На головну

Хіміко-термічна обробка

Для зміцнення поверхневого шару деталей (твердості, зносостійкості) виробляють його диффузионное насичення різними елементами. Процес зміни хімічного складу, властивостей поверхні виробу під дією температури і навколишнього середовища заданого складу називається хіміко-термічною обробкою.

Хіміко-термічна обробка деталей застосовується в промисловості з метою підвищення: поверхневої твердості, зносостійкості, антизадирні властивостей, втомної міцності. Для різкого підвищення опору абразивного зношування перспективні процеси борирования, азотування, дифузійного хромування, що дозволяють отримати в поверхневому шарі бориди заліза, карбіди хрому або інші хімічні сполуки металів, що відрізняються високою твердістю. Метою хіміко-термічної обробки є також захист поверхні деталей від корозії в агресивних середовищах (силицирование, хромування) і освіти окалини (алитирование).

 Зазвичай деталь поміщають в середу, багату елементом, який дифундує в метал. При цьому відбуваються такі процеси: дисоціація (розподіл) молекул на атоми, адсорбція (осадження) їх на поверхні і дифузія (проникнення) в глиб матеріалу.

дисоціація - Хімічна реакція оборотного розпаду молекул і утворення атомів дифундують елемента. Термічна дисоціація відбувається при підвищенні температури, електролітична - при розчиненні електролітів (розщеплення молекул електроліту на іони), фотохімічна - при дії світла. Кількісною характеристикою служить ступінь дисоціації - Відношення числа розпалися молекул до загального числа.

адсорбція. Фізична адсорбція виникає за рахунок ван-дер-ваальсових взаємодій. Характеризується оборотністю і зменшенням адсорбції при підвищенні температури. Хімічна адсорбція (хемосорбция) здійснюється шляхом хімічної взаємодії. Вона зазвичай незворотна. На відміну від фізичної, є локалізованою, молекули не можуть переміщатися по поверхні. Підвищення температури сприяє прискоренню її протікання.

Наприклад, кисень на металах при низьких температурах адсорбується за законами фізичної адсорбції. При підвищенні температури починає протікати хімічна адсорбція. З деякою температури збільшення хімічної адсорбції починає перекривати падіння фізичної адсорбції, тому температурна залежність адсорбції має чітко виражений мінімум (рис. 4.2).

дифузія- Проникнення атомів вглиб матеріалу. На поверхні концентрація диффундирующего елемента найбільша, в міру віддалення від поверхні концентрація падає. Глибина проникнення атомів - товщина насиченого шару. Кількісно процес дифузії характеризується коефіцієнтом дифузії D (Кількістю атомів, продіффундіровавшіх через площу в 1 см2 протягом 1 с при перепаді концентрацій по обидві сторони майданчика, що дорівнює одиниці), що мають розмірність - см2· сек-1. залежність D від температури має вигляд:

D = A ?exp (- Ea / k T),

де А - Коефіцієнт, що залежить від типу кристалічної решітки; Еа - Енергія активації дифузії (еВ); Т - Абсолютна температура (K); k - Постійна Больцмана (0,8617 · 10-4 еВ / K). З рівняння випливає, що коефіцієнт дифузії дуже сильно залежить від енергії активації: чим більше Еа, тим менше D.

Тривалість процесу хіміко-термічної обробки визначається необхідною товщиною дифузійного шару. При постійних параметрах процесу (температура і ін.) Збільшення товщини шару в часі підпорядковується параболічного закону: y ~ (T)1/2. де у - Товщина шару, t - тривалість процесу. Чим більше товщина вже наявного шару, тим менше він збільшується за той же час. У приповерхневих шарах концентрація диффундирующего елемента буде зростати повільніше, ніж на глибині. Уже внедрившиеся атоми будуть служити гальмом подальшій дифузії наступних атомів.

Особливості дифузії в металах пояснюються кристалічною будовою. Якщо розчинність дифундують речовини в металі мала, то дифузія спостерігається переважно по межах зерен. У разі значної розчинності дифундують елемента в основному металі роль прикордонних шарів підвищеної розчинності зменшується. У момент фазових перетворень дифузія протікає набагато швидше.

 



 Зміцнення поверхні. Обробка ТВЧ (струмом високої частоти) |  Полімери і пластмаси. Будова, механічні властивості.

 Поверхневі дефекти кристалічної будови. |  Пружна і пластична деформація. руйнування металів |  Діаграма стану з повною розчинністю компонентів. |  Діаграма стану з повною нерастворимостью компонентів. |  Загартування і відпустку вуглецевої сталі. |  Леговані стали. Загальна характеристика. |  пластмаси |  керамічні матеріали |  композиційні матеріали |  Операції вільного кування |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати