Силицирование углеродистых сталей
Химико-термическая обработка, основанная на поверхностном обогащении металлов. Технология силицирования стали. Оптимальные составы ванн и технологические параметры безэлектролизного (жидкостного) силицирования. Оборудование для проведения силицирования.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 28.04.2014 |
| Размер файла | 763,0 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
"Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления"
(ФГБОУ ВПО "ВСГУТУ")
Машиностроительный факультет
Кафедра "Металловедение и технология обработки материалов"
КУРСОВАЯ РАБОТА
на тему: Силицирование углеродистых сталей
Исполнитель:
студент 449 группы очной формы обучения
Жамьянов В.К.
Содержание
- Введение
- 1. Технология силицирования стали
- 1.1 Электролизное силицирование
- 1.2 Оптимальные составы ванн и технологические параметры безэлектролизного (жидкостного) силицирования
- 1.3 Силицирование в порошкообразных смесях
- 1.4 Газовое силицирование
- 2. Технология силицирования
- 3. Оборудование для проведения силицирования
- 3.1 Печь электрическая муфельная СНОЛ 12-6
- 3. Микроскоп металлографический Neophot-21
- Заключение
- Список использованных источников
Введение
Одним из наиболее эффективных и широко применяемых в промышленности методов повышения долговечности многих ответственных деталей является, их химико-термическая обработка, которая воздействует, на поверхностные слои металла, т.е. на те слои, в которых концентрируются максимальные напряжения, возникают трещины, развиваются процессы износа и коррозии.
Химико-термической обработкой достигаются:
а) поверхностное упрочнение металлов и сплавов (повышаются поверхностная твердость, износостойкость, усталостная прочность, теплостойкость и т.д.);
б) повышение стойкости металлов и сплавов против воздействия внешних агрессивных сред при нормальных и повышенных температурах (повышаются стойкость против коррозии, кавитационной эрозии, кислотостойкость, окалиностойкость и т.д.).
Химико-термическая обработка металлов и сплавов заключается в нагреве и выдержке их при высокой температуре в активных газовых, жидких или твердых средах, в результате чего изменяются химический состав, структура и свойства поверхностных слоев металлов и сплавов. В отличие от термической обработки химико-термическая обработка изменяет не только структуру, но и химический состав поверхностных слоев, что позволяет в более широких пределах изменять свойства металлов и сплавов. После некоторых видов химико-термической обработки для улучшения свойств сердцевины и поверхностных слоев проводят термическую обработку. Иногда термическая обработка предшествует химико-термической.
Химико-термическая обработка, основанная на поверхностном обогащении металлов, в большинстве случаев включает в себя три одновременно идущих элементарных процесса:
1 - образование во внешней среде диффундирующего элемента в активном атомарном состоянии;
2 - контактирование активных атомов диффундирующего элемента с поверхностью металла, адсорбция атомов и поглощение части этих атомов с установлением химических связей с атомами металла (абсорбция);
3 - диффузия - проникновение в глубь металла абсорбированных атомов.
Силицирование - процесс химико-термической обработки, состоящий в высокотемпературном (950-1100°C) насыщении поверхности стали кремнием. Силицирование придаёт стали высокую коррозионную стойкость в морской воде, в азотной, серной и соляной кислотах и несколько увеличивает стойкость против износа. Силицирование может производиться в газообразных и жидких средах как электролизным, так и безэлектролизным методом. Силицированный слой отличается повышенной пористостью толщина его 300-1000 мкм. Несмотря на низкую твёрдость 200-300 HV, силицированный слой обладает высокой износостойкостью после пропитки маслом при температурах 170-200°C.
Силицированию подвергают детали, используемые в оборудовании химической, бумажной и нефтяной промышленности (валики насосов, трубопроводы, арматура, гайки, болты и т.д.). Силицирование широко применяют для повышения сопротивления окислению при высоких температурах сплавов молибдена. Так же силицированию подвергают детали из карбида кремния (SiC). Пример: электрические нагреватели из карбида кремния, подшипники скольжения для нефтяной и химической промышленности, конструкционные детали и др.
силицирование углеродистая сталь металл
1. Технология силицирования стали
Насыщение поверхностных слоев стали кремнием в промышленности не получило еще достаточно широкого распространения. При диффузионном силицировании трудно получить беспористый слой с высоким содержанием кремния на поверхности (более 11-13%), имеющий хорошую сцепляемость с сердцевиной. При низкой активности насыщающей среды на поверхности стали формируется диффузионный слой кремнистого феррита небольшой глубины с невысокой концентрацией кремния на поверхности. Повышение активности насыщающей среды обычно приводит к образованию на поверхности стали пористого, хрупкого слоя а'-фазы состава Fe3Si, имеющего большую толщину (зачастую за 2-3 час насыщения слой а'-фазы получает толщину 0,5-1,5 мм). Под слоем а'-фазы обычно находится тонкий слой кремнистого феррита с меньшей концентрацией кремния.
