Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Релятивистік механика

При этом способе пламя ацетиленокислородной или газовой го­релки 1 (рис. 2.21) направляют на поверхность закаливаемой де­тали, быстро нагревая ее до температуры выше критической. Вслед за горелкой перемещают трубку 2, из которой на поверх­ность направляется струя воды, и нагретый поверхностный слой закаливается. Данный способ применяют для закалки больших поверхностей.

Рис. 2.21. Закалка нагреванием пламенем газовой горелки: I — пламя;

2 — горелка; 3 — трубка; 4 — вода

2.6.2. Химико-термическая обработка

Химико-термическая обработка по сравнению с поверхност­ной закалкой имеет следующие преимущества:

• форма деталей не важна;

• большая разница свойств сердцевины и поверхностного слоя детали;

• есть возможность устранения последствий перегрева.

При химико-термической обработке деталь помещают в сре­ду, богатую химическим элементом, которым насыщают металл. Чаще всего это газ. При этом происходят три процесса:

1) диссоциация (распад молекул газа с образованием актив­
ных атомов), например:

2) абсорбция — поглощение (растворение активных атомов) поверхностью металла;

3) диффузия — проникновение насыщающего элемента вглубь металла.

В результате образуется диффузионный слой, на поверхно­сти которого концентрация диффундирующего химического эле­мента наибольшая.

Продолжительность процесса химико-термической обработ­ки определяется требуемой глубиной диффузионного слоя.

К процессам химико-термической обработки стали относят:

• цементацию;

• азотирование;

• цианирование;

• диффузионную металлизацию.

Цементация стали. При цементации происходит поверхност­ное насыщение стали углеродом, в результате чего получают твердый высокоуглеродистый поверхностный слой. Цементиру­ют, как правило, низкоуглеродистую сталь. Поэтому сердцевина детали получается мягкой и вязкой.

Различают твердую и газовую цементации.

Твердая цементация заключается в том, что цементируемые детали помещают в емкость, наполненную науглероживающим веществом (карбюризатором). В качестве карбюризатора обычно используют древесный уголь. Кислород, присутствующий в воз­духе, при температуре 900—950 °С соединяясь с углеродом кар­бюризатора, образует окись углерода (СО). Однако при данных температурных условиях оксид углерода неустойчив и при кон­такте с металлической поверхностью разлагается:

Атомарный углерод поглощается поверхностью детали.

Добавление к карбюризатору углекислых солей (ВаСО_э, в количестве активизирует процесс.

Процесс твердой цементации требует значительного времени (до нескольких десятков часов), что является его недостатком, который устраняется при газовой цементации. Через герметиче­ски закрытую камеру печи, куда помещают детали, непрерывно проходит цементирующий газ. Цементирующими газами явля­ются оксид углерода и газообразные углеводороды (метан, этан, пропан, бутан и пр.). Разложение этих соединений приводит к образованию активного атомарного углерода:

Цементацию ниже критической точки Ас_х не проводят, так как а-железо практически не растворяет углерод, а на поверхно­сти детали образуется лишь поверхностная корочка цементита ничтожной толщины. Повышение же температуры цементации резко увеличивает глубину цементирующего слоя.

Содержание углерода в поверхностном слое определяется при данной температуре пределом растворимости углерода в аустените, т. е. линией SE диграммы состояния железо—углерод. Следовательно, чем выше температура цементации, тем больше содержание углерода на поверхности детали (но не превосхо­дит 2 %).

Цель цементации — получить высокую поверхностную твер­дость и износоустойчивость при вязкой сердцевине — не дости­гается одной цементацией. Цементацией достигается лишь вы­годное распределение углерода по сечению. Окончательно фор­мирует свойства цементованной детали последующая закалка, при которой на поверхности образуется высокоуглеродистый мартенсит, а в сердцевине сохраняется низкая твердость и высо­кая вязкость. Продолжительность газовой цементации для полу­чения слоя толщиной 0,7—1,5 мм при температуре 930°С со­ставляет 6—12 ч.

Примеры режимов термической обработки показаны на рис. 2.22. Обычно закалку производят с цементационного нагре­вания. Иногда после некоторого подстуживания и обработки холодом. (рис. 2.22, а). Этот режим самый экономичный, однако он сохраняет крупное зерно поверхностного слоя и сердцевины.

Режим, при котором после цементации производят медлен­ное охлаждение, а затем дается закалка с повторного нагревания (рис. 2.22, б) или даже двойная закалка (первая выше температу­ры у4с₃ для сердцевины, вторая выше температуры Ас_х для по­верхности) (рис. 2.22, в), обеспечивает лучшие механические свойства детали.

Во всех случаях цементированные детали после закалки для снятия внутренних напряжений подвергают отпуску при низкой температуре (150—200 °С). В результате такой обработки поверх­ность легированных сталей должна иметь твердость 58—62 HRC, а сердцевина — 25—35 HRC; углеродистых сталей — менее 20 HRC.

Цементации подвергают детали, работающие в узлах трения и испытывающие ударные нагрузки.

Рис. 2.22. Режимы термической обработки при цементации деталей

Азотирование стали. Азотированием называют процесс насы­щения стали азотом. Азотирование применяют для повышения твердости, износоустойчивости, усталостной прочности, корро­зионной стойкости. Твердость азотированного слоя значительно выше, чем цементированного.

Так как азотированный слой без какой-либо последующей термической обработки приобретает высокую твердость, а разме­ры деталей после азотирования изменяются мало, то в отличие от цементации азотирование проводят на готовых деталях, прошед­ших окончательную термическую обработку (закалку с высоким отпуском) и доведенных шлифовкой до точных размеров.

Азотирование обычно проводят при температуре 500—600 °С. В железную герметически закрытую реторту (муфель), вставлен­ную в печь, помещают детали для азотирования. В реторту из баллона поступает с определенной скоростью аммиак, который разлагается:

Образовавшийся атомарный азот диффундирует в металл. Глубина и поверхностная твердость азотированного слоя за­висят от ряда факторов:

• температуры азотирования;

• продолжительности азотирования;

• состава азотируемой стали.

Азотированию подвергаются среднеуглеродистые стали, ле­гированные стали, содержащие такие химические элементы, как Этим добиваются особо высокой твердости и износостойкости.

Для получения упрочняющего слоя толщиной 0,3—0,6 мм азотирование должно продолжаться 24—90 ч.

Цианирование стали. Цианированием называют совместное насыщение поверхности стали углеродом и азотом вследствие окисления расплавленных цианистых солей. Изделие нагреваюто температуры 820—860 °С в расплавленных солях, содержащих цианистый натрий. Продолжительность цианирования в зависи­мости от требуемой глубины слоя составляет 30—90 мин.

На состав и свойства цианированного слоя оказывает влия­ние температура. Ее повышение увеличивает содержание углеро­да в слое, снижение — увеличивает содержание азота.

По сравнению с цементированием цианированный слой об­ладает более высоким сопротивлением изнашиванию, большей твердостью, высокой коррозионной стойкостью. Цианирование также повышает усталостную прочность детали.

Более низкая температура процесса цианирования и мень­шая его продолжительность не приводит к росту зерна, как это бывает при цементации. Поэтому после цианирования сразу производят закалку.

Твердость цианированного слоя после термической обработ­ки 58—62 HRC, толщина слоя 0,15—9,3 мм.

Разновидностью цианирования является нитроцеметация — процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стали углеродом и азотом при температуре 840—860 °С в газовой среде, состоящей из науглероживающего газа и аммиака. Продолжи­тельность процесса 4—10 ч.

Диффузионная металлизация — диффузионное насыщение поверхностных слоев стали различными металлами. К диффузи­онному насыщению относятся следующие процессы:

алитирование — диффузионное насыщение поверхностногослоя стали алюминием при температуре 700—1100°С дляполучения высокой стойкости против окалины путем обра­
зования на поверхности пленки окиси алюминия;

• силицирование — диффузионное насыщение поверхностно­го слоя стали кремнием при температуре 800—1100 °С дляповышения износостойкости и коррозионной стойкости;

• цинкование — диффузионное насыщение поверхностного слоя стали цинком при температурах 300—500 и 700—1000°С в расплаве цинка, порошке или парах цинка для повышения коррозионной стойкости стали;

• хромировани е — диффузионное насыщение поверхностного слоя стали хромом при температуре 900—1200°С для повы­шения коррозионной стойкости, твердости и износостойости (применяют для деталей, работающих в агрессивных средах);

• титанирова ние — диффузионное насыщение поверхност­ного слоя стали титаном;

• хромоалюминирование — диффузионное насыщение поверх­ностного слоя стали хромом и алюминием при температуре 900-1200°С;

• хромосилицирование — диффузионное насыщение поверх­ностного слоя стали хромом и кремнием при температуре900-1200 °С.

Как и при других видах химико-термической обработки, диффузионную металлизацию можно проводить в твердых, жид­ких и газообразных средах.

Одним из основных свойств диффузионно-металлизированной поверхности (хромированной, алитированной или силицированной) является высокая жаростойкость. Поэтому жаростой­кие детали для рабочих температур до 1000—1100°С изготовляют из простых углеродистых сталей с последующим алитированием, хромированием или силицированием.

2.6.3. Упрочнение поверхностным пластическим деформированием

Наиболее распространенный вид упрочняющей обработки— поверхностное пластическоедеформирование — простой и эф­фективный способ повышения несущей способности и долго­вечности деталей машин и сооружений, работающих в условиях знакопеременных нагрузок (оси, валы, зубчатые колеса, под­шипники, поршни, цилиндры, сварные конструкции, инстру­менты и т. п.). Кроме того, поверхностное пластическое дефор­мирование значительно улучшает шероховатость поверхности, повышает износостойкость деталей, улучшает ихвнешний вид (упрочняюще -отделочная обработка).

Поверхностное пластическое деформирование — обработка деталей давлением, при котором пластически деформируется только их поверхностный слой. Такое деформирование осуществ­ляется инструментом, деформирующие элементы которого (ша­рики, ролики или тела иной конфигурации) действуют на обраба­тываемую поверхность путем качения, скольжения или внедрения.

