Влияние химико-термической обработки на износостойкость чугуна
Исследование структуры и свойств серого и высокопрочного чугуна после карбонитрации. Ознакомление с причинами высокого содержания хрома, кремния и марганца в поверхностном слое. Анализ распределения элементов в поверхностном слое после карбонитрации.
Рубрика | Производство и технологии |
Вид | статья |
Язык | русский |
Дата добавления | 17.06.2018 |
Размер файла | 283,8 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
2 |
Труды университета |
Влияние химико-термической обработки на износостойкость чугуна
УДК 621.794.015
О.А. Шарая, А.А. Кусжанова
В настоящее время все более актуальной становится задача разработки металлических материалов для машиностроения, нефтегазовой отрасли с качественно новыми свойствами.
Эта задача решается на основе комплексного подхода, объединяющего принципы формирования химического состава материала и затем структуры путем разработки технологических процессов его упрочняющей обработки.
Среди упрочняющих технологий особое место занимают физико-химические способы воздействия на поверхность материала, так как ее состояние во многом определяет уровень прочности и эксплуатационные свойства деталей машин.
В большинстве случаев именно поверхность изделия подвергается повышенному износу, контактным нагрузкам и в большей степени разрушается вследствие коррозии.
Получение упрочненных поверхностных слоев достигается путем целенаправленного формирования заданного структурного состояния металла методами химико-термической обработки.
Процессы модифицирующего воздействия на поверхность вызывают изменение структуры и фазового состава поверхностного слоя, это помогает получить новые свойства.
На основании процессов упрочняющей обработки для изделий из стали и чугуна наиболее перспективными являются:
1) технологии внутреннего насыщения элементами внедрения, например, азотирования, карбонитрации;
2) плазменная и лазерная обработка, за счет формирования развитой дислокационной структуры, субструктуры, сверхмелкого зерна;
3) комбинированные способы поверхностного упрочнения, когда формируется структура, обеспечивающая включение максимального числа упрочняющих механизмов.
В работе исследовались структура и свойства серого и высокопрочного чугуна после карбонитрации.
Карбонитрация - это химико-термическая обработка, при которой происходит одновременное насыщение поверхности изделий азотом и углеродом из неядовитых расплавов циановокислых солей.
Сущность метода заключается в том, что инструмент и детали машин подвергают нагреву в расплавах циановокислых солей при температурах 540-580 °С с выдержкой инструмента от 5 до 40 мин, деталей машин от 1 до 3 часов.
В жидком состоянии компоненты взаимно растворяются, эвтектика состава 8 вес.% K2CO3 и 92 вес.% KCNO кристаллизуется при температуре 308 °С. Для карбонитрации при температурах 540-580 0С могут применяться расплавы, содержащие от 0 до 30 % K2CO3 и от 100 до 70 % KCNO.
По данным Д.А. Прокошкина, наиболее целесообразно использовать ванну состава 75-80 % цианата калия и 15-20 % карбоната калия (поташа).
При большем содержании поташа он выпадает в виде твердой фазы, расплав загустевает и становится непригодным для использования [1].
При температурах ведения процесса карбонитрации цианат калия вступает в химическое взаимодействие с кислородом воздуха:
2KCNO + O2 - K2CO3 + CO +2Nат. (1)
с образованием окиси углерода и атомарного азота. Окись углерода диссоциирует на поверхности металла по реакции:
2СО- СО2 + С(2)
с выделением активного углерода.
Процесс карбонитрации получил широкое распространение для упрочнения металлорежущего инструмента из быстрорежущих сталей.
Структура и свойства чугуна после карбонитрации в настоящее время еще недостаточно изучены, а характер взаимодействия при химико-термической обработке во многом зависит от материала изделия.
Объектом исследований явились образцы из серого СЧ 25 и высокопрочного ВЧ 60 чугуна после карбонитрации.
На поверхности располагается темная зона, за которой следует нетравящийся светлый слой, отделенный видимой границей от матрицы. Включения графита, пронизывая весь слой, выходят на поверхность.
В процессе карбонитрации происходит насыщение азотом, углеродом, а также кислородом чугуна - многокомпонентного сплава на основе железа с содержанием кремния, марганца, хрома, титана, углерода в химически связанном и свободном состоянии - в виде графита.
Взаимодействие между элементами, входящими в состав чугуна и насыщающими компонентами при карбонитрации, имеет сложный характер, зависящий от термодинамической активности элементов.
Изучение распределения элементов в поверхностном слое чугуна после карбонитрации проводили микрорентгеноспектральным методом на установках «ЕМАХ-8500Е» и «Сamebax-MBX».
Кривые интенсивности распределения легирующих элементов по глубине карбонитрированного слоя при сканировании электронным зондом вдоль линии приведены на рисунке.
Максимумы на кривых свидетельствуют о некотором обогащении поверхностного слоя чугуна кремнием, хромом и марганцем при одновременном уменьшении содержания в нем железа.
