СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Министерство образования и науки Украины

Государственное высшее учебное заведение

«Приазовский государственный технический университет»

Кафедра металлургии и технологии сварочного производства

Алистратов В.Н.

ИЗУЧЕНИЕ МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ МАТЕРИАЛОВ С ПОМОЩЬЮ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

Методические указания

по выполнению лабораторной работы

по курсу «Триботехника»

для студентов направления подготовки 6.050504 «Сварка»

всех форм обучения

 

 

Мариуполь

2017

УДК 621.791.042 (077)

 

Изучение методов повышения износостойкости материалов с помощью химико-термической обработки: методические указания по выполнению лабораторной работы по курсу «Триботехника» для студентов направления подготовки 6.050504 «Сварка» всех форм обучения /сост.: В.Н. Алистратов – Мариуполь: ПГТУ, 2017. – 12 с.

 

      В лабораторной работе изучается классификация методов повышения износостойкости с помощью химико-термической обработки. 

 

Составители: В.Н. Алистратов, канд. техн. наук, доцент

 

 

Рецензент  А. Г. Белик, канд. техн. наук, доцент

 

 

Утверждено

на заседании кафедры металлургии и технологии

сварочного производства,

протокол №4 от 2 ноября 2016 г.

 

Утверждено

методической комиссиейфакультета

машинобудування та зварювання,

протокол № 10 от 10 января 2017 г.

 

 

© ГВУЗ «ПГТУ», 2017

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ.. 4

1 ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ... 4

2 КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ.. 4

3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ. 5

4 СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА.. 8

4 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ... 9

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ... 9

Приложение А.. 10

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Лабораторные работы по курсу «Триботехника» необходимы для закрепления теоретических знаний студентов, полученных при изучении лекционного материала. Выполнение экспериментальной части при проведении лабораторной работы даст возможность проанализировать полученные данные и подтвердить теоретические выкладки.

На лабораторную работу отводится 4 часа, т.е. два занятия. За это время студенты должны составить отчет, выполнить экспериментальную часть работы, получить и проанализировать результаты, а также защитить работу.

 

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ

 

Цель работы – изучить классификацию методов повышения износостойкости с помощью химико-термической обработки, а также методы повышения износостойкости:цементацию,азотирование,цианирование и СВС. 

Задачи:

- ознакомится с теоретическими сведениями об исследуемых процессах;

- изучить последовательность действий при исследованиях;

- провести анализ полученных данных.

 

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

 

   В машиностроении используют различные технологические методы обеспечения заданных параметров поверхностного слоя деталей с учетом заданных условий их эксплуатации: рабочих нагрузок, температуры нагрева, окружающей среды и продол­жительности физико-химического воздействия. Классификация основных технологических методов обработки поверхностного слоя деталей машин имеет следующий вид:

 

• Механические методы обработки.
• - Упрочнение поверхностным пластическим наклепом:
• обработка дробью, ультразвуковое поверхностное пластическое деформирование и пр.
• Термические методы обработки.
• - Объемная термическая обработка:
• закалка, отжиг и пр.
• - Поверхностная термическая обработка:
• закалка с применением распределенных источников тепла: нагревом газовым пламенем, токами высокой частоты и пр.
• закалка с применением концентрированных источников тепла: плазменная закалка, лазерная закалка и пр.
• Химико-термическая обработка.
• -  Диффузионное насыщение поверхностного слоя:
• цементация, азотирование, цианирование и пр.
• - Диффузионная металлизация:
•  алитирование, хромирование и пр.
• Ионно-лучевая обработка.
• - Ионное легирование и пр.
• Методы нанесения покрытий.
• - Химические методы:
• осаждение из растворов и расплавов, пиролиз летучих соединений в протоке и пр.
• - Физические методы:
• наплавка, напыление, плакирование, горячее металлопокрытие, погружение, окраска и пр.
• - Физико-химические методы:
• электрохимическое осаждение из растворов и расплавов: хромирование, никелирование, железнение, оксидирование и пр.  
• плазмо-химическое осаждение в вакууме и пр.    

