насыщения поверхности стальной детали тугоплавкими металлами возможно использование погружения детали в расплавы солей насыщающего металла, насыщения поверхности детали из газовой фазы, состоящей галогенидов диффундирующего металла, диффузии насыщающего металла путем его испарения из сублимированной фазы, метода циркуляционного газового насыщения и т. п.

Подобная химико-термическая  обработка может включать в себя как насыщение только одним элементом, например, насыщение поверхности  детали хромом — хромирование, насыщение  алюминием — алитирование, так  и насыщение группой металлов — хромоалитирование (одновремен-ное насыщение хромом и алюминием), одновременное насыщение поверхности детали металлами и неметаллами — карбохромирование (насыщение поверхности углеродом и хромом). Совместное насыщение поверхности детали рядом элементов может проводиться как одновременно, так и последовательно.

В результате диффузионной металлизации в поверхности стали  возникают слои высоколегированных твердых растворов диффундирующих элементов в железе, создавая принципиально  иные физико-химические свойства поверхностных, защитных слоев изделия.

Алитированием — называется режим химико-термической обработки, состоящей в насыщении поверхности стали алюминием в соответствующих насыщающих средах. Как правило алитирование производится при температурах 700–1100 °С. Целью алитирования является повышение окалиностойкости изделий (до 800–900 °С), коррозионной стойкости в атмосферных условиях и морской воде.

В основном, алитированию подвергаются малоуглеродистые стали (так как углерод резко снижает  глубину алитированного слоя. При алитировании в течение 12 ч при 1100 °С у стали с 0,06 % углерода толщина слоя составляет 1 мм, у стали с 0,38 % углерода — менее 0,9 мм, при температуре 850 °С — 0,17 и 0,14 мм соответственно). Содержание алюминия в насыщенном слое может достигать 40–50 %, однако при превышении его концентрации 30% отмечается повышенная хрупкость слоя и для выравнивания его концентрации по сечению поверхностного слоя обычно выполняется термическая обработка.

В таблице приведены основные составы сред и режимов алитирования.

Составы сред и режимы алитирования сталей

Состав насыщающей среды	Режим   алитирования		Глубина слоя, мм
	Т, °С	τ, ч
Алитирование  в газообразных средах
Через алюминий или ферроалюминий  пропускают соляную кислоту. Алитирование протекает за счет образования AlCl2	950–1050	2–5	0,25–0,4
Алитирование  в порошковых средах*
49,5 % порошкообразного Al + 49 % Al2O3 + + до 1 % NH4Cl	950–1050	6–12	0,25–0,6
48 % ферроалюминия + + 48 % SiO2 + 4 % NH4Cl
Алитирование  методом металлизации
На поверхность детали напыляют слой алюминия толщиной от 0,7 до 1,2 мм. Поверх напыленного слоя наносят слой обмазки, состоящий из 50 % графита + + 20 % жидкого стекла и 30 % SiO2	900–950	2–4	0,2–0,4
Алитирование  в ваннах с расплавленным алюминием
Расплавленный алюминий (88–92 %) +  + 8–12 % Fe**	680–750	0,25–1,0	0,05–0,25

* Приспособления для  алитирования (ящики, контейнеры) подобны  ящикам для цементации.

** Железо в расплав  вводится во избежание растворения  поверхности детали.

Так как углерод практически  нерастворим в алитированном слое, то он оттесняется вглубь от поверхности детали, образуя под насыщенным алюминием слоем зону, обогащенную углеродом.

Хромирование — способ химико-термической обработки, состоящий в высокотемпературном (900–1300 °С) диффузионном насыщении поверхности обрабатываемой детали хромом в насыщающих средах с целью придания ей жаростойкости (до 800 °С), коррозионной стойкости в пресной и морской воде, растворах солей и кислот, эрозионной стойкости. Диффузионное насыщение поверхности стали хромом, также уменьшает скорость ползучести материала повышает его сопротивление термическим ударам. Хромирование также повышает предел выносливости стали при комнатных и повышенных температурах, что связано с возникновением в слое сжимающих напряжений.

Хромированию подвергаются стали различных классов — ферритных, перлитных и аустенитных, сталей различного назначения.

Структура хромированного слоя напрямую зависит от содержания в стали углерода. Если в малоуглеродистых сталях этот слой обычно состоит из твердого раствора замещения хрома в a -железе, то в случае высокоуглеродистых материалов может образовываться слой карбидов, состоящий, например, для сталей с 0,8–1,0 % углерода из карбидов Сr₂₃С₆, расположенных в верхних слоях насыщенной хромом поверхности и карбида Cr₇С₃ лежащего ниже. Под карбидными слоями располагается эвтектоидный слой, состоящий из троостита и карбида Cr₇С₃. Кроме углерода на параметры хромированного слоя влияет легирующий комплекс стали. Все карбидообразующие элементы — вольфрам, молибден, титан, ванадий и т. д. — увеличивают глубину хромированного слоя; элементы, расширяющие аустенитную область, — никель, кобальт — уменьшают глубину хромирования. Это связано с особенностями диффузии хрома в a -Fe и g -Fe. С одной стороны, скорость диффузии атомов хрома в a -железе значительно выше, чем в аустените, с другой, — при легировании вольфрамом, молибденом и другими карбидообразующими элементами содержание хрома в стали в исходном, до химико-термической обработки, состоянии превосходит его концентрацию в сталях углеродистых или легированных, например только никелем.

