Урок по материаловедению тема: Химико- термическая обработка
презентация к уроку на тему

Слайд 1

Дисциплина : Материаловедение Химико – термическая обработка

Слайд 2

Цель занятия: 1.Повторить основные понятия из темы «Термическая обработка» 2. Изучить : сущность химико - термической обработки стали. виды химико-термической обработки и диффузионной металлизации.

Слайд 3

Вопрос 1 Определение : «Термическая обработка стали» ? Термической обработкой стали называют совокупность операций нагрева, выдержки и охлаждения твердых металлических сплавов с целью получения заданных свойств за счет изменения внутреннего строения и структуры

Слайд 4

Вопрос 2 Назовите основные факторы термической обработки ? температура время скорость нагрева и охлаждения

Слайд 5

Вопрос 3 Назовите виды термической обработки металлов ? химическая обработка химико – термическая обработка термомеханическая обработка

Слайд 6

Вопрос 4 С какой целью проводится термическая обработка ? для изменения механических свойств стали(прочности, твердости, пластичности, вязкости)

Слайд 7

Вопрос 5 Объясните понятие слова : Диффузия Диффузия – это перемещение адсорбированных атомов вглубь изделия

Слайд 8

Вопрос 6 Назовите основные виды термической обработки стали ? отжиг закалка отпуск

Слайд 9

Вопрос 7 Чем отличаются между собой отжиг, закалка, отпуск ? температурой нагрева временем выдержки способом охлаждения(вместе с печью или на воздухе)

Слайд 10

Химико-термической обработкой (ХТО) называется процесс поверхностного насыщения металлических (а в ряде случаев и неметаллических) материалов различными элементами, путем их диффузии из внешней среды при высокой температуре. Цель химико - термической обработки : поверхностное упрочнение металлов и сплавов и повышение их стойкости против воздействия внешних агрессивных сред при нормальной и повышенной температурах.

Слайд 11

Процессы химико-термической обработки включают три одновременно протекающие основные стадии : 1 ) образование в окружающей среде активных, способных диффундировать, атомов насыщающего элемента, 2 ) адсорбция определенного количества активных атомов поверхностью металла, 3 ) диффузия адсорбированных атомов от поверхности вглубь металла.

Слайд 12

Толщина диффузионного слоя зависит от : температуры нагрева, продолжительности выдержки при насыщении концентрации диффундирующего элемента на поверхности. После процесса диффузии детали могут быть сразу готовы к использованию или должны подвергаться дополнительной термической обработке.

Слайд 13

Диффузионное насыщение поверхности деталей проводят различными элементами : углеродом , азотом, хромом, алюминием, кремнием и др. В зависимости от того каким элементом проводят насыщение процесс называют цементацией (углерод), азотированием (азот), хромированием (хром), силицированием (кремний) и т.д.

Слайд 14

Наиболее распространенными видами химико-термической обработки являются 1 цементация 2 нитроцементация и цианирование 3 азотирование 4 борирование 5. диффузионная металлизация

Слайд 15

Ц е м е н т а ц и я Цементация (науглероживание) — Процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стали углеродом. Цель цементации - повышение твердости, износостойкости, также повышение пределов контактной выносливости поверхности изделия при вязкой сердцевине, что обеспечивает выносливость изделия в целом при изгибе и кручении

Слайд 16

Цементация Цементации подвергаются детали с низким содержанием углерода до 0,25%. Цементацию можно проводить в твердых, жидких и газовых средах, которые называются карбюризаторами.

Слайд 17

Твердая цементация Твердая цементация производится в специальных ящиках, в которых детали укладываются попеременно с карбюризатором (древесный уголь и торфяной кокс с углекислым барием и кальцинированной содой). Ящики закрываются крышками и замазываются огнеупорной глиной , чтобы не было доступа воздуха. Затем ящик помещают в термическую печь и нагревают до температуры 900 — 950 °С . Ящик после цементации охлаждают на воздухе до температуры 300 — 400 °С , извлекают из него детали, производят термическую обработку деталей, закалку с последующим низким отпуском.

Слайд 18

Печь для твёрдой цементации

Слайд 19

Недостатки цементации в твердом карбюризаторе : значительные затраты времени (для цементации на глубину 0,1 мм затрачивается 1 ч); низкая производительность процесса; громоздкое оборудование; сложность автоматизации процесса.

