Термическая и химико-термическая обработка металлов

В целях получения более высоких или специально заданных свойств изделия из металлов и сплавов подвергают термической обработке. Такая обработка заключается в изменении структуры сплава путем его предварительного нагрева до заранее определенных температур, некоторой выдержке при этих температурах и последующего охлаждения по заданному режиму.

Шире всего применяют отжиг, нормализацию, закалку и отпуск стали.

Отжиг стали производят в тех случаях, когда необходимо уменьшить твердость, повысить пластичность и вязкость, улучшить обрабатываемость. Отжиг стали производят путем нагрева ее до температуры выше верхних критических точек на 20...50 СС выдержки при такой температуре до полного прогрева слитка с последующим очень медленным охлаждением.

Нормализация заключается в нагреве стали на ЗО...5О°С выше критических точек, непродолжительной выдержке при этой температуре и последующем охлаждении на воздухе. Нормализацию стали применяют в тех случаях, когда необходимо получить мелкозернистую однородную структуру с более высоким твердостью и прочностью, но с несколько меньшей пластичностью, чем после отжига.

Закалка стали заключается в нагреве ее до температуры образования аустенита, выдержке при этой температуре и последующем быстром охлаждении. Закалке подвергают готовые изделия с целью повышения твердости, и прочности. Изделия, от которых требуются высокое сопротивление истиранию и повышенная вязкость, подвергают поверхностной закалке; При поверхностной закалке повышаются твердость и износостойкость только поверхностных слоев изделия.

Отпуском называют термическую обработку, при которой закаленную сталь нагревают до температуры ниже критических точек, выдерживают при этой температуре, а затем охлаждают. Цель отпуска — уменьшение внутренних напряжений, снижение твердости и хрупкости, повышение пластичности.

Химико-термическая обработка стали заключается в изменении химического состава стали на поверхности изделия и последующем проведении термообработки.

Цель ее — упрочнение поверхностных слоев стали (повышение твердости, усталостной прочности, износостойкости), изменение физико-химических и других свойств (коррозионных, фракционных).

От поверхностной закалки данный вид обработки отличается тем, что предварительно производят насыщение поверхности обрабатываемых изделий различными элементами (С, N, Al, Si, Cr и др.).

Цементация — поверхностное насыщение малоуглеродистой стали (С<0,3 %) углеродом с последующими закалкой и отпуском с целью получения детали с твердой поверхностью и вязкой сердцевиной. Цементацию можно проводить в твердой, жидкой или газообразной среде. При закалке сердцевина цементированных изделий будет мягкой и вязкой, а поверхностный слой — твердым и прочным.

Азотирование — процесс поверхностного насыщения стали азотом путем выдержки стали, нагретой до 500...650°С, в атмосфере аммиака NH3. Азотирование стали значительно повышает ее поверхностную твердость увеличивает износоустойчивость и предел усталости стали, повышает сопротивление коррозии.

Цианирование - одновременное насыщение поверхности стального изделия азотом и углеродом, производится для повышения твердости, износоустойчивости и усталостной прочности деталей.

Диффузионная металлизация — процесс поверхностного насыщения стали алюминием, хромом, кремнием, бором и другими элементами. Его осуществляют путем нагрева и выдержки стальных изделий в контакте с одним или несколькими из элементов. Такая обработка изделия придает поверхностным слоям стали жаростойкость, износоустойчивость, сопротивление коррозии.

20. Гипсовые вяжущие вещества: сырье, производство, технические свойства, применение в строительстве.

Неорганическими вяжущими веществами называют порошкообразные материалы, которые при смешивании с водой образуют пластично-вязкое тесто, способное со временем самопроизвольно затвердевать в результате физико-химических процессов. Неорганические вяжущие делят на 2 группы: воздушные и гидравлические. Воздушные вяжущие способны затвердевать и длительное время сохранять прочность на воздухе. По химическому составу они делятся на 4 группы:

гипсовые вяжущие, основой которых является сернокислый кальций;

магнезиальное вяжущее, содержащее каустический магнезит;

жидкое стекло – силикат натрия или калия;

известковые вяжущие, состоящие главным образом из оксида кальция СаО.

Гидравлические вяжущие твердеют и длительное время сохраняют прочность не только на воздухе, но и в воде. Они в основном состоят из из соединений четырех видов: CaO-SiO₂-Al₂O₃-Fe₂O₃. Три основные группы гидравлических вяжущих:

силикатные цементы, состоящие преимущественно из силикатов кальция; к ним относится ПЦ и его разновидности;

алюминатные цементы, вяжущей основой которых являются алюминаты; главным из них является глиноземистый цемент и его разновидности;

гидравлическая известь и романцемент.

Гипсовые вяжущие -это воздушные вяжущие, состоящие в основном из полуводного гипса или ангидрита и получаемые тепловой обработкой сырья и помолом. Сырье: природный гипсовый камень (CaSO₄2H₂O) или ангидрит (CaSO₄).

Г.В.В. подразделяются в зависимости от температуры тепловой обработки на две группы:

Низкообжиговые г.в. получают тепловой обработкой природного гипса при температурах (110-180^оС). Они состоят преимущественно из полуводного гипса CaSO₄0.5H₂O. CaSO₄*2H₂O=CaSO₄*0.5H₂O+1.5H₂O–83.47 кДж/моль. К низкообжиговым гипсовым вяжущим относятся

строительный (изготовляют обжигом гипсовой породы в котлах или печах, гипсовый камень сначала разламывают, а потом в виде порошка нагревают в котлах, прочность при сжатии 10-12МПа, водопотребность 50-70%);

формовочный (содержание CaSO₄ в гипсовом камне не менее 95%,);

высокопрочный гипс (термическая обработка под давлением пара с последующей сушкой и измельчением, содержание CaSO₄ в гипсовом камне не менее 95-97%, прочность при сжатии 18-25МПа, водопотребность 30-40%).

Высокообжиговые гипсовые вяжущие вещества изготавливают путем обжига гипсового камня при высоких температурах – 600-900^оС. Они состоят преимущественно из ангидрита CaSO₄. К ним относятся ангидритовый цемент и высокообжиговый гипс.

Ангидритовый цемент получают путем совместного помола природного или искусственного ангидрита (600-700 ⁰С) и различными минеральными активизаторами твердения (известь, обожженный доломит, горючие сланцы) водопотребность 30-35%, прочность 5-20МПа.

Высокообжиговый гипс (эстрих - гипс) получают обжигом (600-700 ⁰С) двуводного гипса с последующим измельчением. Для высокообжиговых гипсовых вяжущих прочность при сжатии 10-20МПа, водопотребность 30-35%. Тонкость помола характеризуется остатком в % на сите с сеткой № 02.

По срокам схватывания гипсовые вяжущие делятся на: А - быстросхватывающиеся (2-15 мин), Б - нормально схватывающиеся (6-30мин), В - медленно схватывающиеся (более 20 мин). Прочность при изгибе 1,2-8МПа. Марки по прочности при сжатии в МПа: Г-2, Г-3,… Г-25.

Марки Г-2 до Г-7 применяют для изготовления тонкостенных строительных изделий и декоративных деталей. Марки до Г-25 (Б, В) применяют в штукатурных работах, для заделки швов и в специальных целях.

Для повышения прочности и ускорения сроков схватывания гипсовые вяжущие добавляют в известково-песчаные растворы.