Зміст
Вступ
Розділ 1. Напрями зміцнення сталей і сплавів
1.1 Концепція високоміцного стану
1.2 Механізми зміцнення
1.3 Класифікація методів зміцнення металів
Розділ 2. Технології поверхневого зміцнення сталевих виробів
2.1 Зміцнення поверхні методом пластичної деформації
2.2 Поверхневе гартування
2.3 Хіміко-термічна обробка сталі
2.3.1 Загальні відомості
2.3.2 Цементація сталі
2.3.3 Азотування сталі
2.3.4 Ціанування сталі
2.3.5 Дифузійна металізація
Розділ 3. Перспективні технології поверхневого зміцнення
3.1 Високоенергетичне хімічне модифікування поверхневих шарів сталевих виробів
3.2 Плазмове поверхневе зміцнення
Висновки
Список використаної літератури
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.
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].
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]
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].