Строение металлов

     Азотированию  подвергают  среднеуглеродистые  легированные стали,  которые  приобретают  высокую  твердость  и  износостойкость при  азотировании  (одновременное  присутствие алюминия,  хрома  и молибдена  позволяет  повысить  твердость  азотированного  слоя  до 1200 НV – сталь 38Х2МЮА).

     Технологический  процесс  азотирования  предусматривает  проведение нескольких операций. 

•  Предварительная  термическая обработка заготовки. Эта операция

состоит  из  закалки  и  высокого  отпуска  стали  для  получения  по-

вышенной прочности  и вязкости в сердцевине изделия. Структура 

стали после  отпуска – сорбит отпуска.

•  Механическая  обработка  деталей,  а  также  шлифование,  которое 

придает окончательные размеры детали.

•  Защита участков, не подлежащих  азотированию.

•  Азотирование.

•  Окончательное  шлифование или доводка изделия.

     Азотирование  является  длительным  процессом  и  для  его  ускорения проводят двухступенчатый процесс: сначала азотирование проводят при 500 – 520° С, а затем при 540 – 560°C. Также существуют ионное   азотирование,   азотирование   в   жидких   средах   (тенифер-процесс) и азотирование в кипящем слое.

 

Рис.102. Участок  диаграммы состояния Fe-N 

7. Лёгкие сплавы.

  

    Современная промышленность нуждается в легких сплавах высокой прочности, обладающих хорошими высокотемпературными механическими свойствами. Основными металлами легких сплавов служат алюминий, магний, титан и бериллий.

     Алюминиевые сплавы. К ним относятся литейные сплавы (Al – Si), сплавы для литья под давлением (Al – Mg) и самозакаливающиеся сплавы повышенной прочности (Al – Cu).           Алюминиевые сплавы экономичны, легкодоступны, прочны при низких температурах и легко обрабатываемы (они легко куются, штампуются, пригодны для глубокой вытяжки, волочения, экструдирования, литья, хорошо свариваются и обрабатываются на металлорежущих станках). К сожалению, механические свойства всех алюминиевых сплавов начинают заметно ухудшаться при температурах выше приблизительно 175° С. Но благодаря образованию защитной оксидной пленки они проявляют хорошую коррозионную стойкость в большинстве обычных агрессивных сред. Эти сплавы хорошо проводят электричество и тепло, обладают высокой отражательной способностью, немагнитны, безвредны в контакте с пищевыми продуктами (поскольку продукты коррозии бесцветны, не имеют вкуса и нетоксичны), взрывобезопасны (поскольку не дают искр) и хорошо поглощают ударные нагрузки. Благодаря такому сочетанию свойств алюминиевые сплавы служат хорошими материалами для легких поршней, применяются в вагоно-, автомобиле- и самолетостроении, в пищевой промышленности, в качестве архитектурно-отделочных материалов, в производстве осветительных отражателей, технологических и бытовых кабелепроводов, при прокладке высоковольтных линий электропередачи.

     Все  алюминиевые  сплавы  делятся  на   две   группы,   применяемые   в деформированном виде (прессованном, катаном, кованом ) и на  применяемые в литом виде. Границу между этими двумя  группами  сплавов  определяет  предел насыщения твердого раствора при эвтектической температуре. 

   Классификация деформируемых алюминиевых сплавов.

    По  физико-химическим  и  технологическим   свойствам  все  деформируемые алюминиевые сплавы можно разделить на следующие группы:

    1) малолегированные  и термически не упрочненные  сплавы;

    2) Сплавы, разработанные на базе  систем:  Al-Mg-Si,  :  Al-Mg-Si-Cu-Mn

       (АВ, АК6, АК8);

    3) Сплавы  типа дуралюмин  (Д1, Д6, Д16 и др);

    4) Сплавы, разработанные на базе системы: Al-Mg-Ni-Cu-Fe (АК2, АК4, АК4-

       1);

    5) Сплавы  типа В95,  обладающие  наибольшей  прочностью  при  комнатной

       температуре. 

    Малолегированные и термически не упрочненные сплавы

    Наиболее  типичными сплавами, отнесенными к этой группе, являются сплавы группы магналий и АМц.

