книги / Теория термической обработки металлов

Вариант 19

Металл А насыщается элементом В до концентрации В на поверхности Сп. Для случаев насыщения при температурах Т1 и Т2 изобразите графически распределение концентрации элемента В по глубине слоя х: % В = f(x). Схематично нарисуйте строение слоя при температуре насыщения и после охлаждения до комнатной температуры.

Металл А насыщается элементом В до концентрации В на поверхности Сп. Для случаев насыщения при температурах Т1 и Т2 изобразите графически распределение концентрации элемента В по глубине слоя х: % В = f(x). Схематично нарисуйте строение слоя при температуре насыщения и после охлаждения до комнатной температуры.

21

Контрольное задание № 2 Химические реакции между металлом и средой насыщения

при различных видах химико-термической обработки

Цели работы:

–изучить химизм различных видов ХТО;

–выполнить задание по своему варианту.

Пример

Опишите химизм процесса азотирования стали.

Решение

Азотированием стали называется процесс поверхностного насыщения стали азотом.

Для насыщения используют атомарный азот, образующийся в момент разложения соединений, содержащих этот элемент. В качестве такого соединения обычно применяют аммиак, диссоциация которого сопровождается выделением азота в атомарном активном состоянии, который, однако, вскоре переходит в молекулярное состояние и теряет свою активность:

2NH3 = 2N + 6H

↓ ↓

N2 3H2

В связи с этим азотирование интенсивно протекает лишь в том случае, когда диссоциация аммиака происходит в непосредственной близости от азотируемой поверхности. Степень диссоциации аммиака зависит от температуры, давления, скорости протекания аммиака через печь и площади поверхности азотируемых деталей и муфеля печи (так как сталь является катализатором, ускоряющим эту реакцию). При данной температуре в муфеле печи должна поддерживаться определенная степень диссоциации аммиака, от которой зависит количество поглощаемого сталью азота.

22

Варианты контрольного задания № 2

Вариант 1

Приведите примеры реакций термической диссоциации в процессах ХТО.

Вариант 2

Опишите процессы, протекающие в ванне при электролизном борировании стали.

Вариант 3

Выберите и обоснуйте выбор активатора для процесса цементации стали в твердом карбюризаторе.

Вариант 4

Выберите и обоснуйте выбор активатора для процессов хромирования и алитирования стали порошковым способом.

Вариант 5

Опишите и объясните химизм процесса цементации стали в твердом карбюризаторе.

Вариант 6

Опишите химизм процесса жидкостного борирования стали.

Вариант 7

Опишите и объясните процессы, протекающие в реакторе при азотировании в «тлеющем разряде».

Вариант 8

Выберите и обоснуйте выбор активатора для процесса цементации способом порошков.

Вариант 9

Приведите примеры химических реакций в жидкой фазе при ХТО.

23

Вариант 10

Приведите примеры химических реакций в газовой среде при ХТО.

Вариант 11

Опишите механизм действия кислородсодержащих активаторов; приведите примеры.

Вариант 12

Опишите химизм процесса газового хромирования стали.

Вариант 13

Опишите химизм процесса хромирования стали способом порошков.

Вариант 14

Опишите химизм процесса жидкостного цианирования стали.

Вариант 15

Опишите химизм процесса электролизного борирования стали.

Вариант 16

Опишите химизм процесса газового алитирования стали.

Вариант 17

Опишите химизм процесса газового хромирования стали.

Вариант 18

Приведите примеры реакций диссоциации и диспропорционирования в процессах ХТО.

Вариант 19

Приведите примеры реакций диспропорционирования при ХТО.

Вариант 20

Опишите химизм процесса газовой нитроцементации стали.

24

Контрольное задание № 3 Методы химико-термической обработки

Цели работы:

–изучить метод ХТО (согласно варианту своего индивидуального задания);

–разобраться и схематически зарисовать схему установки ме-

тода;

–описать принцип действия этой установки;

–указать достоинства и недостатки метода;

–привести примеры применения данного метода в ХТО.

Варианты контрольного задания № 3

Вариант 1

Жидкостный безэлектролизный метод из расплава солей.

Вариант 2

Жидкостный электролизный процесс из расплава солей.

Вариант 3

Погружение в расплав.

Вариант 4

Порошковый метод.

Вариант 5

Прямоточный метод насыщения из газовой среды.

Вариант 6

Насыщение из суспензий и паст.

Вариант 7

Насыщение с использованием вакуума

Вариант 8

Циркуляционный метод насыщения из газовой среды.

25

Вариант 9

Насыщение в тлеющем разряде (ионный процесс).

Вариант 10

Насыщение в кипящем слое.

Вариант 11

Жидкостный безэлектролизный метод из расплава солей.

Вариант 12

Жидкостный электролизный процесс из расплава солей.

Вариант 13

Погружение в расплав.

Вариант 14

Порошковый метод.

Вариант 15

Прямоточный метод насыщения из газовой среды.

Вариант 16

Насыщение из суспензий и паст.

Вариант 17

Насыщение с использованием вакуума

Вариант 18

Циркуляционный метод насыщения из газовой среды.

Вариант 19

Насыщение в тлеющем разряде (ионный процесс).

Вариант 20

Насыщение в кипящем слое.

26

Контрольное задание № 4 Выбор вида химико-термической обработки для обработки

изделия из заданной стали для конкретных условий эксплуатации

Цели работы:

–научиться делать выбор вида ХТО для обработки изделий из заданной стали для конкретных условий эксплуатации;

–выполнить задание по варианту.

Варианты контрольного задания № 4

Вариант 1

Многие измерительные инструменты плоской формы (шаблоны, линейки, штангенциркули и др.) изготавливают из листовой стали. Инструменты должны обладать высокой износостойкостью рабочих поверхностей.