За рубежом, однако, нашли применение различные методы и способы силицирования, приводящие как к образованию ферритных диффузионных слоев, так и слоев а'-фазы. Диффузионные слои а'-фазы состава Fe3Si обладают чрезвычайно высокой кислотостойкостью, поэтому стремятся получать слои толщиной в несколько десятых миллиметра с минимальной пористостью.
Одним из наиболее простых и известных является процесс силицирования в порошкообразных смесях, изучением которого занимались авторы многих работ. В качестве источника кремния в порошкообразных смесях применяют следующие вещества: кремний, ферросилиций, карбид кремния, силикокальций.
Значительно меньше работ, посвященных жидкостному насыщению стали кремнием из расплавов солей и окислов без применения электролиза и электролизному насыщению.
Многочисленность разработанных и находящихся в стадии исследования методов и способов диффузионного силицирования свидетельствует о большом интересе к этому процессу ученых и работников промышленности и в то же время об отсутствии достаточно технологичных, пригодных для широкого промышленного использования методов и способов, и острой необходимости в разработке таких процессов.
1.1 Электролизное силицирование
Электролизное силицирование осуществляется на специальных установках, основными составными частями которых являются: печь-ванна, системы питания постоянным и переменным током и система автоматического контроля и регулирования температуры.
Для проведения электролизного силицирования в производственных условиях могут быть использованы шахтные электрические и газовые печи, позволяющие получить заданную температуру. При этом в печах для силицирования в отличие от серийных несколько изменяются огнеупорная кладка, конструкция крышки печи и устанавливается сварной тигель из нержавеющей или жароупорной стали. Тигли можно изготавливать как литьем, так и сваркой из листов. Предпочтение следует отдать сварным тиглям. Применение катодной защиты тиглей с целью предотвращения разъедания их электролитом обязательно. Как показала практика применения электролизных процессов на ряде заводов, в случае применения катодной защиты стойкость тиглей определяется качеством литья или сварки и достигает 3000-4000 час. Возможно, что в связи с повышением рабочей температуры при силицировании до 1050°С потребуется дополнительная защита поверхности тиглей на границе раздела расплав-атмосфера. Целесообразно опробование в производственных условиях керамических тиглей.
В качестве источников постоянного тока используются генераторы или выпрямители постоянного тока, позволяющие получить заданную катодную плотность тока.
Детали, предназначенные для силицирования, монтируются на специальных приспособлениях, при этом необходимо должное внимание уделять получению надежного контакта между деталями и приспособлением. Наплавление электролита производится в обычном порядке. Электроды катодной защиты устанавливаются после заполнения расплавом примерно 1/3 объема тигля. Приспособление с деталями подключается в цепь электролиза в качестве катода.
В качестве анодов можно использовать графитовые, угольные и силитовые стержни. Перед погружением в расплав приспособление с деталями просушивается над зеркалом ванны. Погружение деталей в расплав должно производиться плавно. После проверки надежности крепления приспособлений с деталями, электродов и правильности электрических соединений включается ток электролиза из расчета 0,1-0,2 а/см2 поверхности обрабатываемых деталей и той части приспособления, которая находится в расплавленном электролите. Применение более высоких значений плотностей тока нецелесообразно, так как не сопровождается увеличением скорости формирования диффузионного слоя.
В зависимости от состава используемого электролита насыщение проводится при температурах 950-1100°С в течение 5-3 час.
По окончании процесса силицирования ток электролиза отключают, детали извлекают из расплава и подвергают непосредственной закалке или охлаждению на воздухе и промывке. Для ответственных деталей термическую обработку (закалку и отпуск) следует проводить как самостоятельную операцию (с целью измельчения зерна и придания необходимых свойств сердцевине).
При изготовлении деталей следует учитывать, что при силицировании происходит изменение размеров. В случае необходимости детали после насыщения могут подвергаться шлифовке. Однако, как правило, насыщение и последующая термическая обработка должны быть окончательными операциями при изготовлении деталей.
В качестве насыщающих сред при электролизном силицировании используются силикаты щелочных металлов, часто с добавками хлоридов и фторидов щелочных и щелочноземельных металлов или других веществ, повышающих жидкотекучесть силикатов.