   Эти сплавы  отличаются  наиболее  высокой коррозионной  стойкостью  и

пластичностью.

    Упрочнение  этих сплавов достигается   нагартовкой.  Они  нашли   наиболее широкое  применение  в   виде   листового   материала,   используемого   для изготовления сложных  по  конфигурации  изделий,  получаемых  путем  горячей штамповки, глубокой вытяжке и прокатки.

    Из  этих же сплавов  путем   прессования  изготовляются   трубы.  Листовые материалы типа магналия обычно подвергаются  точечной  электросварке,  тогда как для марганцовистых материалов можно применять любой вид сварки.

    Эти  сплавы  характеризуются  сравнительно  невысокой  прочностью  (  не намного превосходящей прочность алюминия.

    Марганец, в отличие от  остальных   элементов   не  только  не  ухудшает коррозионной стойкости алюминиевого сплава, но даже несколько  повышает  ее. Магний  является  полезным  легирующим  элементом.   Не   считая   повышения коррозионного сопротивления,  магний  уменьшает  удельный  вес  алюминиевого сплава  (  так  как  он  легче  алюминия),  повышает  прочность,  не  снижая

пластичности. Поэтому  алюминиевые сплавы получили  рспространение  ка  более прочные и легкие, чем чистый алюминий. 

   Сплавы, разработанные на базе систем: Al-Mg-Si, : Al-Mg-Si-Cu-Mn

    Приведенные  ниже таблицы показывают , что  группа сплавов АВ,  АК6,  АК8 по  химическому  составу  значительно  отличается  как   от   сплавов   типа дуралюмин, , так и сплавов типа АК2  иАК4.

    Сплавы  АВ относятся к  малолегированным  сплавам  ,  но  применяются   в термообработанном состоянии. Основным упрочнителем их является  фаза  Mg2Si, а также фаза CuAl2.

    Добавка   марганца  и  хрома  способствует   измельчению   структуры   и некоторому повышению температуры рекристаллизации.

    По  прочности сплавы АВ несколько   уступают  сплавам  типа  дуралюмин   и сплавам АК6, АК8 , а по пластичности превосходят последние.

    Сплавы  типа авиаль нашли наиболее  широкое применение  для  изготовления различных весьма сложных по форме полуфабрикатов, получаемых  путем  горячей штамповки, ковки, глубокой вытяжки и прокатки. 

    Сплавы типа дуралюмин

    Наиболее  типичным представителем сплавов  типа дуралюмин является  сплав Д1.

    К  этой же группе относятся сплавы Д6, Д16 и др. Следует  отметить,  что сплавы  Д6  и  Д16  обладают  более  высокой  прочностью  ,  чем  сплав  Д1. Большинство сплавов типа дуралюмин применяется в  закаленном  и  естественно состаренном состоянии. Все эти сплавы имеют наибольшее  распространение  для изготовления труб, прутков, профилей и листов.

    По  своей природе сплавы ДЗП и  Д18П также относятся к числу  сплавов типа дуралюмин  ,  но  они  менее  легированы   и   отличаются   весьма   высокой пластичностью.  Поэтому  сплавы  Д3П  и  Д18П  нашли  широкое  применение  в основном, для изготовления заклепок. 

    Сплавы, разработанные на базе системы: Al-Mg-Ni-Cu-Fe

    К  этой группе относятся прежде  всего сплавы АК3, АК4, АК4-1, которые  по фазовому составу, следовательно и по свойствам, резко отличаются от  сплавов типа дуралюмина.

    Эти  сплавы  нашли  наиболее  широкое   применение  для  ковки  штамповки поршней, картеров и др. деталей, работающих при повышенных температурах.

    Из  сплавов  АК4,  АК4-1  изготавливают  детали   колес   компрессоров, воздухозаборников, крыльчатки мощных вентиляторов, лопасти и другие  детали, работающие при повышенных температурах. 

  Сплавы типа В95, обладающие наибольшей прочностью при комнатной температуре.

