Химия-термиялық өңдеуді өндірісте қолдануы

Пән: Өнеркәсіп, Өндіріс
Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 13 бет
Таңдаулыға:

Жоспары:

Кіріспе

Кіріспе: Негізігі бөлім

3: 5

: 1.

Кіріспе: Химия-термиялық өңдеуді өндірісте қолдануы

3: 5

: 1. 1

Кіріспе: Химия-термиялық өңдеудің физикалық негіздері

3: 5

: 1. 2

Кіріспе: Химия-термиялық өңдеудегі қарапайым процестер

3: 5

: 1. 3

Кіріспе: Металды термиялық өңдеу тәжірибесі

3: 6

: 1. 4

Кіріспе: Химия-термиялық өңдеудің даму келешегі

3: 11

Кіріспе: Қорытынды

3: 13

Кіріспе: Қолданылған әдебиеттер тізімі

3: 15

Кіріспе

Химия-термиялық өңдеу металлургияда, машина жасауда және өнеркәсіптің басқа да маңызды салаларында металл өнімдерінің құрылымы мен қасиеттерін өзгерту үшін машиналардың, механизмдердің құрылымдардың механикалық және пайдалану қасиеттерін арттыру, металл сыйымдылығын төмендету бағытында кеңінен қолданылады.

Қазіргі уақытта осы заманғы технология нысан қалыптастыру және термиялық өңдеу процестерінің қасиеттері алдын ала берілген, прогрессивті материал және энергия сақтаушы жаңа материалдарды жасауды да, қолдануды да біріктіреді.

Термиялық өңдеудің осы заманғы технологиялық процестерін жасау негізіне бір уақытта технологиялық, ұйымдастыру және экономикалық принциптерді салады. Технологиялық принцип берілген қасиеттерді ең жоғары өнеркәсіптік және экономикалық тәсілдердің жиынтығымен тез алуды қамтамасыз ететін осындай процестер мен техникалық құралдарды енгізуді қарастырады. Ұйымдастыру принципі технологиялық процестердің сипаты, жұмыс тәсілдері мен үлгілері, өнеркәсіптің техникалық құралдары аталған термиялық бөлімшенің ұйымдастыру құрылымына толық сәйкес келуі және өнеркәсіптік бағдарламаның орындалуын қамтамасыз ету керектігін талап етеді. Экономикалық принцип технологиялық процестердің тек қана жоғары сапалы орындалуына емес, сондай-ақ еңбек, энергетикалық және материалдық ресурстардың барынша үнемі кезінде өнеркәсіптің ең төменгі шығындары, сондай-ақ күрделі салымдардың барынша тиімді пайдалануылына сүйенеді.

Химия-термиялық өңдеу жалпы заводтық бұйымдарды дайындау процесінің құрамдас бөлігі болып табылады. Күрделі бұйымдарды өндіру кезінде химия-термиялық өңдеу, оны кешенді технологиялық аралас процестер түрінде күрделі өнеркәсіптің процестерімен біріктіре отырып және көбінесе нысан қалыптастыруда бірнеше рет қолданылады.

Химия-термиялық өңдіріс жаңа энергия көздеріне, жаңа ортаға, материалдарға өте төзімді бейімделгіш болып шықты. Мәселен, энергияның жоғары шоғырланған көздері - лазерлерді, төмен температуралы плазманы, электронды зеңбіректерді игеру - беттік нығайтудың жаңа технологиялық процестерін әзірлеуге әкеледі: лазерлік беттік нығайту, электронды сәуле арқылы беттік шыңдау, иондық бомбалаумен затқа конденсациямен жабын жағу (КИБ технологиясы) . Химия-термиялық өңдеуді жүргізу кезінде бақыланатын атмосфера және вакуум кеңінен қолданылуда. Алыс емес болашақта химия-термиялық өңдеу үшін барлық металдың 50%-іне дейін бақыланатын атмосфера және вакуумда қыздыру жобалануда. Суда еритін полимерлерді әзірлеу салқындату мүмкіндіктерінің диапозоны жеңіл реттелетін синтетикалық шыныққан ортасының жаңа класын құруға мүмкіндік береді. Бұл орталар шынықтырып салқындатуды идеалдыға жақын режимде, яғни перлиттік және мартенситтік интервалдарда берілген жылдамдықта жүзеге асыруға мүмкіндік береді.

