Класифікація методів зміцнення металів
Вступ
Вдосконалення продукції утруднене без вживання нових прогресивних технологічних процесів, що дозволяють підвищити ресурс і надійність, забезпечити працездатність деталей і вузлів в найтяжчих умовах експлуатації, при високих температурах і в агресивних середовищах, дії динамічних і контактних навантажень. Цим викликано вживання процесів зміцнювальної технології в провідних галузях промисловості, що розширюється, і широкі дослідження, що проводяться в цій області в нашій країні і за кордоном.
Розробляються нові способи і технології нанесення покриттів, зокрема, багатошарових і багатокомпонентних, отримують розвиток методи поверхневого легування і зміцнення лазером, електронним променем, електричним іскровим розрядом, удосконалюються процеси поверхневої пластичної деформації, плазмового і іонно-плазмового напилення, іонної імплантації і ін.
Технології поверхневого зміцнення значно відрізняються один від одного фізико-хімічною природою зміцнюючої дії, сферою застосування, технічними показниками і ефективністю.
Актуальність вибраної теми визначається тим, що центральним завданням в сучасному розвитку техніки є забезпечення високого рівня експлуатаційних властивостей, підвищення довговічності і надійності вузлів і деталей машинобудування, металургійної, хімічної і нафтопереробної, аерокосмічної і інших галузей промисловості за рахунок зменшення інтенсивності зношування.
|
|
Метою роботи є дослідження технології поверхневого зміцнення сталі.
Розділ 1. Напрями зміцнення сталей і сплавів
Концепція високоміцного стану
Міцністю називають здатність матеріалів чинити опір пластичній деформації і руйнуванню під дією зовнішнього навантаження.
Підвищення міцності сплавів дозволяє не лише підвищити робочий ресурс деталей і конструкцій, але також зменшити їх перетин і витрату металу. Проте лише висока міцність без необхідного комплексу таких механічних властивостей, як в'язкість, пластичність і тріщиностійкість, не забезпечує надійності конструкцій. У ряді випадків високоміцний стан металу навіть може надавати негативну дію.
Конструкційні матеріали повинні разом з високою міцністю і пластичністю добре чинити опір ударним навантаженням, володіючи запасом в'язкості. При знакозмінних навантаженнях конструкційні матеріали повинні володіти високим опором втомі, а при терті - опором зносу. У багатьох випадках необхідний опір корозії. Враховуючи, що в деталях завжди є дефекти, що є концентраторами напруги, конструкційні матеріали повинні володіти високим опором крихкому руйнуванню і поширенню тріщин. Тому надійність матеріалу в конструкції прийнято характеризувати конструкційною міцністю, під якою розуміють не окремо взяті міцнісні характеристики, а комплекс механічних властивостей, що визначає експлуатаційні можливості виробу. У цьому полягає особливість вимог до конструкційних матеріалів.
|
|
Крім того, окрім високої конструкційної міцності, конструкційні матеріали повинні мати високі технологічні властивості: хороші ливарні властивості, оброблюваність тиском, різанням, хорошу зварюваність. Конструкційні матеріали мають бути дешеві і не дефіцитні.
Зі всіх конструкційних матеріалів, вживаних в даний час і прогнозованих в майбутньому, цим, часто суперечливим, вимогам найбільшою мірою відповідають сталі. Лише сталь дозволяє отримувати поєднання високих значень різних механічних характеристик і хорошу технологічність при порівняно невисокій вартості. Тому сталь і в сьогоденні, і в осяжному майбутньому залишиться основним і найбільш поширеним конструкційним матеріалом.
Для більшості конструкційних сталей найважливішими (але не єдиними) параметрами конструкційної міцності є межа текучості σт, поріг холодноламкості або температура в'язко-крихкого переходу Ткр, рівень ударної в'язкості KCU, KCV, КСТ і коефіцієнт інтенсивності напруги КІс [9Солнцев, с.159-160].
|
|
Механізми зміцнення
У першій половині XX століття високоміцного полягання в сталях добивалися збільшенням вмісту вуглецю, мало звертаючи уваги на їх пластичність і в'язкість, характер зламу і зварюваність.
Відомо, що вуглець утворює із залізом тверді розчини впровадження і є ефективним зміцнювачем. Проте його розчинність у фериті невелика, що призводить до зниження зміцнюючого ефекту. Висока міцність мартенсіту сталі супроводиться зниженням пластичності і в'язкості, що обумовлює необхідність проведення відпустки. При відпустці утворюються карбіди, мартенсіт обідняється вуглецем і знижується дія твердорозчинного механізму зміцнення.
Досить крупні частки цементітного типа, що утворюються, у ферритній матриці твердіші і крихкіші, чим матриця. Тому при вантаженні на поверхні розділу створюється об'ємно-напружений стан, який може наводити до утворення мікротріщин.