Слайд 20

Жидкая цементация Жидкая цементация - предназначена для мелких деталей(болты, винты, шпильки и т.д.) Жидкая цементация проводится путём погружения детали в печь с раствором бензина(керосина)+ BaCl2= CnHm . Тц = 840 — 860 °С Время выдержки = 6ч Охлаждение – воздух

Слайд 21

Печь для жидкой цементации

Слайд 22

Газовая цементация В качестве газообразного карбюризатора применяется газ СН4 или С3Н8. Тц = 920 — 930 °С время выдержки 3 - 4 часа охлаждение - воздух

Слайд 23

Печь для газовой цементации

Слайд 24

Газовая цементация Преимущества способа: возможность получения заданной концентрации углерода в слое (можно регулировать содержание углерода, изменяя соотношение составляющих атмосферу газов); сокращение длительности процесса за счет упрощения последующей термической обработки; возможность полной механизации и автоматизации процесса

Слайд 25

Цементация применение В машиностроении и авиационной промышленности - цементируются детали, подвергающиеся большому трению или ударам, например, шарнирные валки, шейки осей, гайки, винты и др., Цементация в твердом карбюризаторе применяется в мелкосерийном производстве. Газовая цементация применяется в серийном и массовом производстве..

Слайд 26

Нитроцементация Нитроцементация — это процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стали одновременно углеродом и азотом. Цель : повышение износостойкости и коррозионной стойкости, а также прочности стальных деталей .

Слайд 27

Нитроцементация При нитроцементации изделия нагревают в течении 8-10 часов при температуре 840 — 860 °С в среде природного газа и аммиака. Поверхностный слой глубиной 0,25-1мм. Глубина слоя зависит от температуры и продолжительности выдержки После нитроцементации следует закалка, затем проводят отпуск при 160 – 180 ˚ С.

Слайд 28

Применение процесса нитроцементации для упрочнения зубчатых колес высокое содержание остаточного аустенита обеспечивает хорошую прирабатываемость например, не шлифуемых автомобильных шестерен, что обеспечивает их бесшумность. для инструментальных (в частности, быстрорежущих) сталей; для деталей сложной конфигурации, склонных к короблению. Нитроцементация характеризуется безопасностью в работе, низкой стоимостью.

Слайд 29

Схемы микроструктур после химико-термической обработки сталей Сталь 20Х, ГОСТ 4543-71 Цементация с последующей закалкой и низким отпуском Поверхностный слой – высокоуглеро дистый мартенсит. Сердцевина – малоуглеродистый бейнит Сталь 08КП, ГОСТ 1050-88 Нитроцементация с последующей закалкой и низким отпуском Поверхностный слой – высокоуглеродистый мартенсит с карбидами. Сердцевина – феррит

Слайд 30

Цианирование Цианирование - процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стали одновременно углеродом и азотом в расплавленной цианистой соли. Цель : повышение поверхностной твердости, износостойкости, предела выносливости при изгибе и контактной выносливости.

Слайд 31

Цианирование В зависимости от используемой среды различают цианирование в: твердых средах; жидких средах; газовых средах. В зависимости от температуры нагрева цианирование подразделяется на низкотемпературное и высокотемпературное .

Слайд 32

Цианирование Цианирование в жидких средах производят с расплавленными солями в ваннах . Газовое цианирование производится в специально герметически закрытых печах. Высокотемпературное цианирование проводят при Т= 800…950 С , выдержка от 1,5 до 6 часов. Глубина слоя от 0,5 до 2мм. После высокотемпературного цианирования детали подвергают закалке и низкому отпуску.

Слайд 33

Цианирование Применяют в автомобильной и тракторной промышленности для мелких деталей из среднеуглеродистых сталей, работающих при небольших удельных нагрузках, а также для режущего инструмента из быстрорежущей стали. Для упрочнения валов, осей, зубчатых колёс и других деталей, работающих при значительных знакопеременных нагрузках. Основным недостатком цианирования является ядовитость цианистых солей.

Слайд 34

Азотирование Азотирование — процесс химико - термической обработки, заключающейся в диффузионном насыщении поверхностного слоя стали азотом. Цель : повышение твердости, износостойкости и повышения коррозионной стойкости (антикоррозийное азотирование)

Слайд 35

Азотирование Азотированию подвергаются детали, изготовленные из среднеуглеродистых легированных сталей марок 35ХМЮА и 38ХМЮА (цилиндров двигателя, насосы, зубчатых колес, валов, гильз и детали штампов). Твердость и толщина азотированного слоя зависит от температуры. Чем выше температура, тем глубже слой, но меньше твердость.

