Азотирование

Задание №3

 

Азотирование — это процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стали азотом для придания этому слою высокой твердости, износостойкости и устойчивости против коррозии. Процесс азотирования состоит в выдержке в течение довольно длительного времени (до 60 часов) деталей в атмосфере аммиака при температуре 500—600°С. Аммиак при нагреве разлагается на азот и водород:

NH₃ →ЗН + N.

Активные атомы азота  проникают в решетку железа и  диффундируют в ней. При этом образуются нитриды железа, но они не обеспечивают достаточной твердости. Высокую твердость азотированному слою придают нитриды легирующих элементов, таких как хром, молибден, алюминий, титан.Поэтому азотированию подвергают легированные стали, содержащие указанные элементы, например, 35ХМОА, 18ХГТ, 40Х и др. Углеродистые стали подвергают только антикоррозионному азотированию. Азотированию подвергают готовые изделия, уже прошедшие механическую и окончательную термическую обработку (закалку с высоким отпуском). Они имеют высокую прочность и вязкость, которые сохраняются в сердцевине детали и после азотирования. Высокая прочность металлической основы необходима для того, чтобы тонкий и хрупкий азотированный слой не продавливался при работе детали. Глубина азотированного слоя составляет 0,3—0,6 мм. Высокая твердость поверхностного слоя достигается сразу после азотирования и не требует последующей термической обработки.

Преимущества азотирования по сравнению с цементацией:

— более высокая твердость  и износостойкость поверхностного слоя;

— сохранение высоких свойств поверхностного слоя при нагреве до 400—600°С;

— высокие коррозионные свойства;

— после азотирования не требуется закалка.

Недостатки азотирования по сравнению с цементацией:

— более высокая длительность процесса;

— применение дорогостоящих легированных сталей.

Поэтому азотирование применяют для  более ответственных деталей, от которых требуется особо высокое  качество поверхностного слоя. Азотированию подвергают детали автомобилей: шестерни, коленчатые валы, гильзы, цилиндры и  др.

Задание №4

 

Сплав Д1 - относится к системе Al - Cu - Mg - Mn . Он упрочняется термической обработкой. Сплав хорошо обрабатывается в холодном и горячем состояниях. Температурный интервал горячей деформации 310-470 ° C. Охлаждение после горячей деформации на воздухе. Прессованные профили имеют пониженную коррозионную стойкость. Сплав хорошо сваривается точечной сваркой. Профили из сплава Д1 могут поставляться в закаленном и естественно состаренном, а так же в отожженном состояниях.

 

Марка: Д1	Класс: Алюминиевый деформируемый сплав
Использование в промышленности: для лопастей винтов, узлов креплений, строительных конструкций и т.д.

 

 

Химический состав в % сплава Д1
Fe	до 0,7
Si	до 0,7
Mn	0,4 - 0,8
Ni	до 0,1
Ti	до 0,1
Al	91,6 - 95,4
Cu	3,8 - 4,8
Mg	0,4 - 0,8
Zn	до 0,3

 

 

Удельный вес: 2700 кг/м3  Твердость материала: HB 10 -1 = 95 МПа  Закалка дуралюмина Д1:проводится при 495-510 °С (все виды полуфабрикатов), старение при 20 °С более 96 часов

 

 

 

 

 

 

Механические свойства сплава Д1 при Т=20oС
Прокат	Толщина или  диаметр, мм	E, ГПа	G, ГПа	σ-1, ГПа	σв, (МПа)	σ0,2, (МПа)	δ5, (%)	ψ, %	σсж, МПа	KCU, (кДж/м2)	KCV, (кДж/м2)
Пруток	до 50	72	27			260
Профиль прессованный	до 10				360	220	12
Профиль прессованный	свыше 20				410	250	10

 

 

 

 

Механические свойства сплава Д1 при низких температурах
Прокат	T испытания	σв, (МПа)	σ0,2, (МПа)	δ5, (%)	ψ, %
Штамповка закаленная и состаренная, все размеры	20  -70  -196	460  460  580	280  310  380	21  25  23

 

 

 

 

Физические свойства сплава Д1
T (Град)	E 10- 5 (МПа)	a 10 6 (1/Град)	l (Вт/(м·град))	r (кг/м3)	C (Дж/(кг·град))	R 10 9 (Ом·м)
20	0.72			2800		54
100		22.9	130		922

 

 

Характеристика дуралюминия Д1: сплав системы Аl—Сu—Mg. Дуралюмин Д1, упрочняется термической обработкой; характеризуется хорошим сочетанием прочности и пластичности.