1.2 Оптимальные составы ванн и технологические параметры безэлектролизного (жидкостного) силицирования
В технологическом оформлении процесс жидкостного силицирования чрезвычайно прост. Насыщение может проводиться в печах любой конструкции, обладающих размерами рабочего пространства, достаточными для установки тигля. Однако удобнее использовать для жидкостного силицирования тигельные печи-ванны, подобные тем, которые используются для электролизного силицирования. Наплавление солей производится в обычном порядке. Предварительно просушенный восстановитель вводится в расплав небольшими порциями. Введение каждой очередной порции восстановителя сопровождается тщательным перемешиванием расплава. Детали загружаются в расплав в связках или на специальных приспособлениях. Детали, вязальная проволока и приспособления не должны выступать над зеркалом ванны.
Процесс насыщения проводится при температурах 900 - 1100°С в течение 2-10 час. После окончания выдержки детали из ванны выгружаются и подвергаются непосредственной закалке или охлаждению на воздухе и отмывке.
Процесс жидкостного силицирования сопровождается более или менее значительным газовыделением, поэтому ванны для силицирования должны быть снабжены вытяжной вентиляцией с бортовыми отсосами.
Для насыщения используются расплавы на основе силикатов щелочных металлов с добавками кристаллического кремния, ферросилиция, силикокальция, карбида кремния и других достаточно активных восстановителей.
Наибольшее влияние на глубину диффузионного слоя оказывает соотношение концентраций основных реагирующих веществ: восстановителя и восстанавливаемого стеклообразного окисла.
Применявшиеся восстановители представляют собой твердые порошкообразные вещества, находящиеся в среде основной расплавленной соли в виде взвеси. Жидкотекучесть взвеси ухудшается по мере увеличения содержания порошка в расплаве, соответственно этому должна снижаться и насыщающая способность ванны. Однако жидкотекучесть, по-видимому, играет в изменении глубины слоя по мере увеличения содержания восстановителя не главную, а второстепенную роль. В первую очередь состав ванны, обеспечивающий ей наивысшую насыщающую способность, определяется количеством восстановителя, которое необходимо ввести в ванну согласно наиболее вероятному уравнению реакции восстановления.
1.3 Силицирование в порошкообразных смесях
В качестве насыщающей среды при этом методе силицирования можно использовать порошки различных кремний содержащих веществ: металлизированного (кристаллического) кремния, карбида кремния, ферросилиция, силикокальция и их смеси. С целью предотвращения спекания смеси и налипания порошков на обрабатываемые изделия к ним рекомендуется добавлять "инертные" добавки: окись алюминия, окись магния, измельченный шамот и т.д. (в количестве до 30-40%). Для ускорения процесса в насыщающую смесь вводят 1-5% хлористого аммония или другие активные добавки. Как "инертные", так и активные добавки должны быть хорошо просушены и измельчены. Реакционная смесь перед употреблением должна быть тщательно перемешана.
Процесс силицирования в порошках может проводиться различными способами: в герметично закрытых контейнерах, защитных (инертной или восстановительной) атмосферах, в вакууме. Наиболее простым способом является силицирование в герметично закрытых контейнерах, изготовленных из нержавеющих или жаропрочных сталей. Конструкции контейнеров могут быть самыми различными.
Так как результаты силицирования очень сильно зависят от степени герметичности контейнера, предпочтение следует отдать контейнерам с плавкими затворами. Для насыщения могут быть использованы печи любой конструкции, обеспечивающие получение заданной температуры.
Упакованные контейнеры загружают в печь, разогретую до рабочей температуры (950-1200°С). Время насыщения выбирается в зависимости от требуемой глубины слоя.
По окончании процесса контейнер извлекают из печи и охлаждают на воздухе. Герметизирующие затворы разбивают легкими ударами молотка. Извлеченные из контейнера изделия очищают от насыщающей смеси, промывают и хорошо просушивают. После каждого цикла обработки насыщающая смесь обновляется на 10-15%.
В случае использования для силицирования порошкообразных смесей, не содержащих галогенидов щелочных или щелочноземельных металлов, насыщение осуществляется как через паровую фазу, так и за счет непосредственного контакта частичек насыщающего вещества с поверхностью изделия.
Перенос кремния на поверхность насыщаемого изделия через паровую фазу возможен в связи с тем, что давление паров кремния при температуре выше 1000°С несколько больше давления паров железа. С повышением температуры давление паров кремния заметно увеличивается.
Немаловажную роль играет и непосредственный контакт активной составляющей смеси с поверхностью насыщаемого изделия. Поэтому естественно, что результаты силицирования существенно зависят от величины контактной поверхности, т.е. от размеров частиц порошковой смеси. При проведении процесса насыщения в порошке ферросилиция оптимальный размер зерен составляет 30/20 меш. Более крупная смесь обладает меньшей активностью и дает неравномерные диффузионные слои, более мелкая легко спекается и налипает на обрабатываемую поверхность.
Сравнительно низкая насыщающая способность порошковых смесей, не содержащих активаторов, обусловлена низким давлением паров кремния, а также тем, что основными компонентами паров, по всей вероятности, являются тяжелые молекулы кремния, практически не вступающие во взаимодействие со стальной поверхностью. Как уже отмечалось, немаловажную роль играет надежная герметизация контейнера. Плохая герметизация контейнера приводит к попаданию в реакционное пространство кислорода, окислению компонентов порошковой смеси и стальной поверхности, ухудшению контакта силицируемой поверхности и частиц порошка, снижению скорости испарения кремния, уменьшению активности насыщающей смеси. Увеличение активности порошковых смесей для силицирования может быть достигнуто введением галогенидов, проведением процесса насыщения в нейтральной атмосфере или в вакууме. Особенно часто в качестве активаторов процесса силицирования в порошкообразных смесях применяют соли аммония (NН4С1, NH4Br, NH4J, NH4F), несколько реже - хлориды, бромиды, иодиды и фториды щелочных и щелочноземельных металлов. При силицировании происходит разложение галогенидов и генерирование в контейнере активной парогазовой фазы. Например, в случае применения хлористого аммония последний легко диссоциирует на аммиак и соляную кислоту:
NH4C1->NH3 + HC1.
Аммиак при температуре процесса разлагается на азот и водород:
2NH3 + 2N + ЗН2, соляная кислота вступает в реакцию с кремнием
Si + 4НС1 = SiCl4 + 2Н2
или ферросилицием:
(FeSi) + 6НС1 = SiCl4 + FeCl2 + ЗН2.
Образовавшийся тетрахлорид кремния вступает в обменную реакцию с поверхностью стального изделия, в результате которой образуются активные атомы кремния:
SiCl4 + 2Fe = Si + 2FeCl2.
Исключительная простота аппаратурного оформления, возможность получения равномерных диффузионных слоев при хорошем состоянии поверхности обрабатываемых изделий привели к тому, что описанный способ силицирования нашел промышленное применение.
Ниже приведены некоторые конкретные результаты исследований процесса силицирования в порошках с использованием галогенидов аммония и щелочных и щелочноземельных металлов.
В работе отмечается, что силицирование в смеси, состоящей из 75% ферросилиция, 20% шамота и 5% хлористого аммония, при температуре 1100°С в течение 6, 8 и 10 час не вызывает образования диффузионного слоя. Лишь при выдержке 12 час был получен слой глубиной 0,05 мм. На образцах после насыщения имеется легко снимающаяся корка толщиной до 2,5 мм, которая состоит из трех слоев: первого - с металлическим блеском, второго - "лучистого" с направлением лучей по радиусу и третьего - буроватого цвета. Химический анализ корки показал, что в ней содержится 15,74% кремния и 84,09% железа. Содержание кремния во всех трех зонах корки примерно одинаково (10,8-13,5%). Диаметр образцов после насыщения меньше исходного.
В настоящее время можно утверждать, что при насыщении в смеси ферросилиция и шамота с добавкой хлористого аммония из-за чрезвычайно высокой активности смеси на поверхности образуется хрупкая пористая зона а'-фазы, интенсивный рост которой препятствует образованию зоны кремнистого феррита. Лишь при двенадцатичасовой выдержке, когда активность смеси несколько уменьшалась, образовывалась тонкая зона кремнистого феррита.
Исследованы также порошковые смеси ферросилиция с хлористым аммонием, ферросилиция с древесным углем (2,5%) и углекислым барием (2,5%), которые вводились для создания восстановительной атмосферы в контейнере, а также ферросилиция (50%) с кварцевым песком (45%) и хлористым аммонием (5%).
Несколько меньшей активностью обладает порошковая смесь, в которой хлористый аммоний заменен хлористым натрием. Небольшие выдержки при 1200°С вызывают спекание порошковой смеси, которое увеличивается с повышением длительности насыщения. Одновременно ухудшается состояние поверхности образцов.
В работе насыщение стали проводили в порошковой среде, состоящей из 10% кристаллического кремния, 85% Si02 и 5% MgCh, при температуре 1000 в течение 2, 5 и 10 час. Г.В. Самсонов с сотрудниками исследовали процесс насыщения кремнием железа и других металлов в порошковой среде, состоящей из 97% кремния и 3% NH4C1, в атмосфере аргона. Диффузионные слои образуются в интервале температур 900-1100°С. Повышение температуры процесса и увеличение его длительности приводят к получению более глубоких диффузионных слоев, которые состоят, по мнению авторов, из a-твердого раствора кремния в железе и силицида FeSi.
К сожалению, в большинстве исследований по кинетике силицирования не оговариваются фазовый состав и толщина отдельных зон слоя. Однако, как свидетельствует опыт авторов по силицированию сталей, слои большой толщины состоят в основном из упорядоченного твердого раствора состава FeSi, рост которых подавляет образование кремнистого феррита и силицидов железа.