Слайд 36

Азотирование Азотирование проводят по одноступенчатому режиму при нагреве детали до Т= 500...700° С в атмосфере аммиака выдержка 90 часов или по двухступенчатому режиму : Т = 500...520° С с выдержкой 15-20 часов, Т = 550...570° С, выдержка 20-25 часов. Толщина азотированного слоя 0,3-0,6 мм.

Слайд 37

Борирование Борирование - это процесс химико-термической обработки заключающийся в диффузионном насыщении поверхностного слоя стали бором. Цель : повышение износостойкости (в условиях сухого трения, скольжения со смазкой и без смазки, абразивного изнашивания и т.п ). повышение коррозийной стойкости железоуглеродистых сплавов во многих агрессивных средах и жаростойкости при температурах ниже 850 С 0

Слайд 38

Борирование Методы борирования : газовое жидкостное Газовое борирование проводят в специальных установках за счет разложения газообразных соединений бора. Газовое борирование проводят при Т= 800-850 °С. Время выдержки от 2 до 6 ч. Глубина слоя от 0,5 -1мм.

Слайд 39

Борирование Борированию подвергают детали применяемые в оборудовании нефтяной промышленности : втулки, подшипники и рабочие колеса, погружные центробежные насосы, диски турбобура, вытяжные, гибочные и формовочные штампы, детали пресс-форм машин, литья под давлением и детали из углеродистых и легированных сталей с различным содержанием углерода

Слайд 40

Схемы микроструктур после химико-термической обработки сталей Сталь 4Х5В2ФС ГОСТ 5950-73 Закалка с отпуском и последующее азотирование Поверхность – темный азотированный слой. Сердцевина – тростит отпуска Сталь 38ХС, ГОСТ 4543-71 Борирование и поверхностная закалка Поверхностный слой – тонкая зона светлых вытянутых зерен боридов, широкая зона мартенсита. Сердцевина – перлит и небольшое количество мелких зерен феррита

Слайд 41

Диффузионная металлизация В настоящее время все большее распространение получают процессы многокомпонентного диффузионного насыщения. Диффузионная металлизация — это процесс насыщения поверхности стали алюминием , хромом, цинком и другими металлами , придающими ей те или иные свойства . Цель : повышение жаростойкости, коррозионной стойкости, износостойкости и твердости.

Слайд 42

Диффузионную металлизацию можно проводить в твёрдых, жидких, газообразных средах. При диффузионной металлизации в твердых средах применяют порошкообразные смеси, состоящие из ферросплавов с добавлением хлористого аммония в количестве 0,5-5%. Жидкая диффузионная металлизация осуществляется погружением детали в расплавленный металл (цинк, алюминий и др ). При газовом способе насыщения применяют летучие хлористые соединения металлов, образующиеся при взаимодействии хлора с металлами при высоких температурах .

Слайд 43

Диффузионная металлизация (алитирование) Наиболее изученным в настоящее время является процесс алитирования. Алитирование - это процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стали алюминием. Алитирование проводят в средах : твердых и жидких. Цель : для повышения жаростойкости, окалиностойкости и коррозионной стойкости в атмосфере и морской воде. Алитирование в твердой среде при Т = 850 -900 С 0 Время выдержки от 3-12часов Глубина слоя 0,3 – 0,5 мм Алитирование в твердой среде при Т = 750 -800 С 0 Время выдержки от 45 – 90 минут Глубина слоя 0,20 – 0,35 мм

Слайд 44

Диффузионная металлизация (хромирование) Хромирование - это процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стали хромом Цель : получение высокой твердости, износостойкости, жаростойкости и коррозионной стойкости поверхности стальных изделий. Хромирование проходит в твердой, жидкой и газовой средах . Жидкостное хромирование проводят путем нагрева детали в ванне : Т = 90 0 - 11 00 С 0 Время выдержки от 5 -2 0 часов Глубина слоя 0, 1 – 0, 3 мм

Слайд 45

Диффузионная металлизация ( силицирование ) Силицирование - процесс химико-термической обработки, заключающийся в диффузионном насыщении поверхностного слоя стали кремнием. Цель : п олучение коррозионной стойкости и жаростойкости поверхности стальных деталей Силицирование проводят в газовых средах при Т = 950 — 1100 °C, выдержка 2-5 часов глубина слоя 0,6- 1,4 мм. . .