  Химико-термической обработкой(ХТО) называется процесс из­менения химического состава, микроструктуры и свойств поверхностных слоев деталей. Изменение химического состава поверхностных слоев достигается в результате их взаимодействия с окружающей средой, твердой, жидкой или газообразной, в кото­рой осуществляют нагрев. В результате изменения химического состава поверхностного слоя изменяются также его фазовый состав и микроструктура.

  Основные параметры ХТО — температура нагрева и продолжительность выдержки. Основные процессы любого вида ХТО: диссоциация—абсорбция—диффузия.

Диссоциация— получение насыщающего элемента в более актив­ном, атомарном состоянии:   

2NH₃ = 2N + 3Н₂;

СН₄ = С + 2Н₂ и т. д.

Абсорбция— захват поверхностью детали атомов насыщающего элемента.

 Диффузия—перемещение захваченного поверхностью атома в глубь изделия.

 Наиболее широко распространены такие виды ХТО как:цементация,азотирование,цианирование и нитроцементация при которых поверхность деталей насыщается соответствено: углеродом, азотом, углеродом и азотом одновременно. После такой обработки в поверхностном слое изделий повышаются не только твердость и износостойкость, но также повышается (в случае насыщения азотом) и коррозионная стойкость.

  Диффузионной металлизацией называется ХТО, при которой поверхность деталей из стали и сплавов насыщается различными элементами: алюминием, хромом, кремнием и др. После такой обработки повышаются жаростойкость (окалиностойкость), износостойкость, коррозионная стойкость. Поскольку при насыщении поверхности стали другими металлами должны образовываться твердые растворы замещения, диффузионная металлизация всегда требует большой затраты времени.

Упрочняющие фазы появляются в структуре поверхностного слоя при изготовлении деталей, а также при определенных условиях в процессе эксплуатации. При изготовлении деталей упрочняющие фазы могут вводиться в поверхностный слой в готовом виде, а также образовываться при наплавке, напылении и других видах обработки.

При проведении ХТО деталей из стали и сплавов в  поверхностном слое деталей могут образовываться (синтезироваться) твердые и износостойкие фазы: металлоиды и интерметаллиды.

  Перспективным, быстро развива­ющимся научно-техническим направлением является самораспро­страняющийся высокотемпературный синтез тугоплавких неорга­нических соединений (СВС). Процесс основан на проведении химических реакций в порошковых СВС-смесях, протекающих с выделением большого количества тепла, и позволяет получать тугоплавкие и износостойкие материалы при минимальных за­тратах электроэнергии.

Температура горения таких систем, как правило, не превышает температуру плав­ления конечных продуктов (карбидов, боридов, силицидов, нитридов и т.д.), и поэтому методом С.В.С. обычно получают порошки или спеченные материалы.

 Но при горении высококалорийных многокомпонент­ных конденсированных систем, обеспечивающих высокие температуры процесса (превышающие температуры плавления продуктов реакций) возможно образование жидких тугоплавких продуктов. В этом случае под действием гравитационных сил (вследствие неравенства плотностей продуктов) обычно имеет место фазоразделение: тяжелая (металлическая) фаза оседает, а лег­кая (шлаковая) всплывает. Иногда, когда время фазоразделения больше времени остывания продуктов горения, выделения целевого продукта не происходит.

 СВС-смеси используются в промышленности для создания твердых сплавов, абразивного инструмента, жаро­стойких покрытий, легированных сталей. Применяются они в различных технологических процессах поверхностного упроч­нения деталей: методами поверхностного легирования отливок, газопламенного и плазменного напыления, нанесения упрочня­ющего слоя методом спекания, плазменного наплавления. Обра­зующиеся в результате СВС-реакции высокотвердые частицы карбидов, боридов и других соединений упрочняют поверхност­ный слой детали. Выделяющееся при этом тепло способствует диффузионному соединению поверхностного слоя с упрочняемой деталью.

