Старіння

Гартування з поліморфним перетворення.

Гартування - це термічна операція, яка зводиться до нагрівання

сталі до температури вище критичної (А3 - для доевтектоїдної сталі та

А1 - для заевтектоідної) або до температури розчинення надлишкових

фаз і наступного швидкого охолодження зі швидкістю, що перевищує

критичну. Критичною швидкістю гартування (Vкр) називають

мінімальну швидкість охолодження, необхідну для розпаду аустеніту

в інтервалі температур мартенситного перетворення. Тобто швидкість

охолодження повинна бути досить великою для того, щоб при

зниженні температури не встигли відбутися зворотні фазові

перетворення, пов'язані з дифузією або самодифузією. У цьому -

принципова відмінність гартування від відпалювання другого роду.151

Мета гартування - одержання нерівноважної структури і підвищення

за рахунок цього міцності та твердості сталі.

Існують два різко відмінних види гартування:

• з поліморфним перетворенням;

• без поліморфного перетворення.

Гартування з поліморфним перетворенням - це термічна обробка,

за якої головним процесом є мартенситне перетворення високотем-

пературної фази. Тому таку термічну обробку називають гартуванням

на мартенсит. Таке гартування може бути застосоване практично до

будь-яких металів і сплавів, здатних при охолодженні перебудувати

кристалічну гратку. Необхідну для проведення гартування швидкість

охолодження забезпечують використанням певних середовищ з

високою охолоджувальною здатністю (вода, масло, розчини солей

тощо).

Процес старіння був відкритий в 1906 р. німецьким інженером А.

Вильмом на винайденому ним дуралюмінії, якийзгодом став найважливішим видом зміцнюючої термообробкикольорових сплавів.

Старі́ння матеріа́лів — поступове незворотне змінювання властивостей об'єкта, спричинене хімічними та (або) фізичними процесами, що самочинно протікають в матеріалах.

Причини старіння матеріалів

Старіння притаманне матеріалам з підвищеним рівнем внутрішньої енергії. Такі матеріали перебувають у нестійкому (метастабільному) стані і схильні переходити у стійкіший (стабільніший) стан. У металевих та напівпровідникових матеріалах старіння пов'язане з розпадом твердого розчину. На властивості металів (сплавів) воно може впливати як позитивно, так і негативно. Для напівпровідникових матеріалів (наприклад, на основі германію чи кремнію) старіння — явище негативне: призводить до зміни механічних і фізичних властивостей, погіршує основні параметри напівпровідникових приладів. Запобігають йому додержанням високого рівня чистоти цих матеріалів (кількість домішок у них має бути менша за 5·10⁻³%). В аморфних металевих сплавах і силікатних матеріалах (наприклад, у склі) старіння пов'язане з переходом їх з аморфного стану в кристалічний. У процесі старіння аморфні сплави втрачають високі механічні та антикорозійні властивості, їхній електричний опірзначно знижується, у скла зменшується прозорість, підвищується крихкість, зростає газопроникність.

Старіння спостерігається в твердих тілах, полімерах та рідких сумішах. В газах і низькомолекулярних чистих рідинах старіння не відбувається через те, що вони здатні швидко переходити у стан термодинамічної рівноваги.

Основні види старіння:

· старіння металів в основному пов'язане з дифузією атомів металу. Особливе значення має старіння сталей;

· магнітне старіння призводить до поступової зміни магнітних властивостей під дією змінних магнітних полів, перепадів температури, вібрації та інших факторів.

· старіння колоїдних систем має багато проявів, серед яких відомі коагуляція, коалесценція, седиментація, синерезис;

· старіння полімерів — це деструкція макромолекул (або, навпаки, їх зшивання) під дією тепла, опромінення, води, повітря та інших факторів.

Заходи проти старіння матеріалів

Щоб не допустити старіння матеріалів, їх експлуатують при температурі значно меншій за температуру кристалізації. Старіння полімерів сповільнюють уведенням стабілізаторів.

Слід відрізняти старіння від інших форм деградації матеріалу, таких як у тома — локалізовані зміни структури матеріалів під дією напруження та корозія — хімічна взаємодія матеріалу із речовинами навколишньогосередовища (вологою, атмосферним киснем

38. ХТО. Фізико-хімічні основи ХТО.

Хіміко термічною обробкою (ХТО) сталі називається процесзміни хімічного складу, мікроструктури та властивостей поверхневих186шарів деталей. Зміна хімічного складу поверхневих шарів деталей досягається в результаті їх взаємодії з оточуючим середовищем -твердим, рідким, газоподібним, в якому проводять нагрівання. Врезультаті зміни хімічного складу поверхневого шару, змінується також його фазовий склад та мікроструктура.

Хіміко-термічна обробка, як і поверхневе гартування, є методомповерхневого зміцнення стальних деталей машин. Однак, в цьомувипадку зміцнення поверхонь деталей машин зумовлене утворенням в поверхевому шарі дуже твердих та міцних хімічних сполук, таких як карбіди, нітриди та бориди заліза. Крім того, ці сполуки мають високу корозійну та жаростійкість, що дозволяє використовувати таку обробку для захисту металів від корозії та окислення при високих температурах (борування, азотування, дифузійне хромування).

Тривалість обробки пов’язана з дифузією насичуючих елементів (С,N, В, Sі, Сr, Al та інші) в поверхню металу, в якому дифузія не може проходити миттєво. Тому для активізації процесу насичення застосовують обробку при високих температурах.

При хіміко-термічнін обробці деталь поміщують у карбюризатор, з насичувальним елементом. Це може бути контейнер з твердим карбюризатором (твердофазне насичення), газова реторта (газофазне насичення), або ванна з розплавом насичуючих солей (рідко фазне насичення).

Основними параметрами хіміко-термічної обробци є температура нагрівання та тривалість витримки при цій температурі. Основні елементарні процеси, що відбуваються при хіміко-термічній обробці сталей. Незалежно від методу насичення, при хіміко-термічній обробці відбуваються три елементарні процеси.

Дисоціація - розпад молекул насичувального середовища та утворення активних атомів дифундуючого елемента. Ступінь розпаду молекул речовини (%) називається ступінню дисоціації. Адсорбція - поглинання поверхнею металу активних атомів дифундуючого елементу. Цей процес протікає на границі розділу "середовище - поверхня деталі".

Дифузія - проникнення насичувального елемента всередину металу. Цей процес характеризується коефіцієнтом дифузії.

Хіміко-термічна обробка за своєю фізичною природою є дифузійним процесом. Прискорити цей процес (скоротити тривалість обробки) можна за рахунок підвищення температури. Однак, це впливає на механічні характеристики сталі - її міцність і в’язкість значно знижується.

Структура металу завжди впливає на дифузійні процеси при хіміко-термічній обробці, оскільки в реальних металах є ділянки для прискореної дифузії атомів, і перш за все це - границі зерен. Сучасні технології обробки передбачають використання структурного фактору.

Дата добавления: 2015-05-07