1. 1 Химия-термиялық өңдеудің физикалық негіздері

Химия-термиялық өңдеу (ХТӨ) - жылулық әрекеттерді химиялықпен үйлестіретін, нәтижесінде металдар мен қорытпалардан жасалған бұйымдардың беттік қабаттарының қасиеттері мен құрылымын, құрамын өзгертетін, термиялық өңдеу. Химия-термиялық өңдеудің мақсаты - беттік қабатқа тиісті пайдалану қасиеттерін беру: жоғары қаттылық пен тозуға төзімділік, шаршау мен түйіспелі шыдамдыққа жоғарлатылған кедергі, электр-химиялық және газды коррозияға қорғаныс.

Химия-термиялық өңдеу активті қанықтырушы ортада қыздыру кезінде атомдық күйіндегі элементтер диффузиясы арқасында орындалады. Сонымен бұйымдар беттерін металл және металл емес түрлі элементтермен диффузиялы қанықтыру технологиялық процестеріне жатады. Машина жасау стандарты бойынша химия-термиялық өңдеудің классификациясы диаграммада келтірілген.

Машинаның жауапты бөлшектерінің ұзақ қызмет көрсетуін жоғарылату үшін цементтеу, азоттау, нитроцементтеу процестері қолданылады. Тіпті болмаса бормен, кремниймен және басқа металдармен беттік қанықтыру қолданылады.

1. 2 Химия-термиялық өңдеудегі қарапайым процестер

Химия-термиялық өңдеу процесінің төрт кезенің ажыратады. Біріншісі - түрлі химиялық ыдырау реакциялары нәтижесінде бастапқы (қоршаған ортада) ионизацияланған (атомарлы) күйде активті диффузиялаушы элементтің түзілуі.

Екінші кезең - бұйым бетімен түзілген активті атомдардың абсорбциясы. Физикалық (қайтымсыз) және химиялық абсорбцияны (хемосорбция) ажыратады. Абсорбция металдар мен қорытпалардың тең салмақты емес беттік қабатының еркін энергиясынан пайда болады. Физикалық абсорбция Ван-дер-Ваальстің тартылу күштері әрекетінің арқасында өнделетін бетпен қанықтырушы элементтің абсорбцияланған атомдарының ілінісуіне әкеледі. Хемосорбция кезінде берік химиялық байланыстардың түзілуімен металл беттің атомдары мен абсорбциялаушы атомдар арасында өзара әрекеттесу жүреді. Екінші кезең нәтижесінде беттік қабат диффузиялаушы элементпен қанықтырылады және процестің келесі кезеңінің әрекет етуші күші болып табылатын, концентрация градиенті пайда болады.

Үшінші кезең - бұл өңделетін металл торында абсорбцияланған атомдардың орын ауыстыруы (диффузия) . Бетте абсорбцияланған атомдардың шоғырлануы беттен өңделетін бұйымның тереңіне дейін диффузиялаушы ағының пайда болуына және қалыптасуына әкеледі.

Химия-термиялық өңдеу процесінің бірінші және екінші кезеңдері үшінші - диффузиялылыққа қарағанда айтарлықтай жылдам өтеді. Үшінші кезеңде диффузиялы аймақтың құрылымы мен қасиеті қалыптасады, ол химия-термиялық өңдеу процесінің жылдамдығын анықтайды. Диффузия процесін үдететін факторлар - бұл бұйымның өңделу технологиясының ұзақтылығын қысқартатын, температураны жоғарылату мен концентрация градиентін көбейту.

1. 3 Металды термиялық өңдеу тәжірибесі

Термиялық өңдеудің кез келген түрі болатты белгілі температураға дейін қыздыруды қажет етеді. Болат мұнай немесе газбен жағылатын жалынды пештерде, кедергілі электр пешінде, балқытылған қорғасын немесе тұз құйылған астайларда қыздырылады. Соңғы кезде металдарды қыздыру үшін жоғары жиілікті айнымалы токты пайдаланып жүр. Термиялық өңдеудің жұмыс өнімділігі қыздырғыш пештердің қыздыру жылдамдығына байланысты. Қыздыру жылдамдығы жоғары пештерге жататыңдар: индукциялы пештер, қорғасын астауы, тұз астауы, газ немесе мұнай пештері, ең соңында - кедергілі электр пештері.

Термиялық өңдеу мынадай түрлеге бөлінеді:

Күйдіру;
Нормальдау;
Шынықтыру;
Жұмсарту;
Химия-термиялық өңдеу.

1. Күйдіру. Күйдірудің өзі мынадай алты түрге бөлінеді: а) рекристализациялық күйдіру (қайта кристалдау үшін), б) толық күйдіру, в) шала күйдіру, г) түйіршікті перлитке күйдіру, д) изотермиялық күйдіру, е) диффузиялық күйдіру.

а) Суық күйінде өнделген (прокаттау, штамптау, созу, т. б. ) бөлшектерді ішкі кернеулерін жою, тұтқырлығы мен пластикалық қасиеттерін арттыру үшін оларды рекристалдық күйдіру (қайта кристалдау) арқылы өңдейді. Рекристалдық күйдіруде металды рекристалдау температурасынан жоғары температураға дейін қыздырып, біраз уақыт сол температурада ұстағаннан кейін белгілі жылдамдықпен суытады;

б) Толық күйдіру эвтектикаға дейінгі болаттарды толық өңдеу үшін қолданылады. Толық күйдіруде металды 20-40 ^о С жоғары қыздырып, сол температурада белгіді ұстағаннан соң аз жылдамдықпен суытады. Мұндай әдіспен өңделген металдың құрылымы майдаланып, ішкі кернеуі жойылады және жұмсарып, механикалық өңделгіштік қасиеті артады.

в) Шала күйдіру арқылы өңдегенде металды Ас аралығындағы температураға дейін қыздырып, сол температурада біраз уақыт ұстағаннан соң аз жылдамдықпен суытады. Термиялық өңдеудің бұл түрінде қайта кристалдану процесі толық жүрмегендіктен, феррит (эвтектоидқа дейінгі болаттағы) пен цементит (эвтектоидтан кейінгі болаттағы) өзгермейді.

г) Түйіршікті перлитке күйдіруде болатты 750-780 ^о С-қа дейін қыздырып, сол температурада біраз уақыт ұстағаннан кейін баяу жылдамдықта суытады. Термиялық өңдеудің бұл әдісі эвтектоидқа дейінгі және одан кейінгі болаттардың құрылымын түйіршікті перлитке айналдыру, пластикалық қасиетін арттырп, қаттылығы мен беріктігін кеміту үшін қолданылады. Бұл әдіспен құрал-саймандар жасауға арналған болаттар өңделеді.

д) Изотермиялық күйдіруде болатты Ас нүктесінен 20-40 ^о С қыздырғаннан соң, Az нүктесінен 500-200 ^о С температураға дейін тез суытып, сол температура аралығында белгілі уақыт ұстап, белгілі жылдамдықпен суытады. Өңдеудің бұл түріне кететін уақыт толық күйдіруге қарағанда әлдеқайда аз.

е) Диффузиялық күйдіруде болатты Ас _з немесе Ас _м нүктелерінен 30-50 ^о С жоғары температураға дейін қыздырып, сол температурада ұзақ уақыт ұстап, 800-850 ^о С-қа дейінгі пешпен бірге, сонан соң ауада суытады.

2. Нормальдау. Металды Ас _з немесе Ас _м нүктелерінен 30-50 ^о С жоғары температураға дейін қыздырып, сол температурада ұзақ уақыт ұстағаннан кейін ауада суыту арқылы өңдеуді нормальдау дейді. Қыздырған кезде болаттың құрылымы аустенитке айналып, суығанда күйдіргендегі сияқты, оның құрылымындағы көміртегінің мөлшеріне байланысты феррит-перлитке немесе перлит-цементитке айналады.

Нормальдау процесіндегі болаттың суыту температурасының дәрежесі жоғары болғандықтан жоғары дисперсиялы перлит түзіліп, эвтектоид ертісіндегі перлиттің мөлшері артады. Сондықтан нормальданған болаттың күйдірілген болтақа қарағанда қаттылығы мен беріктілігі жоғары болады. Нормальдау болаттың тығыздығы мен ішкі кернеуін жою үшін, орташа мөлшерлі көміртекті болаттардың механикалық қасиеттерін арттыру және болатты одан әрі өңдеуге дайындау үшін қолданылады.

3. Шынықтыру . Металды кризистік нүктеден 30-50 ^о С жоғары қыздырып, сол температрада біраз уақыт ұстағаннан кейін үлкен жлдамдықпен суытуды шынықтыру дейді. Осының нәтижесінде болаттың құрылымы мартенситке айналып, қаттылық, беріктік, үйкеліске беріктік қасиеті артады.

Шынықтыру толық шынықтыру және шала шынықтыру болып екіге бөлінеді. Қыздыру температурасы болаттың құрамындағы көміртегінің мөлшеріне байланысты болады.

Эвтектоидқа дейінгі болаттардың құрылымы феррит пен перлиттен тұрады. Осы болатты Лез нүктесінен жоғары температураға дейін қыздырсақ, оның құрылымы аустенитке, ал кризистік жылдамдықпен суытсақ мартенситке айналады. Металды термиялық жолмен осылайша өңдеу әдісін толық шынықтыру деп атайды.

Егер болатты Ас нүктесінен жоғары Асг нүктесінен төмен температураға дейін қыздырсақ, құрылымы аустенит пен ферритке, ал суытсақ аустенит мартенситке айналып, феррит өзгермей қалады.

Сондықтан мұндай шынықтырудан кейінболаттың құрылымы мартенсит пен ферритке айналады, ал металды мұндай жолмен өңдеуді шала шынықтыру дейді.

Құрылымында феррит болғандықтан шала шыныққан болаттың қаттылығы мен берктігі төмен болады. Эвтектоидтан кейінгі болаттарды шынқтыру үшін Асх нүктесінен 30-50 ^о С жоғары температураға дейін қыздырып, белгілі жылдамдықпен суытады. Болатты шынықтыру процесін дұрыс жүргізу шынықтыру ортасын дұрыс таңдап алу және мартеситтін, өзгеру температурасынан жоғары температурада аустениттік ыдырауына жол бермеуге байланысты болады. Сондықтан суыту ортасынан әр түрлі температура аралықтарында суыту жылдамдығы әр түрлі болуы керек.

Термиялық өңдеуде суытқыш орта ретінде су, ауа, майлар және тұздар ертіндісі пайдаланылады. Көміртекті болаттардың кризистік суыну жылдамдығы жоғары болғандықтан, аустениттің тұрақсыз күйіне сәйкес, температура аралағында оларды үлкен жылдамдықпен суыту үшін суытқыш орта ретінде су қолданылады. Суда шынықтырылған болаттың кемшілігі оның майысатығында және онда ішкі кернеулерінің пайда болатындығында. Осы кемшіліктерге жол бермеу үшін болатты суыту жылдамдығы әр түрлі ортада суытады.

Шынықтыру әдісі мынадай түрлерге бөлінеді: бір сутықыш ортада шынықтыру, үзілісті шынықтыру, сатылы шынықтыру изотермиялық шынықтыру, жергілікті шынықтыру.

Бір суытқыш ортада шынықтыру термиялық өңдеудің, басқа түрлеріне қарағанда техникада жиі қолданылады. Термиялық өңдеудің бұл түрінде болат белігілі температураға дейін қыздырылып, сол температурада біраз уақыт ұсталғаннан соң, белігілі ортада кризистік жылдамдықтан жоғары жылдамдықпен суытылады. Көміртекті болаттар суда, легірленген болаттардың диаметрі 5-8 миллиметрден жоғары, көміртекті болаттар майда шынықтырылады.

Металды бірден әр түрлі суыту орталарында шынықтыру арқылы өңдеуді үзілісті шынықтыру деп атайды. Шынықтыру температурасына дейін қыздырылған болатты аустениттің тұрақсыз күйіне сәйкес температура интервалынан тез өткізу үшін мартенситті өзгеріс температурасынан жоғары температураға дейін суда суытып, одан кейін қалыпты температураға дейін майда суытады. Майдық суыту жылдамдығы төмен болғандықтан, болаттық температурасы мартенситтің өзгеріс температурасы аралығынан баяу өтеді.

Сатылы шынықтыруда шынықтыру температурасына дейін қыздырылған болат мартенситтің өзгеріс температурасынан шамалы жоғары температураға дейін қыздырылған ортаға салынып, біраз уақыт ұсталғаннан соң, ауада баяу жылдамдықпен суытылады. Соның нәтижесінде болаттың құрылымы аустенит мартенситке айналады.

Изотермиялық шынықтыру сатылы шынықтыруға ұқсас, айырмасы текмынада ғана: аустенит цементит-феррит қоспасына немесе ине тәрізді троститке айналу үшін болатты қыздырған ортада, аустеннитің изотермиялық өзгеріс температурасынан төменгі температура аралығында суытады.

