Основные виды химико-термической обработки, их сравнительная технико-экономическая оценка

Химико-термическая обработка как процесс нагрева и выдержки металлических материалов при высоких температурах в химически активных средах. Характеристика видов химико-термической обработки: цементация, азотирование, нитроцементация и жидкое цианирование.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра международных экономических отношений ФМО

Реферат на тему:

Основные виды химико-термической обработки, их сравнительная технико-экономическая оценка

Исполнитель: студентка 1-го курса

специальности «Мировая экономика»

Нессон Екатерина Витальевна

Руководитель: кандидат экономических наук,

кандидат технических наук, доцент

Бахмат Владимир Афанасьевич

Минск, 2012

Содержание:

цементация азотирование цианирование

Введение

Общая характеристика процессов ХТО

Классификация процессов ХТО

Цементация

Азотирование

Нитроцементация и жидкое цианирование

Заключение

Литература

Введение

Задолго до открытия явления диффузии процессы химико-термической обработки использовались для упрочнения металлических изделий. Например, известно, что в глубокой древности проводили цементацию (науглероживание) железа. Наиболее древний образец науглероженного изделия, найденный в храме Артемиды, датирован II в. до н.э. Уже тогда ремесленники заметили, что железо, прокаленное в древесном угле, становится более твердым.

Что же касается настоящего времени, то для современного машиностроения характерна непрерывно растущая энергонапряженность и тяжелые условия эксплуатации машин.[1]Поэтому для повышения долговечности и надежности машин широко используется химико-термическая обработка (ХТО).

По сравнению с другими методами поверхностной обработки металлов (дробеструйный наклеп, накатка роликами, индукционная, газопламенная и электролитная закалка, лазерная обработка и т.д.) химико-термическая обработка, часто уступая им в производительности, имеет ряд существенных преимуществ:[2]

- ХТО можно подвергать детали любых размеров и конфигураций. Как правило, детали сложной конфигурации подвергать поверхностному упрочнению иными методами весьма сложно или вообще невозможно.

- основная опасность, возникающая при всех термических методах поверхностного упрочнения, -- перегрев поверхности, при ХТО или отсутствует, или может быть устранен последующей термообработкой изделий.

ХТО применяют:

1. Для поверхностного упрочнения металлов и сплавов (повышения твердости, износостойкости, усталостной и коррозионной прочности, сопротивления кавитации);

2. Для повышения сопротивления химической и электрохимической коррозии в различных агрессивных средах при комнатной и повышенных температурах;

3. Для придания изделиям требуемых физических свойств (электрических, магнитных, тепловых);

4. Для придания изделиям соответствующего внешнего вида (преимущественно с целью окрашивания изделий в различные цвета);

5. Для облегчения технологической обработки металлов давлением, резанием и другими способами.

Общая характеристика процессов химико-термической обработки

Химико-термическая обработка -- нагрев и выдержка металлических (а в ряде случаев и неметаллических) материалов при высоких температурах в химически активных средах (твердых, жидких или газообразных). В подавляющем большинстве случаев химико-термическую обработку проводят с целью обогащения поверхностных слоев изделий определенными элементами, которые называют насыщающими элементами или компонентами насыщения. Иногда химико-термическую обработку проводят и с прямо противоположной целью -- для удаления из сплава тех или иных элементов.

Основные процессы любого вида ХТО: диссоциация - абсорбция - диффузия.

Диссоциация - получение насыщающего элемента в более активном, атомарном состоянии: , и т.д.

Абсорбция - захват поверхностью детали атомов насыщающего элемента с образованием химических связей между ионами насыщающего элемента и основного металла (хемосорбция);

Диффузия - перемещение захваченного поверхностью атома насыщающего элемента вглубь обрабатываемого изделия. [3]

В результате всех процессов ХТО формируется диффузионный слой, т.е. изменяются химический и фазовый состав поверхностных слоев обрабатываемого материала, что обусловливает изменениях структуры и свойств.[4]

Важнейшим условием образования диффузионного слоя (необходимым, но недостаточным) является существование растворимости насыщающего элемента в насыщаемом металле при температуре химико-термической обработки. При выполнении указанного условия диффузионный слой образуется, если соблюдаются требуемые температурно-временные условия обработки.