  Обобщенную химическую схему СВС-процесса обычно пред­ставляют выражением :

 

     m        n  

     Σ a_i x_{i +} Σ b_j Y_{j = Z                                                                   (2.1)}

      I=1        j=1

где x_i= Ti , Та , Мo, W , Hf , Zr и тд;     

        Y_{j = В , С , N} , Si , Al и тд;

     _Z - бориды, карбиды, нитриды и другие соединения.

    

 Элементы Xпредставляют собой порошки металлов,  Y-неметаллы, используются в порошкообразном, жидком или газо­образном состоянии. Продукт _Z является тугоплавким и при температуре горения находится обычно в твердом состоянии. Элементы X играют роль горючего, элементы Y - роль окис­лителя. Металлы могут вводиться в виде соединений - карби­дов, силицидов, окислов, галогенидов.

На базе СВС развиваются сейчас различные комбинирован­ные процессы. Один из них представляет собой сочетание СВС и металлотермии.

 Возможны 2 схемы процесса:

 

А) Me X_m + Y   — Ме Y_п + Y X_k ;

 

Б) Me X_m +  Me¹ + X —    Me X ¹ _n + Me¹  X_k ;

      Где: Me X_m    - восстанавливаемое соединение;  

                Y - элемент - восстановитель и окислитель;  

               Me¹ - элемент-восстановитель;   

               Х - элемент-окислитель;

              Ме Y_п , Me X ¹ _n  - целевой про­дукт; 

               Y X _{k ,} Me¹  X_k - побочный продукт.

Примеры:

 

А) WO₃  + 3B = WB + В₂О₃

 

В) МоO₂ + 2Al + 2Si = MoSi₂ + Al₂O₃

 

  Сущность этого комбинированного процесса заключается в том, что металл, являющийся одним из реагентов в СВС-процессе, образуется в результате металлотермической реакции, которая предшествует СВС-процессу. Элементы-восстановители могут быть как одинаковыми, так и разными.

  Продуктами СВС-процесса могут быть такие соединения металлов II – VII групп периодической системы элементов, как карбиды, бориды, нитриды, силициды - в настоящее время полу­чено уже свыше 300 соединений, а также однофазные твердые растворы, многокомпонентные системы из соединений и химиче­ских элементов /твердые сплавы/. Изменяя условия горения СВС-смесей /температуру, давление, соотношение реагентов/ можно в широких пределах регулировать химический и фазовый состав по­лучаемых тугоплавких неорганических соединений.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ.

  3.1. Получить задание у преподавателя в соответствии со своим вариантом.

  3.2. Для выполнения индивидуального задания необходимо в информационном отделе библиотеки (комната №201) изучить соответствующий номер реферативного журнала. Из реферативного журнала «Технология машиностроения» из разделов «Химико-термическая обработка», «Металлические покрытия», «Неметаллические покрытия» - выписать 4 - 8 рефератов посвященных технологическим методам и материалам поверхностного слоя - способствующим повышению износостойкости.              

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

 

Отчет по лабораторной работе должен содержать следующие разделы:

- цель работы;

- краткие теоретические сведения;

-.результаты работы с реферативным журналом и их анализ;

- выводы.

Отчет оформляется в соответствии с ГОСТ 3008-95.

 

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

 

· Дайте классификацию технологических методов обработки.

· Какие методы относятся к группе химико-термических методов обработки?

· Что такое цементация, азотирование, цианирование?

· Что такое самораспро­страняющийся высокотемпературный синтез тугоплавких неорга­нических соединений?

· Каким видам химико-термических методов обработки посвящена информация реферативного журнала?

· Каким материалам способствующим повышению износостойкости посвящена информация реферативного журнала?

 

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Сулима А.М. Поверхностный слой и эксплуатационные свойства деталей машин./ А.М. Сулима, А.Б. Шулов, Ю.Д. Ягодкин. – М.: Машиностроение, - 1988. - 240 с.

2. Тененбаум М.М. Износостойкость конструкционных материалов и деталей машин./ М.М. Тененбаум. – М.: Машиностроение, - 1966. - 332 с.

---

Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 178; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!