Трудность получения качественных беспористый диффузионных слоев, хорошо сцепленных с сердцевиной, невозможность регулирования активности смеси для получения слоя заданной глубины и строения препятствуют широкому применению описанных выше способов силицирования в порошкообразных смесях в промышленности.
Применение алюминотермического восстановления окислов для получения активных атомов насыщающих элементов имеет существенные экономические и технологические преимущества перед другими способами насыщения из порошковых смесей. В качестве поставщика кремния при силицировании можно использовать кварцевый песок, который по химическому составу является почти чистым окислом кремния, и многие другие минералы, содержащие двуокись кремния.
Необходимым условием самопроизвольного протекания реакции алюминотермического восстановления кремнезема при данных условиях является более высокая прочность окисла алюминия А103 по сравнению с окислом кремния SiOg. Прочность окислов А1203 и Si02 характеризуется величиной изменения изобарного потенциала при взаимодействии алюминия и кремния с кислородом.
1.4 Газовое силицирование
Силицирование в среде тетрахлорида кремния. Для газового силицирования используются тетрахлорид кремния (SiCl4) и моносилан (SiH4).
Для силицирования в среде тетрахлорида кремния можно применять печи с газовым и электрическим обогревом (шахтные, камерные, ретортные, колпаковые и т.д.), подобные тем, которые применяются для диффузионного хромирования.
Реторты для силицирования изготавливают из малоуглеродистых или жароупорных труб.
В процессе силицирования стали в среде SiCl4 важную роль играет хлористое железо FeCl2 - продукт взаимодействия SiCl4 с поверхностью стальных изделий и тигля. Поэтому в случае применения жароупорных сталей рекомендуется внутрь реторты вставлять стакан из малоуглеродистой стали, что способствует получению равномерных покрытий за счет образования FeCl2 при взаимодействии SiCl4 с внутренними стенками стакана в зоне реакций.
Четыреххлористый кремний - летучая легкоподвижная бесцветная ядовитая жидкость с температурой кипения 57,6°С и плотностью 1,48 г/см3.
В газовой фазе, кроме SiCl4, могут существовать еще три соединения кремния с хлором: SiCl, SiCl2, SiCl3.
В рабочее пространство печи (реторту) SiCl4 подают путем пропускания водорода, азота, аммиака, аргона или другого газа-носителя через сосуд с жидким SiCl4 или получают при пропускании через реакционную камеру с кремнийсодержащими порошковыми материалами (кремний, ферросилиций, карбид кремния и др.) газообразного хлора или хлористого водорода.
При неконтактном способе газового силицирования изделия помещают в специальные контейнеры, которые заполняют четыреххлористым кремнием. При контактном способе насыщаемые изделия помещают в контейнер и засыпают порошкообразной кремнийсодержащей смесью, которая при взаимодействии с газообразным хлором или хлористым водородом генерирует тетрахлорид кремния.
Газовое силицирование с применением хлора или хлористого водорода производится в печах с вращающимися ретортами или в герметично закрытых муфелях. Соотношение веса ферросилиция (или карбида кремния) и веса обрабатываемых деталей 1: 10.
Минимальный размер гранул кремния или ферросилиция - доставляет 5 мм, оптимальный размер зависит от размеров реакционной камеры. Реторта заполняется обрабатываемыми изделиями и насыщающей смесью на 75-80%.
После нагрева садки до заданной температуры в реторту, которая вращается со скоростью один оборот в 2-3 мин, подают из баллона хлор со скоростью, зависящей от размеров реторты.
2. Технология силицирования
1. В качестве образцов для проведения силицирования я выбрал марки сталей 20, 45 и У12.
Сталь 20 - Сталь конструкционная углеродистая качественная
Химический состав в % материала Сталь20
|
C |
Si |
Mn |
Ni |
S |
P |
Cr |
Cu |
As |
|
|
0.17-0.24 |
0.17-0.37 |
0.35-0.65 |
<0.25 |
<0.04 |
<0.04 |
<0.25 |
<0.25 |
<0.08 |
Твердость материала Сталь 20 после отжига: HB 10 - 1 = 163 МПа
Твердость материала Сталь 20 калиброванного нагартованного:
HB 10 - 1 = 207 МПа
Удельный вес стали 20: 7,85 г/см3
Сталь 45 - Сталь конструкционная углеродистая качественная
Расшифровка марки стали: марка 45 означает, что в стали содержится 0,45% углерода, а остальные примеси крайне незначительны.