Дуралюмины хорошо свариваются  точечной сваркой и практически  не свариваются плавлением из-за высокой  склонности к трещинообразованию.

Сплав Д1 в искусственно состаренном состоянии имеет улучшенную коррозионную стойкость, которая не снижается при повышенных температурах эксплуатации деталей, и более высокие значения σ_0,2 и σ_В. 

 

Задание №5

 

Металлокерамика — искусственный  материал, представляющий собой гетерогенную композицию металлов или сплавов  с неметаллами.

Другие названия: керметы, керамико-металлические  материалы, спеченные антифрикционные  материалы.

Металлокерамики объединяют важные конструкционные  и эксплуатационные свойства металлов и неметаллов. Они отличаются большой  прочностью, высокими износо- и теплостойкостью, антикоррозионными свойствами. Применяются в качестве антифрикционных или защитных покрытий деталей и самостоятельных конструкционных материалов в авиастроении, автомобилестроении, транспортном и химическом машиностроении, электроприборостроении, турбостроении и других отраслях промышленности.

Состав

Металлическая фаза металлокерамических  материалов может содержать Cr, Ni, Al, Fe, Со, Ti, Zr и их сплавы. К керамической фазе относят оксиды, карбиды, бориды, силициды, нитриды и углерод. Содержание керамической составляющей в металлокерамике в зависимости от ее типа изменяется в широких пределах от 15 до 85%.

 

2. Способы получения  и применение 

Чаще всего понятие  металлокерамика связывают с  порошковой металлургией. Здесь металлокерамику получают прессованием заготовок из порошков с последующим их спеканием. Так производят твердые металлокерамические материалы, используемые для обработки металлов резанием и для бурения горных пород. Другим примером металлокерамики, полученной спеканием порошков смеси железа и графита, могут служить пористые самосмазывающиеся подшипники, материал которых после спекания пропитывают маслом.

Методом газотермического напыления частиц порошка получают металлокерамические покрытия для защиты поверхностей деталей от износа и коррозии при производстве деталей. Этот же метод формирования металлокерамического покрытия используется для ремонта при восстановлении размеров изношенных деталей.

Металлокерамическое покрытие также получают на смазываемых металлических деталях при ревитализации механизмов. В масло, используемое в механизме, например в трансмиссионное масло редуктора, вносят специальное вещество – ревитализант. Ревитализант под действием контактных нагрузок, формирует на поверхностях зубчатых колес, подшипников металлокерамическое покрытие. Покрытие одновременно упрочняет и восстанавливает изношенные трущиеся поверхности, увеличивает ресурс.

Тонкопленочную металлокерамику  получают методом термического испарения  металла или сплава в вакууме и конденсации его паров на поверхности пластинки. Примером может служить микрокомпозиция Cr — SiO, используемая при изготовлении тонкопленочных резисторов.

Металлокерамические материалы  подразделяются на:

— пористую металлокерамику, имеющую остаточную пористость в пределах 15—50 % (антифрикционные и «потеющие» материалы, фильтры);

— компактную металлокерамику — магнитные, фрикционные и электротехнические материалы.

Антифрикционные металлокерамические материалы имеют в своем составе графит и другие компоненты, выполняющие роль смазки. Эти материалы используют для изготовления втулок подшипников скольжения, применяемых в автомобильной, авиационной и других отраслях промышленности.

Фильтры изготовляют из порошков железа, бронзы, никеля, коррозионно-стойкой стали и других материалов. Они имеют пористость не менее 50 %. Металлокерамические фильтры применяют для очистки топлива в двигателях автомобилей, для очистки воздуха и различных жидкостей.

«Потеющие» металлокерамические материалы предназначаются для охлаждения за счет испарения хладагента через поры. Их изготовляют из порошков коррозионной стали, никеля, вольфрама, титана и др.