Згідно сучасним уявам, деформація визначається рухом дислокацій. Отже, підвищення опору деформації і відповідно високоміцний стан можуть бути досягнуте створенням ланцюга перешкод руху дислокацій.
|
|
До основних механізмів зміцнення сталей відносяться: подрібнення зерна, утворення твердих розчинів, виділення часток другої фази, перетворення при термообробці і збільшення щільності дислокацій. Експериментальні дослідження показали, що для більшості сталей діє принцип лінійної аддитивності окремих механізмів зміцнення, тобто вклади окремих механізмів в загальне зміцнення підсумовуються:
σт = σ0 + Δσ т. р. + Δσд + Δσд. у. + Δσз,
де σ0 - опір кристалічної решітки руху дислокацій (напруга тертя грат, або напруга Пайерлса-Набарро);
Δσ т. р. - зміцнення твердого розчину розчиненими легуючими елементами, або твердорозчинне зміцнення;
Δσд - зміцнення за рахунок опору переміщенню дислокацій, або дислокаційне зміцнення;
Δσд. у. - зміцнення дисперсними частками другої фази, що утворилися при розпаді пересиченого твердого розчину, або дисперсійне зміцнення;
Δσз - зміцнення кордонами зерен і субзерен, або зернограничне зміцнення [9Солнцев, с.160-161]
Класифікація методів зміцнення металів
Методи зміцнення металів можна умовно розділити на шість основних класів (таблиця.1.1). Методами одного класу здійснюються процеси різних типів.
Зовнішні умови протікання процесів неоднакові: у газовому середовищі; у рідині; у пасті; без використання або з використанням теплоти при нормальному, підвищеному або високому тиску; у низькому, середньому або глибокому вакуумі; у атмосфері водяної, водогазової або іонної пари; у контрольованих атмосферах екзогазу або ендогазу; у електропровідному або діелектричному середовищі; у середовищі з поверхнево-активними або абразивними властивостями; у магнітному, електричному, гравітаційному або термічному полі. Вибір поєднань зовнішніх умов і характеризує специфічні особливості технологічних процесів.
Таблиця 1.1.
Класифікація методів зміцнення металу
Клас методів зміцнення | Метод | Типи процесів |
1. Зміцнення створенням плівки на поверхні виробу
| Осадження хімічної реакції | Хімічне оксидування, нікелювання, сульфідування, кадміювання, фосфатування, нанесення зміцнюючого змащувального матеріалу, осадження з газової фази |
Електролітичне осадження | Електролітичне хромування, нікелювання, никельфосфатирование, борирование, борохромирование, хромофосфатирование | |
Осадження твердих опадів з пари | Електроїськровоє легування, катодно-іонне бомбардування, прямий електроннопроменевий випар, реактивний електронно-променевий випар, електрохімічний випар, термічний випар тугоплавких з'єднань | |
Напилення зносостійких з'єднань | Плазмове напилення порошкових матеріалів, детонаційне напилення, напилення електродуги, лазерне напилення | |
2. Зміцнення зміною хімічного складу поверхневого шару металу | Дифузійне насичення | Химико-термическое нитрооксидирование, нітроцементація, цементація, карбонитрация, карбохромирование, азотування, хромоазотирование, хромотитанирование, хромосилицирование, хромоалитирование, борохромирование, борирование, ціанування, сульфоцианирование, дифузійне хромування, дифузійне нікелювання, циркосилицирование, бороциркование, легування малопотужними пучками іонів |
3. Зміцнення зміною структури поверхневого шару
| Фізико-термічна обробка | Лазерний гарт, плазмовий гарт |
Електрофізична обробка | Електроімпульсна обробка, обробка електроконтакта, електроерозійна обробка, ультразвукова обробка | |
| Механічна обробка | Зміцнення вібрацією, фрикційно-зміцнююча обробка, дробеструйная обробка, обробка вибухом, термомеханічна обробка, прокатування, волочіння, редукування, термопластическая обробка |
Наплавлення легованого металу | Наплавлення газовим полум'ям, електричною дугою, плазмою, лазерним променем, пучком іонів | |
4. Зміцнення зміною енергетичного запасу поверхневого шару | Обробка в магнітному полі | Обробка: електроферомагнітна, в імпульсному магнітному полі |
5. Зміцнення зміною шорсткості поверхні
| Електрохімічне полірування | Занурення у ванну (у струмені електроліту) |
Обробка різанням | Шліфування, суперфінішування, хонінгування | |
Пластична деформація | Накатка, розкочування | |
6. Зміцнення зміною структури всього об'єму металу
| Термічна обробка при позитивних температурах | Гарт: світла, некрізна, крізна, ізотермічна, з самоотпуском, з підстуджуванням, з безперервним охолоджуванням і ступінчаста. Відпустка висока і низька |
Криогенна обробка | Гарт з обробкою холодом від температури гарту або охолоджування від нормальної температури, термоциклування |
При всій умовності такої класифікації вона дозволяє вибрати принципові напрями, процеси і методи зміцнюючої обробки залежно від вихідних вимог до працездатності виробу. У необхідних випадках нею можна скористатися як інструментом для створення нових, оригінальних технологічних процесів шляхом комбінування і переміщення методів і умов виконання відомих способів [4Евдокимов, с.7-9].
Дата добавления: 2019-09-02; просмотров: 313; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!