Химический состав в % материала Сталь 45
|
C |
Si |
Mn |
Ni |
S |
P |
Cr |
Cu |
As |
|
|
0,42 - 0,5 |
0,17 - 0,37 |
0,5 - 0,8 |
< 0,25 |
< 0.04 |
< 0,035 |
<0.25 |
<0.25 |
<0.08 |
Удельный вес: 7826 кг/м3 Твердость материала: HB 10 - 1 = 170 МПа
Твёрдость HRC = 45 - 50
У12 - Сталь инструментальная углеродистая
Химический состав в % материала У12
|
C |
Si |
Mn |
Ni |
S |
P |
Cr |
Cu |
|
|
1,16 - 1,23 |
0,17 - 0,33 |
0,17 - 0,33 |
< 0,25 |
< 0,028 |
< 0,03 |
<0.2 |
<0.25 |
Твердость материала: HB 10 - 1 = 207 МПа
2. Готовим порошкообразную смесь. В качестве насыщающей среды используем порошок ферросилиция (до 70%). С целью предотвращения спекания смеси и налипания порошка на обрабатываемые изделия добавляем: окись алюминия (в количестве до 30-40%). Для ускорения процесса в насыщающую смесь вводим 1-5% хлористого аммония. Смесь тщательно перемешиваем и пересыпаем в тигель.
3. Затем тигель загружают в печь, разогретую до рабочей температуры 1000°С, время выдержки 6 часов. Образовавшийся атомарный кремний диффундирует в поверхность деталей. Извлеченные из тигеля детали очищаем от насыщающей смеси, промываем и хорошо просушиваем.
4. В результате на указанных сталях были получены диффузионные слои толщиной около 600 мкм. (см. рис.1,2,3)
Рисунок 1 - Микроструктура диффузионного слоя на стали 20, Ч100
Рисунок 2 - Микроструктура диффузионного слоя на стали 45, Ч100
Рисунок 3 - Микроструктура диффузионного слоя на стали У12, Ч100
3. Оборудование для проведения силицирования
3.1 Печь электрическая муфельная СНОЛ 12-6
При муфельном исполнении электропечи сопротивления рабочая камера изготавливается из плотной керамики, в муфельной печи нагреватели расположены с наружной стороны муфеля и отделены от процессов в рабочей камере, а в трубчатой печи рабочая камера образована сквозной керамической трубой.
Футеровка многослойная и может быть выполнена из высокоэффективных волокнистых материалов или из шамотного кирпича и базальтовой ваты. Все оборудование снабжается блоком управления нагрева, содержащим программируемый терморегулятор, реализующий либо сложную термическую программу, либо нагрев и поддержание определенной температуры.
Электрические используются:
· для термообработки (нагрев, закалка, обжиг)
· для нормализации металлических изделий
· для полимеризации
· химико-термической обработки
Рисунок 4 - Печь электрическая муфельная СНОЛ 12-6
Рабочая камера электропечей муфельных лабораторных СНОЛ 12-6 с полезным объемом от 3 до 10 литров образована керамическими муфелями с вмонтированными в них спиральными железо-хромо-алюминиевыми нагревателями.
3. Микроскоп металлографический Neophot-21
Предназначен для визуального наблюдения микроструктуры металлов, сплавов и других непрозрачных объектов в отраженном свете при прямом освещении в светлом и темном поле, а также для исследования объектов в поляризованном свете методом дифференциально-интерференционного контраста (ДИК).
Рисунок 6 - Металлографический микроскоп Neophot-21
Микроскоп применяется в металлографических лабораториях научно-исследовательских институтов и предприятий металлургической, микроэлектронной, машиностроительной промышленности, а также в учебных заведениях. Шкалы и сетки обеспечивают возможность количественной оценки микроструктуры объекта по бальным шкалам. Увеличение от 50 до 2000.
Заключение
Силицирование сталей позволяет повысить стойкость против коррозии в жидких средах. Это обусловлено образованием в диффузионном слое стабильного высококремнистого феррита.
Необходимо кратко остановиться на перспективности промышленного использования описанных методов силицирования, их основных преимуществах и недостатках.
Выбор метода и способа силицирования для конкретных изделий определяется поставленными целями и задачами насыщения, а также особенностями того или иного способа силицирования (его преимуществами и недостатками). Жидкостные способы силицирования позволяют получать практически беспористые слои кремнистого феррита достаточно большой толщины, обладающие высокой прочностью связи с основным металлом, удовлетворительной пластичностью, высокой кислото- и жаростойкостью. Достаточно плотные слои FeeSi, которые могут быть получены при некоторых способах газового и "порошкового" (парофазового и газового в порошках, контактного и неконтактного) способов силицирования, обладают более высокой жаростойкостью и износостойкостью (после предварительной пропитки в масле), а при. достаточно большой толщине и низкой пористости - и кислотостойкостью, чем слои кремнистого феррита, но заметно уступают им по вязкости и прочности связи с основным металлом. Следует заметить, что технология их получения недостаточно хорошо разработана и нуждается в доработке и уточнении.