Фрикционные металлокерамические материалы представляют собой сложные композиции на основе меди и железа. В состав этих материалов входят компоненты, служащие в качестве смазки и предохраняющие материал от износа (свинец, графит и т. п.), а также компоненты, придающие материалу высокие фрикционные свойства (асбест, кварцевый песок, тугоплавкие металлические соединения и т. д.). Фрикционные металлокерамические материалы имеют повышенную хрупкость и низкую прочность. Поэтому изделия из них, как правило, состоят из стальной основы с нанесенным на нее слоем фрикционной металлокерамики. Такие материалы применяют в узлах сцепления и торможения автомобилей.

Магнитные металлокерамические материалы подразделяют на:

— магнитно-мягкие (ферриты), изготовляемые из порошков окислов  железа;

— магнитно-твердые (постоянные магниты) металлокерамические сплавы на основе железа, легированного алюминием, никелем, медью, кобальтом и подвергаемые дополнительной термической обработке;

— магнитодиэлектрики, представляющие собой композиции магнитных и  изоляционных материалов.

Электротехнические металлокерамические материалы изготовляют из смеси порошков тугоплавких металлов (Mo, Co, Ni, W) с медью и серебром. Тугоплавкие металлы определяют механические свойства изделия, а легкоплавкие — служат наполнителем и придают материалам высокую электропроводимость.

Металлокерамические электрические  контакты применяют в магнитных пускателях, тепловых реле и реле особо тяжелого режима, регуляторах напряжения, аппаратуре управления, преобразователях тока и т. д.

Список использованной литературы

 

1. Материаловедение: Учебник для ВУЗов. / Под ред. Арзамасова Б.Н. – М.: МГТУ им. Баумана, 2008.

 

2. Материаловедение  и технология конструкционных  материалов. Учебник для ВУЗов  / Ю.П. Солнцев, В.А. Веселов,  В.П. Демьянцевич, А.В. Кузин,  Д.И. Чашников. – 2-е изд., перер., доп. – М. МИСИС, 2006. – 576с.

 

3. Справочник по конструкционным материалам. / Под ред. Арзамасова Б.Н. – М.: МГТУ им. Баумана, 2009.

 

4. Ржевская С.В. Материаловедение: Учебник для ВУЗов. – М.: Университетская книга Логос, 2006.

 

5. Технология  конструкционных материалов. Учебник  для студентов машиностроительных специальностей ВУЗов в 4 ч. Под ред. Д.М. Соколова, С.А. Васина, Г.Г Дубенского. – Тула. Изд-во ТулГУ. – 2007

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Краткие обозначения:
σв	- временное сопротивление  разрыву (предел прочности при  растяжении), МПа		ε	- относительная осадка при появлении первой трещины, %
σ0,05	- предел упругости,  МПа		Jк	- предел прочности  при кручении, максимальное касательное  напряжение, МПа
σ0,2	- предел текучести  условный, МПа		σизг	- предел прочности  при изгибе, МПа
δ5,δ4,δ10	- относительное удлинение после разрыва, %		σ-1	- предел выносливости  при испытании на изгиб с  симметричным циклом нагружения, МПа
σсж0,05 иσсж	- предел текучести  при сжатии, МПа		J-1	- предел выносливости  при испытание на кручение  с симметричным циклом нагружения, МПа
ν	- относительный сдвиг, %		n	- количество циклов  нагружения
sв	- предел кратковременной  прочности, МПа		R иρ	- удельное электросопротивление, Ом·м
ψ	- относительное сужение, %		E	- модуль упругости  нормальный, ГПа
KCU иKCV	- ударная вязкость, определенная на образце с концентраторами соответственно вида U и V, Дж/см2		T	- температура, при  которой получены свойства, Град
sT	- предел пропорциональности (предел текучести для остаточной  деформации), МПа		l иλ	- коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала), Вт/(м·°С)
HB	- твердость по Бринеллю		C	- удельная теплоемкость  материала (диапазон 20o - T ), [Дж/(кг·град)]
HV	- твердость по Виккерсу		pn иr	- плотность кг/м3
HRCэ	- твердость по Роквеллу, шкала С		а	- коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20o - T ), 1/°С
HRB	- твердость по Роквеллу, шкала В		σtТ	- предел длительной  прочности, МПа
HSD	- твердость по Шору		G	- модуль упругости  при сдвиге кручением, ГПа