Твердость насыщенной хромом поверхности у средне- и высокоуглеродистых сталей, то есть тогда, когда хром в  поверхности находится в виде слоя карбидов, составляет 12 000–13 000 МПа. Твердость хромированного слоя у низкоуглеродистых сталей, когда хром находится в твердом растворе, не превышает 1500–3000 МПа.

В табл. 9.14 приведены основные составы сред и режимов хромирования. Наиболее широко применяется метод  диффузионного хромирования в порошках, содержащих хром или феррохром и активные добавки в виде галогенидов аммония (контактный метод). При этом подвергающиеся химико-термической обработке детали укладываются в специальные контейнеры (ящики) с двойными крышками для повышения герметичности и подвергаются высокотемпературным нагревам в соответствующих смесях в течение 6–12 ч. Особо широкое применение этого метода объясняется простотой применяемого оборудования, отсутствием необходимости создания специальных производств и участков.

Составы сред и режимы хромирования сталей

Состав насыщающей среды	Режим  хромирования		Глубина слоя, мм
	Т, °С	τ, час
Хромирование  в порошковых средах (газовый метод)
50 % феррохрома или хрома + Al2O3 +   + 1–2 % NH4Cl (или NH4I или NH4Br или NH4F);   5–10 % CrCl2 +   + 90 % Al2O3	1000–1050	6–12	0,1–0,15 (0,01–0,03)*
Хромирование  в вакууме (парогазовый метод)
Порошок хрома, образующий в вакууме при высоких температурах паровую фазу	1050–1100	4–15	0,05–0,25 (0,01–0,04)
Газовое хромирование (неконтактный метод)
CrCl2 + H2	1000–1050	6–12	0,1–0,2 (0,02–0,05)
Галогениды типа CrCl2, CrF2, CrI2, CrCl3 и др.
Хромирование  в керамической массе  (газовый метод, контактный способ)
Пористый фарфор, пеношамотный кирпич или глина, поры которых наполнены  хлоридами хрома, а также хромом или феррохромом	1050	5–6	0,1–0,2
Жидкое хромирование
Расплавы солей BaCl2, MgCl2, NaCl, CaCl2 и др., к которым добавляют CrCl2 в количестве 15–20 % от массы нейтральных солей, или 20–25 % от массы нейтральных солей феррохрома, обработанного соляной кислотой	1000–1100	1–6	0,05–0,3

Вакуумное хромирование производится путем осаждения паров  хрома на поверхность обрабатываемой детали разогретой до температур 1000–1100 °С при остаточном давлении 10^–2–10^–3 мм рт. ст. Этот метод привлекателен тем, что не требует в ходе химико-термической обработки применения агрессивных веществ, позволяет получать наиболее высококачественные поверхности деталей и может применяться для производства деталей ответственного назначения.

Газовое неконтактное хромирование ведется в ретортах, в печах с вращающейся ретортой или шахтных печах, в специальных контейнерах с нагревом в обычных нагревательных печах. Нагрев деталей осуществляется до температур порядка 1000–1100 °С в нейтральной или восстановительной среде или вакууме при остаточном давлении 10^–3–10^–5 мм рт. ст. В процессе химико-термической обработки через слой порошкообразного хрома или феррохрома пропускают соляную кислоту НСl или (НСl + Н₂), или газообразный Сl₂ — хромирование осуществляется за счет переноса атомов хрома соединением СrСl₂. Кроме хлорида хрома могут быть использованы его другие галогениды, в частности, одной из лучших сред для газового хромирования считается иодид хрома — CrI₂.

Кроме однокомпонентного насыщения  поверхности стали хромом достаточно широкое применение нашли процессы совместного насыщения: углеродом и хромом — карбохромирование, хромом и кремнием — хромосилицирование, хромом и алюминием — хромоалитирование.

Карбохромирование — это процесс  последовательного насыщения поверхности  детали углеродом, а затем хромом, способствующий повышению твердости, износо- и жаропрочности, коррозионной стойкости материала. Режимы и способы данной химико-термической обработки соответ-ствуют режимам и способам цементации и хромирования изделий.

Хромосилицирование — это одновременное насыщение поверхности детали хромом и кремнием. Температура хромосилицирования составляет, в зависимости от состава обрабатываемого материала и способа хромосилицирования, 900–1200 °С. Детали, подвергшиеся хромосилицированию, по сравнению с хромированными деталями, обладают повышенной окалиностойкостью и кислотостойкостью, повышенным сопротивлением эрозии в области высоких температур.

Хромоалитирование — это совместное или последовательное насыщение  поверхности детали хромом и алюминием. Температура процесса находится в пределах 900–1200 °С. Хромоалитирование проводится для создания в поверхности детали слоев с повышенной, по отношению к хромированным деталям, жаростойкостью, достигающей 900 °С, и эрозионной стойкостью. В зависимости от требований, предъявляемых к обрабатываемому изделию, и меняя состав насыщающей среды, возможно получение хромоалитированных слоев в различными соотношениями в концентрациях диффундирующих элементов.