Из описанных выше методов силицирования достаточно подробно изучены и могут быть рекомендованы для практического использования жидкостные методы и силицирование из порошков (различными способами). Газовое силицирование нуждается в доработке.
Каждый из способов силицирования имеет свои преимущества и недостатки, которые также могут оказать существенное влияние на перспективность его применения.
Отметим преимущества существующих методов силицирования.
1. Электролизное силицирование:
высокая производительность; сравнительно простое технологическое оформление процесса; исключительно низкая стоимость используемых для насыщения материалов; равномерность покрытий и хорошее состояние поверхности при обработке изделий простой формы; возможность использования в массовом производстве.
2. Жидкостное (без электролиза) силицирование:
исключительная простота технологии и универсальность используемого оборудования; равномерность и высокое качество покрытий на деталях любой формы; сравнительно невысокая температура процесса; невысокая стоимость используемых для насыщения материалов.
3. Силицирование в порошках:
простота технологического и аппаратурного оформления; равномерность покрытий и невысокая стоимость используемых материалов.
4. Газовое силицирование:
возможность обработки крупных изделий; возможность механизации и автоматизации процесса; высокая скорость формирования диффузионного слоя.
Отметим недостатки этих методов силицирования.
1. Электролизное силицирование:
невозможность обработки изделий сложной формы; низкая стойкость тиглей и приспособлений, необходимость применения специальной защиты тиглей от разрушения; высокая температура процесса.
1. Жидкостное силицирование:
меньшая по сравнению с электролизным и газовым методами производительность процесса (меньшая скорость формирования покрытия).
2. Силицирование в порошках:
низкая производительность, антигигиенические и антисанитарные условия труда; трудность получения достаточных по толщине слоев кремнистого феррита и высокая пористость образующейся а'-фазы.
4. Газовое силицирование:
сложность используемого оборудования и технологии насыщения; взрыво- и пожароопасность некоторых способов газового силицирования; токсичность и агрессивность применяемых газов.
Исходя из приведенных выше соображений, электролизное силицирование может быть рекомендовано для обработки изделий сравнительно простой формы в массовом производстве. Жидкостное силицирование перспективно для насыщения мелких и средних по величине изделий, особенно сложной формы.
Метод насыщения в порошках можно рекомендовать в тех случаях, когда простота технологии и оборудования имеет первостепенное значение (например, в единичном производстве или при ремонтных работах).
Список использованных источников
1. Лыгденов Б.Д., Грешилов А.Д., Гурьев А.М. Влияние специальных добавок на интенсификацию диффузионного титанирования. Ползуновский альманах №3/2006г. - Барнаул: Изд-во АлтГТУ, стр.94.
2. Гурьев А.М., Лыгденов Б.Д., Власова О.А. Совершенствование технологии химико-термической обработки инструментальных сталей. Обработка металлов: технология, оборудование, инструменты №1/2009г. стр.14.
3. Материаловедение: Учебник для вузов / Б.Н. Арзамасов, В.И. Макарова, Г.Г. Мухин и др.; Под общ. ред. Б.Н. Арзамасова, Г.Г. Мухина. - 3-е изд., переработ. и доп. - М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001г.
4. Химико-термическая обработка металлов и сплавов. Учебное пособие для вузов. Лахтин Ю.М., Арзамасов Б.Н. М.: Металлургия, 1985г.
5. Гуляев А.П. Материаловедение. - М.: Металловедение, 1986г.
6. Основы материаловедения. / Под ред.И. И. Сидорина. - М.: Машиностроение, 1998 г.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Термическая обработка металлов и ее основные виды. Превращения, протекающие в структуре стали при нагреве и охлаждении. Основы химико-термической обработки. Цементация, азотирование, нитроцементация и цианирование, борирование и силицирование стали.
реферат [160,5 K], добавлен 17.12.2010Изменение механических, физических и химических свойств углеродистых конструкционных и инструментальных сталей в результате химико–термической обработки. Марки сталей, их назначение и свойства. Структурные превращения при нагреве и охлаждении стали.
контрольная работа [769,1 K], добавлен 06.04.2015Закаливаемость и прокаливаемость стали. Характеристика конструкционных сталей. Влияние легирующих элементов на их технологические свойства. Термическая обработка сплавов ХВГ, У8, У13 и их структуры после нее. Выбор вида и режима термообработки детали.
курсовая работа [4,9 M], добавлен 12.01.2014Термическая обработка чугуна: понятие и виды. Микроструктура и свойства сталей после химико-термической обработки: цементация и азотирование. Зависимость твердости от содержания углерода по глубине цементованного слоя. Распределение азота по толщине слоя.