Классификация процессов ХТО

На Схеме 1 приведена классификация процессов химико-термической обработки в зависимости от количества насыщающих элементов, участвующих в процессе, и их природы.

Широкое промышленное применение получили только традиционные процессы насыщения: азотирование, цементация, нитроцементация и цианирование. Именно эти виды ХТО мы рассмотрим далее. Цинкование, алитирование, борирование, хромирование, силицирование применяются значительно реже.

Цементация

Трудно назвать такую отрасль промышленности , где бы не использовалась цементация. Особенно широко - в автомобильной, тракторной, авиационной промышленности и сельхозмашиностроении.

Цементацией (науглероживанием) называется химико-термическая обработка, заключающаяся в диффузионном насыщении поверхностного слоя стали углеродом при нагреве (чаще 900 - 950 ?С) в углеродосодержащей среде (карбюризаторе). Углерод растворяется в слое железа лишь в том случае, когда химический потенциал его в насыщающей среде выше, чем железе (стали). Диффузия углерода в железо возможна только в атомарном состоянии. [1]

Окончательные свойства цементованные стали приобретают после последующей термической обработки (закалки и низкого отпуска). Сама же цементация обеспечивает лишь необходимое распределение углерода от поверхности к сердцевине.

Назначение цементации и последующей термической обработки - придать поверхностному слою высокую твердость и износостойкость, повысить предел контактной выносливости и предел выносливости при изгибе при сохранении вязкой сердцевины.

Цементация производится в углеродонасыщенных твердых, жидких или газообразных средах (карбюризаторах) основные составы которых приведены в табл. 1.[5]

Таблица 1. Основные составы твердых, жидких и газообразных карбюризаторов [6]

	Состав карбюризатора
Твердые карбюризаторы	Древесный-березовый уголь в смеси с 20-25 % ВаСО3 и 3,5-5 % СаСО3
	Каменноугольный полукокс в смеси с 10-15 % ВаСО3 и 3,5-5 % СаСО3
Жидкие карбюризаторы	78-85 % СО3 или K2СО3 + 10-15 % NаСl + 6-8 % SiС
Газообразные карбюризаторы	Эндотермическая среда (20 % СО, 40 % Н2, 40 % N2) + до 5 % природного газа (СН4)
	Экзо-эндогаз (20 % СО, 20 % Н2, 60 % N2) + 0,5-5 % СН4
	Газы, получаемые из керосина, различных спиртов и других углеводородов, непосредственно в печи для цементации

При твердофазной цементации процесс ведут следующим образом. Цементуемые детали упаковываются в цементационные ящики, которые загружают в печь, нагретую до температур от 600-700°С, и нагревают до температуры цементации -- 930-950 °С. По окончании процесса цементации ящики вынимаются из печи -- охлаждение деталей ведется внутри цементационных ящиков на воздухе.

К числу недостатков цементации в твердых карбюризаторах относятся:

ь большая трудоемкость процесса;

ь низкая производительность (длительность процесса до 11 - 14 часов);

ь трудность регулирования содержания углерода в слое;

ь неблагоприятные санитарно-гигиенические условия труда (угольная пыль, грязь);

ь невозможность регулирования степени насыщения;

ь невозможность проведения закалки непосредственно после цементации;

ь дополнительный непродуктивный расход энергии на прогрев цементационных ящиков и т. п.

Промышленное применение цементации в твердом карбюризаторе на сегодняшний день резко сокращается. Однако простота метода, возможность проводить процесс на стандартном печном оборудовании без установки дополнительных устройств делают этот метод весьма распространенным в условиях мелкосерийного производства, в ремонтных цехах и на участках крупных предприятий.

Жидкостная цементация производится при температуре 840--860° С. Время выд...