Слайд 46

Силицирование Применение : Силицированию подвергают детали, используемые в оборудовании химической, бумажной и нефтяной промышленности(валики насосов, трубопроводы, арматура, гайки, болты) и деталей, работающих в агрессивных средах. После силицирования детали устойчивы к работе в азотной серной и соляной кислотах.

Слайд 47

Диффузионная металлизация Применение металлизации, используются для нанесения защитного слоя на подложки из различных металлов, сплавов и неметаллических материалов (пластмассы, стекла, керамика, бумага, ткани и др.). Металлизация находит применение в электротехнике, радиоэлектронике, оптике, ракетной технике, автомобильной промышленности, судостроении , самолётостроении и др. областях техники. Алитированию подвергают трубы, инструмент для литья цветных сплавов, чехлы термопар, детали газогенераторных машин и т.д. Хромирование применяют для пароводяной арматуры, клапанов, вентилей.

Слайд 48

Прогрессивные технологии и оборудование для ресурсосберегающих и безотходных процессов химико-термической обработки Ионное азотирование и кабонитирование Процесс осуществляется в азотсодержащей газовой среде под воздействием тлеющего электрического разряда между катодом (деталями) и анодом (стенками вакуумной камеры). В результате формирования активной плазмы — ионизированного газа активно образуются различные модификации диффузионных покрытий, обладающие высоким качеством.

Слайд 49

Сферы применения технологий ионного азотирования и карбонитрирования весьма обширны, это без исключения все отрасли промышленности . Ионно плазменное азотирование

Слайд 50

Автоматическая линия служит для термической и химико-термической обработки

Слайд 51

Основные преимущества и отличия новых технологий в сравнении с существующими процессами ХТО Экологическая чистота, безвредность и безотходность процессов; Ресурсосбережение за счет резкого сокращения электроэнергии в 2-5 раз и рабочих газов в 100-200 раз ; Повышение производительности, снижение трудоёмкости и себестоимости обработки в 2-4 раза; Повышение качества покрытий за счет равномерного, регулируемого и бездефектного формирования упрочненных слоёв; и т.д.

Слайд 52

Вопросы для закрепления материала 1 .В чем отличие химико-термической обработки от термической ? 2.Какие химико-физические свойства обеспечиваются при химико - термической обработке ? 3.Виды химико - термической обработки ? 4.Что называется твердостью, износостойкостью, прочностью, вязкостью, пластичностью, упругостью ? 5.Чем обусловлена твердость цементационного слоя ? 6.Напишите марки углеродистой стали для цементации ? 7.Что называется карбюризатором ?

Слайд 53

Вопрос 1 Перемещение адсорбированных атомов вглубь изделия это : 1.Адсорбция 2.Диссоциация 3.Диффузия

Слайд 54

Вопрос 2 Какие факторы влияют толщину диффузионного слоя ? температуры нагрева, продолжительности выдержки при насыщении концентрации диффундирующего элемента на поверхности.

Слайд 55

Вопрос 3 Интенсивность процесса диффузионного насыщения при химико - термической обработке зависит от : 1. теплоты активации 2 . температуры ХТО 3 . скорости нагрева 4. времени выдержки

Слайд 56

Вопрос 4 Насыщение поверхностного слоя деталей металлами (легирующими элементами) - хромом, алюминием, кремнием, бором и др. 1. Цементация 2. Диффузионная металлизация 3. Силицирование 4. Азотирование

Слайд 57

Вопрос 5 Температура какого процесса ниже на 100 ˚ С при росте диффузионного слоя на глубину 0,5 мм и практически одинаковой скорости роста нитроцеменитрованного цементированного

Слайд 58

Вопрос 6 Процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя алюминием это : 1.Силицирование 2. Диффузионная металлизация 3.Алитирование 4.Цементация

Слайд 59

Вопрос 7 Процесс диффузионного насыщения поверхности кремнием это : 1.Силицирование 2. Цианирование 3.Алитирование 4.Цементация

Слайд 60

Вопрос 8 Химико-термическая обработка, при которой поверхность насыщается одновременно углеродом и азотом. 1.Силицирование 2. Цианирование 3. Алитирование 4. Цементация

Слайд 61

Вопрос 9 Азотирование детали повышает : 1. износостойкость 2. ударную вязкость 3. относительное удлинение 4. относительное сужение

Слайд 62

Вопрос 10 Азотирование является процессом предварительной термообработки или проводится на готовых изделиях ? Проводится на готовых изделиях

Слайд 63

Диффузионная металлизация