реферат [541,9 K], добавлен 26.06.2012Сущность и назначение термической обработки металлов, порядок и правила ее проведения, разновидности и отличительные признаки. Термомеханическая обработка как новый метод упрочнения металлов и сплавов. Цели химико-термической обработки металлов.
курсовая работа [24,8 K], добавлен 23.02.2010Применение поверхностной закалки с индукционным нагревом. Стадии химико-термической обработки стали. Технология цементации твердым карбюризатором, газовой цементации и азотирования. Термическая обработка после цементации и свойства цементованных деталей.
презентация [309,5 K], добавлен 29.09.2013Характеристика основных элементарных процессов (диссоциация, абсорбция, диффузия) химико-термической обработки стали. Рассмотрение процессов цементации (твердая, газовая), азотирования, цианирования, диффузионной металлизации поверхностных слоев стали.
лабораторная работа [18,2 K], добавлен 15.04.2010Физико-химические закономерности формирования; строение и свойства материалов. Типы кристаллических решёток металлов. Испытания на ударный изгиб. Термическая и химико-термическая обработка, контроль качества металлов и сплавов. Конструкционные материалы.
курсовая работа [3,7 M], добавлен 03.02.2012Классификация, свойства, применение, маркировка углеродистых и легированных сталей. Влияние углерода и примесей на их свойства. Термическая обработка сплава 30ХГСА. Измерение твёрдости методом Роквелла. Влияние легирующих элементов на рост зерна стали.
дипломная работа [761,3 K], добавлен 09.07.2015Предварительная и окончательная термическая обработка стали. Виды отжига: полный и неполный, изотермический, диффузионный и гомогенизационный. Оборудование для термообработки. Электродуговая и ручная сварка. Электрошлаковая сварка. Газовая резка металлов.
лабораторная работа [43,4 K], добавлен 06.04.2011Методика производства стали в конвейерах, разновидности конвейеров и особенности их применения. Кристаллическое строение металлов и её влияние на свойства металлов. Порядок химико-термической обработки металлов. Материалы, применяющиеся в тепловых сетях.
контрольная работа [333,8 K], добавлен 18.01.2010Повышение механических свойств стали путем введения в нее легирующих элементов. Классификация стали в зависимости от химического состава. Особенности сварки углеродистых и легированных сталей. Причины возникновения трещин. Типы применяемых электродов.
курсовая работа [33,2 K], добавлен 06.04.2012Исходные материалы для выплавки чугуна. Устройство доменной печи. Выплавка стали в кислородных конвертерах, мартеновских, электрических печах. Продукты доменного производства. Производство меди, алюминия. Термическая и химико-термическая обработка стали.
учебное пособие [7,6 M], добавлен 11.04.2010Свойства стали, ее получение и области применения. Классификация углеродистых сталей в зависимости от назначения, структуры, содержания углерода, качества. Качественные конструкционные углеродистые стали, их химический состав и механические свойства.
контрольная работа [999,9 K], добавлен 17.08.2009Что такое сталь. Классификация конструкционных сталей по химическому составу и качеству. Примеры маркировки стали. Схемы и способы разливки стали, их достоинства и недостатки. Основные способы обработки металлов давлением, особенности их применения.
контрольная работа [441,6 K], добавлен 05.01.2010Сравнительная характеристика быстрорежущих сталей марок: вольфрамомолибденовой Р6М5 и кобальтовой Р9М4К8 - различие в свойствах этих сталей и оптимальное назначение каждой из них. Разработка и обоснование режимов обработки изделий из этих сталей.
практическая работа [1,8 M], добавлен 04.04.2008Определение классификации конструкционных сталей. Свойства и сфера использования углеродистых, цементуемых, улучшаемых, высокопрочных, пружинных, шарикоподшипниковых, износостойких, автоматных сталей. Стали для изделий, работающих при низких температурах.
презентация [1,8 M], добавлен 14.10.2013Назначение и особенности эксплуатации инструментальных сталей и сплавов, меры по обеспечению их износостойкости. Требования к сталям для измерительного инструмента. Свойства углеродистых и штамповых сталей для деформирования в различных состояниях.
контрольная работа [432,5 K], добавлен 20.08.2009Формы валов и осей. Обеспечение необходимого вращения деталей. Материалы и термическая обработка для изготовления деталей. Углеродистые и легированные стали. Выбор стали для изготовления валов двигателей. Сравнительный анализ сталей 40, 40Х, 40ХФА.
реферат [732,1 K], добавлен 25.06.2014Технология выплавки углеродистых марок стали на "болоте" в ДСП-100И7. Материалы, применяемые при выплавке стали. Роль мастера в организации производства. Расчет калькуляции себестоимости выплавки 1 т стали. Экономическая эффективность работы цеха.
курсовая работа [638,9 K], добавлен 24.10.2012
