Структура и свойства поверхностного слоя деталей из серого чугуна после упрочнения оксидами железа и хрома

• Автор: Фролов, Виктор Александрович
• Шифр специальности: 05.16.09
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Курган
• Количество страниц: 155 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

1. Состояние вопроса. Серый чугун. Структура, свойства,

термическая обработка, применение

1.1 Классификация чугунов

1.2. Графитизация чугуна

1.3. Серый чугун

1.3.1. Графитизация

1.3.2. Микроструктура

1.3.3. Механические свойства серого чугуна

1.3.4. Фрикционные свойства серого чугуна

1.3.5. Износостойкость
1.3.6. Влияние химического состава на структуру и свойства серого чугуна
1.3.7. Термическая обработка серого чугуна
1.3.7.1. Закалка
1.3.7.2. Нормализация
1.3.7.3. Огжиг для снятия напряжений
1.3.7.4. Низкотемпературный отжиг для улучшения обрабатываемости
1.3.8. Термообработка и поверхностное хромирование
серого чугуна
1.3.9. Лазерная обработка поверхностей деталей из серого
чугуна
1.3 Применение серого чугуна для деталей машин
1.4. Основные выводы, постановка задачи исследования
2. Теоретическое обоснование диффузионного процесса окисления марганца, кремния и углерода основы ферритоперлитного серого чугуна
2.1. Теоретическое обоснование метода поверхностного
упрочнения ферритоперлитного серого чугуна
2.2. Термодинамический анализ процесса взаимодействия оксида железа с кремнием, марганцем и углеродом серого чугуна
2.2.1. Система Ре 5г РеОт ЯЮ2т
2.2.2. Система Ре Мпт РеОт МпОт г
2.2.3. Система Ре Сг РеОг Рср СОСОуг
2.3. Термодинамический анализ процесса взаимодействия оксида хрома с кремнием и марганцем серого чугуна
2.3.1. Система Ре Сгт Сгзт РеОСгт г
2.3.2. Термодинамический анализ системы Ре Сгс ре Сг СЬ г
2.3.3. Термодинамический анализ системы
Ре Мп Сгвре Сгзг МппОп,т О при К
2.3.4. Термодинамический анализ системы Ре Мп Сгв рв Сгзт МпОг
2.4. Зависимость предельной растворимости углерода от содержания хрома в аустените
2.5. Условия образования карбида хрома в растворе Ре С Сгг
2.6. Основные выводы по главе
3. Методика исследования диффузионного слоя после окисления деталей из ферритоперлитного серого чууна окалиной и оксидом хрома
4. Поверхностное упрочнение деталей из ферритоперлитного серого чугуна диффузионным окислением железной окалиной РеО
4.1. Поверхностное упрочнение ферритоперлитного серого чугуна
4.2. Планирование и обработка двухфакторного эксперимента по изучению влияния температуры и времени выдержки на толщину упрочненного слоя при диффузионном окислении ока
линой деталей из серого чугуна
4.3. Химический состав диффузионного окисленного слоя
4.4. Твердость и износостойкость упрочненного поверхностного
слоя деталей из ферритоперлитного серого чугуна
4.5. Сварка деталей из ферритоперлитного серого чугуна
4.6. Основные выводы по главе
5. Диффузионное хромирование ферритоперлитного серого чугуна
оксидом хрома
5.1. Обоснование процесса окисления основы ферритоперлитного серого чугуна оксидом хрома Сг3
5.2. Диффузионное хромирование ферритоперлитного серого чугуна оксидом хрома Сг3
5.3. Планирование и обработка двухфакторного эксперимента при диффузионном хромировании оксидом хрома деталей из серого чугуна
5.4. Химический состав хромированного окисленного слоя
5.5. Твердость и износостойкость диффузионного слоя
5.6. Основные выводы по главе
Заключение
i гисок литературы
Приложения
Приложение 1 Техникоэкономическое обоснование процесса
диффузионного хромирования
Приложение 2 Фрагменты спектра определения массовых содержаний элементов в хромированном чугуне СЧ, полученный на спектрометре Спектроскан М
Приложение 3 Аппроксимация экспериментальных данных по методу наименьших квадратов с использованием программы v
Приложение 4 Акты внедрения результатов разработок
ВВЕДЕНИЕ