Поверхностное пластическое деформирование оказывает следующие положительные воздействия:

• повышает твердость поверхности;

• уменьшает шероховатость поверхности;

• повышает износостойкость деталей;

• повышает сопротивление схватыванию;

• увеличивает предел выносливости детали.

При поверхностном пластическом деформировании путем качения деформирующий элемент (как правило, ролик или ша­рик) прижимается к поверхности детали с фиксированной си­лой Р (рис. 2.23, а), перемещается относительно нее, совершая при этом вращение вокруг своей оси.

Рис. 2.24. Схема обработки детали алмазным выглаживанием

Дорнование — деформирующее протягивание (калиброва­ние), применяют для обработки отверстий (рис. 2.25). Это высо­копроизводительная обработка, сочетающая в себе возможности чистовой, упрочняющей, калибрующей и формообразующей об­работок. Формообразующую обработку применяют для получе­ния на поверхности детали мелких шлицов и других рифлений. Толщина упрочненного слоя при дорновании регулируется натя­гом, т. е. разностью диаметра D дорна и диаметра d отверстия заготовки.

Рис. 2.25. Дорнование

Методы накатывания, выглаживания и деформирующего протягивания относят к методам статического поверхностного деформирования. Характерным признаком этих методов являет­ся стабильность формы и размеров очага деформации в стацио­нарной фазе процесса.

Наряду с этими методами в машиностроении используют большое число методов поверхностного пластического деформи­рования, основанных на динамическом (ударном) воздействии инструмента на поверхность детали (рис. 2.26). При такой обра­ботке инструмент внедряется в поверхностный слой детали пер­пендикулярно профилю поверхности или под некоторым углом к ней.

Рис. 2.26. Дробеструйная обработка детали

Многочисленные удары, наносимые инструментом по детали по заданной программе или хаотично, оставляют на ней боль­шое число локальных пластических отпечатков, которые в ре­зультате покрывают (с перекрытием или без него) всю поверх­ность. Размеры очага деформации зависят от материала детали, размеров и формы инструмента и от силы удара по поверхности.

К методам ударной поверхностной пластической деформации относят чеканку, обработку дробью, виброударную, ультразвуко­вую, центробежно-ударную обработку.

Дробеструйная обработка (наклеп) осуществляется за счет кинетической энергии потока чугунной, стальной или другой дроби, который направляют, например, роторным дробеметом (рис. 2.26). Источником энергии может являться струя газа или жидкости либо центробежная сила. Основным достоинством дробеструйной обработки является возможность эффективного упрочнения деталей различной конфигурации, имеющих мелкие надрезы, пазы, галтели и резьбовые поверхности.

Усталостная прочность детали после упрочнения дробью по­вышается на 15—50 % в зависимости от материала и режимов упрочнения.

Центробежно-шариковая обработка осуществляется за счет кинетической энергии стальных шариков (роликов), располо­женных на периферии вращения диска (рис. 2.27). При враще­нии диска под действием центробежной силы шарики отбрасы­ваются к периферии обода, воздействуя на обрабатываемую по­верхность.

А-А

Рис. 2.27. Центробежно-шариковая обработка

Контрольные вопросы

1. Что такое элементарная кристаллическая ячейка?

2. Что называют аллотропией или полиморфизмом?

3. Что такое критическая температура?

4. Назовите физические и механические свойства металлов.

5. В чем заключается испытание на растяжение?

6. Дайте определения показателям прочности.

7. Перечислите методы исследования материалов.

8. Что такое диаграмма состояния сплавов?

9. Что такое линии ликвидуса и солидуса на диаграмме состояния желе­зо—углерод?

10. Какой сплав называют эвтектическим?

11. Что такое цементит, феррит, аустенит?

12. Как отличаются свойства чугуна от свойств стали?

13. Назовите виды термической обработки стали.

14. Объясните, что такое отжиг первого и второго рода.

15. В чем заключается процесс нормализации стали?

16. Что такое закалка стали?

17. Что такое отпуск стали?

18. Назовите способы поверхностного упрочнения стали.

19. Какие методы поверхностной закалки вы знаете?

20. Как осуществляется закалка токами высокой частоты?

21. Назовите виды химико-термической обработки.

22. Что такое цементация, азотирование и цианирование стали?

23. Назовите процессы диффузионной металлизации. В чем их суть?

24. В чем заключается упрочнение поверхностным пластическим дефор­мированием?

Релятивистік механика

Релятивистік механика –– жылдамдығы жарық жылдамдығына шамалас денелердің қозғалысын сипаттайтын механика. Дененің жарық жалдамдығынан кіші жылдамдықта қозғалуын классикалық механика зерттейді.

Релятивистік жылдамдық

Релятивистік жылдамдық –– арнайы салыстырмалылық теориясында жорылған эффектілер анық байқалған кездегі, вакуумдағы жарық жылдамдығына жақын, бөлшек қозғалысының жылдамдығы.