    Из  всех деформируемых сплавов наибольшую плотность  имеют  сплавы  В95, хотя этим сплавам присущи следующие недостатки:

    1. Пониженная  пластичность;

    2. Повышенная  чувствительность к коррозии  под напряжением;

    3. Большая  чувствительность к повторным   нагрузкам  и  действию  острых

       надрезов, чем у сплава типа  дуралюмин;

    4. Склонность  к резкому снижению прочностных  характеристик с повышением

       температуры выше 1400С.

    Сплав  В95 применяется  в виде прессованных  профилей, прутков, различных штамповок. Все эти полуфабрикаты поставляются как в отожженном,  так и в закаленном и искусственно состаренном состояниях.

    Сплавы  типа В95  путем  термической   обработки  получают  упрочнение  в большей мере, чем другие алюминиевые сплавы.

    Время  выдержки как при температуре закалки,  так и при искусственном старении может  резко  изменяться  в  зависимости  от  толщины  и  структуры сплава.

    Эти  сплавы после  закалки  получают  значительное  упрочнение,  но  еще сохраняют достаточно высокую пластичность, благодаря чему поддаются  хорошей деформации. Поэтому  способом  штамповки  или  выколотки  из  полуфабрикатов свежезакаленного состояния можно получать детали за одну операцию.

    Необходимо  учитывать,  что  деформирование,  выполненное  в   процессе естественного  старения,  у  многих  сплавов   вызывает   снижение   предела прочности на 2 кГ/мм2 по сравнению  с  пределом  прочности,  получаемым  при старении сплавов после  деформирования.  Поэтому  рекомендуется  производить деформирование сплавов Д1 только в свежезакаленном  состоянии  в  течение  2 час. После закалки, а сплавов Д6 и Д16 в течение 30 мин.

                                                                

 Таблица.

         Типичный химический состав и  области применения алюминиевых

                            деформируемых сплавов

|Марка |Номинальный  химический состав в  % |Состояние    |Типичные       |

|сплава|(алюминий  – остальное)             |поставки     |полуфабрикаты  и|

|      |                                   |             |области        |

|      |                                   |             |применения     |

|      |Cu |Mg  |Mn  |Ni |Fe  |Si  |Ti  |             |               |

|АМц   |-  |-   |1,4 |-  |-   |-   |-   |Отожженные  и |Листы, трубы,  |

|      |   |    |    |   |    |    |    |полу-нагартов|прутки и другие|

|      |   |    |    |   |    |    |    |анные        |полуфабрикаты, |

|      |   |    |    |   |    |    |    |             |применяемые в  |

|      |   |    |    |   |    |    |    |             |сварных        |

|      |   |    |    |   |    |    |    |             |конструкциях   |

|АМг   |-  |2,5 |0,25|-  |-   |-   |-   |Отожженные  и |То же          |

|      |   |    |    |   |    |    |    |полу-нагартов|               |

|      |   |    |или |   |    |    |    |анные,       |               |

|      |   |    |Cr  |   |    |    |    |нагартованные|               |

|АМг3  |-  |3,5 |0,45|-  |-   |0,65|-   |То же        |-              |

|Амг5  |-  |5,0 |0,45|-  |-   |-   |-   |Отожженные  и |Листы, трубы,  |

|      |   |    |    |   |    |    |    |полу-нагартов|прутки, профили|

|      |   |    |    |   |    |    |    |анные,       |               |

|      |   |    |    |   |    |    |    |нагартованные|               |

|      |   |    |    |   |    |    |    |,            |               |

|      |   |    |    |   |    |    |    |горячепрессов|               |

|      |   |    |    |   |    |    |    |анные        |               |

|Д1    |4,3|0,6 |0,6 |-  |-   |-   |-   |Отожженные , |То же          |

|      |   |    |    |   |    |    |    |закаленные  и |               |

|      |   |    |    |   |    |    |    |естественно  |               |

|      |   |    |    |   |    |    |    |состаренные |               |

|Д6    |4,9|0,8 |0,8 |-  |-   |-   |-   |То  же        |-              |

|Д16   |4,4|1,5 |0,6 |-  |-   |-   |-   |-            |-              |

|В95   |1,7|2,2 |0,4 |Zn |Cr  |-   |-   |Отожженные , |Листы, трубы,  |

|      |   |    |    |6,0|0,2 |    |    |закаленные и |прутки, профили|