Пластинчатый ледебурит характерен для белого чугуна1. Структура белого чугуна при комнатной температуре состоит из цементита и перлита. Белый чугун обладает высокой твердостью и хрупкостью. Термическая обработка белого чугуна применяется только для его графитизации выделение графита, которая повышает износостойкость деталей из белого чугуна при работе в условиях сухого трения. В результате отжига отливок из белого чугуна получают ковкий чугун. В микроструктуре серого чугуна название получил по виду излома различают металлическую фазу и графитные включения. Структура его состоит из перлита с включениями графита в виде прожилок. Как известно, перлит содержит 0,8С, поэтому в сером перлитном чугуне это количество углерода находится в связанном состоянии т. С, остальное в свободном виде, т. Структура этого чугуна состоит из феррита, перлита и включений графита. Зв. В этом чугуне металлической основой является феррит, поэтому, практически, весь углерод присутствует в нем в форме графита 7. Рис. Микроструктура чугуна с различной формой графита а пластинчатая форма графита обычный серый чугун х 0 б шаровидная высокопрочный чугун х 0 в хлопьевидный ковкий чугун х 0. Рис. Микроструктуры серых чугунов, х 0 а серый чугун на перлитной основе б серый чугун на ферритоперлитной основе в серый чугун на ферритной основе. Таким образом, структуры металлической основы серого чугуна похожи на эвтектоидную, доэвтектоидную сталь и железо. Графитизация чугуна. Процесс выделения графита в чугунах, обусловленный нестабильностью карбида Ре3С при атмосферном давлении, называется графитизацией. На рис. РеС, которая состоит из двух диаграмм диаграммы РеРе3С и диаграммы РеС графит. Первая обозначена сплошными линиями, вторая штриховыми. Жидкость. Жидкость. У У 1 1 1 истенит иенентит тсричныйледесурит иемеититАнетеннтУ 1 1 Чем цели гнтш лрд. Аустекит Ьцепент7 Чтеричкуй. V П киемгнтит риамсй перлит Ь II. НЗ 1питцементит Мцрит , , Цементит УлепРичныдк ледебирит цементит перлит
во т. Рис 1. Диаграмму РеРе3С называют диаграммой метастабильных равновесий, так как цементит есть фаза метастабильная и при атмосферном давлении он всегда склонен к распаду на железо и графит в углеродистых сталях такой распад никогда не происходит и эти стали описываются только диаграммой Ре Ре3С. Лишь при очень высоких давлениях цементит и графит меняются местами первый становится стабильной фазой, а второй метастабильной. В этом случае графит стремится превратиться в цементит или другие карбиды железа 2. Из диаграммы состояния сплавов Ре С рис. Ре С при атмосферном давлении всегда, при любой температуре, сохраняют склонность к графитизации, если их фигуративная точка находится правее линии ОСезрС1. Действительно, линия ОСЕБРО везде расположена правее. Однако на участках ЕРЧЗ1 и СЕБРСЗ обе линии расположены очень близко друг к другу и поэтому здесь склонность сплавов к графитизации невелика. При температурах выше С расстояние между линиями СЭ и С резко возрастает, склонность к графитизации резко увеличивается, причем настолько, что предотвратить распад цементита практически не удается. В первом приближении можно считать, что расстояние между линиями БСЕБРС и П1С,Е1Р1р есть термодинамический фактор процесса графитизации, его напор. Кинетическими факторами служат обратные величины тех сопротивлений, которые препятствуют переходу от метастабильной системы к стабильной. Фазовые переходы бывают диффузионными и бездиффузионными. Графитизация является диффузионным процессом 3. Склонность чугуна к графитизации регулируют путем подбора химического состава, сочетанием графитизирующих или антиграфитизирующих элементов 2. Элементы, повышающие склонность к графитизации называются графитизаторами, повышающие склонность к отбелу антиграфитизаторами. Наиболее активными графитизаторами являются 5, М и А1. Кремний сильно влияет на положение точек С и С1 по шкале температур, он повышает температуру эвтектического превращения в стабильной системе и существенно понижает ее в метастабильной, что расширяет границы затвердевания чугуна в стабильной системе.