Более высокое, по сравнению с матрицей чугуна, содержание хрома, кремния и марганца в поверхностном слое связано с большей, чем у железа термодинамической активностью этих элементов по отношению к азоту, углероду и кислороду.
В работе проводили сравнительные испытания образцов на износостойкость после различных видов ХТО.
Из большого числа применяющихся в настоящее время для изделий из чугуна способов ХТО были выбраны нитроцементация и «жидкостное азотирование», как наиболее близкие к предлагаемому методу карбонитрации.
Нитроцементацию осуществляли в газовой смеси аммиака и экзогаза при температуре 590 °С в течение 6 час.
Насыщение образцов при «жидкостном азотировании» проводили в соли при температуре 570 °С в течение 2 час.
Более высокую износостойкость чугуна после карбонитрации по сравнению с нитроцементацией, особенно при больших нагрузках, можно объяснить большей пластичностью карбонитрированного слоя, а также хорошей прирабатываемостью трущихся поверхностей [2].
Нитроцементацию осуществляли в газовой смеси аммиака и экзогаза (состав: СО2 - 0,7%, Н2 - 19,4%, СО - 1,4% и О2 - 0,8%) при температуре 590 °С в течение 6 час. чугун карбонитраци хром кремний
Насыщение образцов при «жидкостном азотировании» проводили в соли АСГ - І (ТУ 6-03-29-5-7) при температуре 570 °С в течение 2 час.
Партию поршневых колец автомобиля ЗАЗ-968 карбонитрировали в специально изготовленной оправке при температуре 560 °С в течение 3 часов.
Стендовые и дорожные испытания показали увеличение их износостойкости в 2,6 раза по сравнению с неупрочненными.
Распределение элементов в поверхностном слое после карбонитрации
Список литературы
1. Прокошкин Д.А. Химико-термическая обработка - карбонитрация. М.: Машиностроение, Металлургия, 1984.240с.
2. Шарая О.А., Дахно Л.А., Шарый В.И. Упрочнение изделий из чугуна методом карбонитрации // Материалы 9-й Международной практ. конф. «Технологии ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки». СПб.: Изд-во политехнического ун-та. Ч.2. 2007.С. 300-304.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Термическая обработка чугуна: понятие и виды. Микроструктура и свойства сталей после химико-термической обработки: цементация и азотирование. Зависимость твердости от содержания углерода по глубине цементованного слоя. Распределение азота по толщине слоя.
реферат [541,9 K], добавлен 26.06.2012Чугун и его свойства, управления свойствами серого чугуна. Возможные методы получения заготовки из чугуна. Понятие и виды метода литья. Совокупность операций по выполнению детали. Комплекс операций нагрева и охлаждения для термической обработки сплава.
курсовая работа [2,4 M], добавлен 01.10.2014Характеристика чугуна как железоуглеродистого сплава, содержащего 2 % углерода. Классификация чугуна по металлической основе и форме графитовых включений. Физические особенности структура разновидностей чугуна: белого, серого, высокопрочного, ковкого.
реферат [1,0 M], добавлен 13.06.2012Чугун - сплав железа с углеродом, дешевый машиностроительный материал. Основные физические и химические свойства серого чугуна. Применение в машиностроении для отливок деталей. Влияние на свойства чугуна примесей: кремния, марганца, серы и фосфора.
реферат [15,5 K], добавлен 07.03.2011Выбор плавильного агрегата - индукционной тигельной печи с кислой футеровкой. Подготовка и загрузка шихты. Определение необходимого количества хрома, феррохрома и марганца. Модифицирование высокопрочного чугуна и расчет температуры заливки металла.
практическая работа [21,6 K], добавлен 14.12.2012Расчет плавильного отделения, технологический процесс выплавки чугуна в печи. Программа формовочного и стержневого отделений. Очистка отливок в галтовочном барабане периодического действия. Контроль процесса литья. Модифицирование серого чугуна.
дипломная работа [5,3 M], добавлен 01.02.2012Обработка поверхностей инструментальной оснастки лазерным излучением. Структурные составляющие модифицированного слоя легированных сталей. Изменение скорости лазерной обработки поверхностного слоя. Распределение микротвердости в поверхностном слое.
статья [602,6 K], добавлен 29.06.2015Механические свойства строительных материалов: твердость материалов, методы ее определения, суть шкалы Мооса. Деформативные свойства материалов. Характеристика чугуна как конструкционного материала. Анализ способов химико-термической обработки стали.
контрольная работа [972,6 K], добавлен 29.03.2012Описание разработанной конструкции, определение распределения усилия между рабочими и опорными валками, изгибающих моментов и нормальных напряжений, запасов прочности. Контактное напряжение и деформация в поверхностном слое, расчет подшипников в опорах.
курсовая работа [662,2 K], добавлен 04.05.2010Характеристика фасонных частей из высокопрочного чугуна и условия их эксплуатации. Выбор режимов резки и оборудования. Разработка конструкции приспособлений для резки. Режим работы и фонд рабочего времени. Расчет технологической себестоимости заготовки.
дипломная работа [6,8 M], добавлен 26.10.2011