Предложите метод и режим обработки, обеспечивающей получение этих свойств, если инструменты изготавливают большими партиями из сталей 15 и 20.

Вариант 2

Поршневые пальцы диаметром 30 мм и длиной 50 мм должны иметь по условиям эксплуатации вязкую сердцевину и твердую поверхность, хорошо сопротивляющуюся износу (HRC 58–62). Укажите метод и режим обработки, обеспечивающие получение требуемых свойств, если пальцы изготавливают крупными партиями из сталей марок 20 и 45. Сравните продолжительность операций обработки в обоих случаях для получения поверхностного твердого слоя толщиной 0,8–1,00 мм. Опишите структуру и свойства поверхностных зон и сердцевины после применения выбранных методов обработки.

Вариант 3

Имеется вал из стали 38Х2МЮА. Требуется повысить твердость поверхности и предел усталости. Предложите вид ХТО, обоснуйте режимы, опишите причины увеличения уровня требуемых свойств.

27

Вариант 4

Крыльчатка насоса для перекачки морской воды, изготовленная из стали 20, быстро разрушается под действием этой агрессивной среды. Предложите вид и режим ХТО, повышающие коррозионную стойкость и работоспособность детали. Обоснуйте выбор.

Вариант 5

Изделие с тонкими кромками (~ 0,5 мм), изготовленное из стали 50 (термическая обработка – улучшение) работает в условиях абразивного изнашивания. Предложите вид ХТО для повышения стойкости против износа, обоснуйте выбор режимов и объясните причины изменения свойств.

Вариант 6

Пресс-форма для горячего прессования порошков, изготовленная из стали ЗХ2В8, разогревается в процессе работы до 600–700 °С. Предложите вид ХТО, позволяющий сохранить поверхностную твердость до этих температур, обоснуйте выбор режимов обработки.

Вариант 7

Вал из стали 45 работает в условиях абразивного износа. Предложите вид ХТО, приводящий к повышению стойкости против абразивного износа, обоснуйте выбор режимов обработки, опишите фазовый состав и структуру слоев, объясните причины повышения уровня свойств.

Вариант 8

Имеется вал из стали 20. Требуется повысить твердость двух посадочных мест под подшипники до значений HRC 60–62. Предложите вид и метод ХТО, обоснуйте выбор режимов, объясните причины повышения уровня свойств.

Вариант 9

Имеется шестерня из стали 12ХНЗА. Предложите вид, метод, режимы ХТО и термической обработки для повышения поверхност-

28

ной твердости до HRC 60–62. Обоснуйте выбор режимов, объясните причину повышения уровня свойств.

Вариант 10

Вал из стали 30X13 работает в 10%-ном растворе HNO3. Предложите вид ХТО, позволяющий заменить эту сталь на углеродистую, обоснуйте выбор. Опишите режимы обработки, составы сред.

Вариант 11

Трубы из стали Х5М работают в воздушной среде при температуре 750 °С. Предложите вид ХТО, приводящий к увеличению срока службы труб, опишите метод ХТО, выберите среду и режимы обработки. Объясните причины повышения уровня свойств.

Вариант 12

Крепежные детали (болты) из нержавеющей стали 12Х18Н10Т работают при температуре ~ 600 °С. Предложите вид ХТО, снижающий «схватываемость» крепежа и облегчающий сборку и разборку конструкции. Опишите режимы обработки. Объясните причины изменения свойств материала.

Вариант 13

Имеются сверла из стали Р18. Требуется повысить стойкость этого инструмента. Предложите вид ХТО, опишите способ обработки, обоснуйте режимы, опишите свойства и дайте объяснение причин повышения стойкости инструмента.

Вариант 14

Вал из стали 45 работает в условиях абразивного износа. Допустимая величина износа 0,2 мм. Предложите вид поверхностного упрочнения, являющийся наиболее целесообразным в этих условиях и приводящий к повышению стойкости против абразивного износа. Обоснуйте выбор, опишите режимы обработки, фазовый состав и структуру поверхностных зон, объясните причины повышения износостойкости.

29

Вариант 15

Цех изготавливает валы из стали 45 диаметром 50 мм и длиной 700 мм, по условиям эксплуатации на предварительно улучшенном вале должны быть две зоны шириной 30 мм с твердостью ~ HRC 58. Это два посадочных места под подшипники. Предложите вид и режим поверхностного локального упрочнения детали, обоснуйте выбор режимов и объясните причины повышения твердости и износостойкости. Учтите, что глубина упрочнения должна быть не менее

1,0–1,5 мм.

Вариант 16

Имеется вал из стали 18ХГТ. Требуется повысить твердость двух посадочных мест под подшипники до значений HRC 60–62. Предложите вид и метод поверхностного упрочнения, обоснуйте выбор режимов обработки, опишите структуру поверхностных зон и сердцевины. Объясните причины повышения уровня свойств. Какой вид дополнительной обработки вы могли бы предложить для повышения предела усталости данной детали? Почему именно этот вид?

Вариант 17

Крыльчатка грязевого насоса изготавливается из литой стали 35Л. Ее стойкость весьма низкая (не более 300 ч). Предложите вид, метод и способ существенного повышения стойкости этой детали против абразивного износа с учетом того, что допустимая величина износа составляет 3–5 мм. Опишите режимы обработки, химический состав, структуру поверхностных зон. Объясните причины повышения износостойкости. Одновременно предусмотрите возможность реставрации изношенных деталей, обоснуйте ваши предложения.

Вариант 18

Вал насоса, перекачивающий 10%-ный раствор HNO3, изготовлен из стали 30X13. После поломки вала цех был вынужден из-за отсутствия нужного материала изготовить эту деталь из улучшаемой стали 40. Предложите вид поверхностной обработки, позволяющий

30