Изотермиялық шынықтыру 250-400 ^о С температурада жүреді. Изотермиялық әдіспен шынықтырылған болаттың механикалық қасиеті оның құрылымына байланысты. Мұндай болаттың деформация болу, сызаттар түсу, майысу сияқты кемшіліктері болмайды. Өздігінен жұмсарту арқылы шынықтыруда шынықтыру температурасына дейін қыздырылған болат белгілі суыту ортасында шамалы суытылғаннан соң одан алынып ауада суытылады. Осы кезде металдың ішкі жағындағы жылу оның шыныққан сыртқы бетін қыздырып жұмсартады. Термиялық өңдеудің бұл әдісі құрал-саймандарды шынықтыруда қолданылады.

Жергілікті шынықтыру металдардың белгіді бөліктерін өңдеу үшін қолданылады. Термиялық өңдеудің бұл әдісіне болатты балқытылған қорғасында немесе жоғары жиілікті индукциялы пештерде қыздырады.

4. Жұмсарту. Болатты Ас температураға дейін қыздырып, қайта суытуды жұмасрту дейді. Жұмсарту металдың түріне байланысты әр түрлі температураға дейін қыздыру арқылы жүргізіледі. Нәтижеде болаттық қаттылығы, беріктігі, үйкеліске беріктігі төмендеп, тұтқырығы мен пластикалық қасиеттері жоғарылайды.

Жұмсарту, қыздыру температураға байланысты төмен температурада, орташа температурада және жоғары температурада жұмсарту болып үшке бөлінеді. Төмен температурада жұмсарту нәтижесінде болаттың ішкі кернеуі жойылады, қаттылығы мен беріктігі төмендеп, пластикалық қасиеттері жоғарылайды. Жоғары температурада жұмсартылған болаттың құрылымы сорбитке айналады.

Төмен температурада жұмсартуда болаттың температурасы оның түсінің өзгерісі бойынша анықталады. Болаттың түсі температураның жоғарылауына байланысты былайша өзгереді: ашық сары, қызғылт сары, қызғылт көгілдір және көк.

1. 4 Химия-термиялық өңдеудің даму келешегі

Қазіргі таңда әлемдік тәжірибеде химия-термиялық өңдеуді белсендіргіштермен бірге ұнтақты қоспаларда, тұздардың балқымаларында және газды қоспаларда жүргізеді. Белсендіргіштерді қолдану, мысалы, цементтеу кезінде, BaCO ₃ , Ba(CHCOO) ₂ , алиттерлеу, хромдау, титандау кезінде NH ₄ Cl, NH ₄ J, NH ₄ F ұнтақты қоспалардағы диффузиялы қанықтырудың процесін газды фаза арқылы іске асыруға мүмкіндік береді. Бірақ ұнтақты қоспаларды дайындағанда қоршаған орта экологиясының бұзылуы және пештерде диффузиялы қанықтырудың температурасына дейін қыздырған кезде контейнерлерден артық газдарды бөлінуі жүреді. Сондықтан да химия-термиялық өңдеудің ұнтақты тәсілі өзінің қарапайымдылығы мен арзан болуына қарамастан, келешекті емес болып табылады. Сонымен бірге машина бөлшектері мен құрал-саймандарын белсендірілген тұздардың балқымаларында өңдеу әдісі келешексіз, себебі тұзды ванналарының болуы ваннаға ылғал түскен кезде немесе болаттарды цияндағанда жарылыс тудыруы мүмкін. Тұзды ванналардың құрамында ұлы зиянды қосылыстарды (NaCN, KCN) қолдану өндірістік санитарияның бұзылуына әкеледі.

Машина жасау зауыттарында азоттаудың, цементтеудің және интроцементтеудің газды тура ағынды әдістері кең таралған. Олар химия-термиялық өңдеудің неғұрлым жетілдірілген түрлеріне жатады. Бірақ онда да жетіспеушіліктері баршылық. Өтпелі пештердегі газды цементтеу табиғи газдың көп шығынын талап етеді, ол өз кезегінде газогенеторларда толығымен жанбағанынан кейін көмірсутектер мен аммиактың балласты газтасымалдаушысы ретінде пайдаланылады. Бұдан басқа цементтеуден немесе нитроцементтеуден кейін бөлшектер бетінде жоғары қаттылықты алу үшін шынықтыру мен төменгі босаңдату қажет. Сонымен қатар беттің ажарлауын қажет ететін, бөлшектердің шалыстығы пайда болады.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.