Аллотропические модификации

ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА металлов- тепловая обработка металлич. изделий в химически активных средах для изменения хим. состава, структуры и св-в поверхности металла вследствие диффузионного насыщения её разл. хим. элементами из газовой, паровой, жидкой или твёрдой фаз. Осн. виды Х.-т.о.: цементация, азотирование, цианирование, алитирование, хромирование, силицирование. ХИМИЧЕСКАЯ связь - взаимодействие атомов, обусловливающее их соединение в молекулы и кристаллы. Действующие при образовании Х.с. силы имеют в осн. электрич. природу, но строгое описание Х.с. возможно только на базе квантовой механики. При образовании Х.с. происходит перераспределение электронных плотностей соединяющихся атомов. По характеру этого перераспределения Х.с. классифицируют на ионную (один из атомов « отдаёт» свой электрон другому, и атомы притягиваются друг к другу, как пара ионов противоположного знака), ковалентную (неполярную, если пара электронов в равной степени «принадлежит» обоим атомам, или полярную, если оба электрона тяготеют к одному из них). Существуют и др. модели Х.с., напр., координационная, металлическая. По числу пар электронов, участвующих в образовании данной Х.с., различают простые (одинарные), двойные и тройные (т.н. кратные) Х.с. Существуют и др. параметры, по к-рым характеризуют Х.с., напр, по числу атомов, непосредственно участвующих в её образовании. Одна из существ, хар-к Х.с. - энергия связи- энергия, к-рую необходимо сообщить молекуле для её диссоциации (разрыва Х.с.). ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ - наука об экономичных и минимально за-

Для поверхностного упрочнения деталей применяются также различные виды диффузионной металлизации: алитирование, хромирование, хромоалитирование и др.

Процессы, протекающие с диффузионным насыщением поверхности стали различными элементами и приводящие к изменению химического состава поверхностного слоя стального изделия, называются химико-термической обработкой. К ним относятся цементация (науглероживание), азотирование, цианирование, алитирование, хромирование, силицирование, борирование, сульфиди-рование и др. При химико-термической обработке нагрев, выдержка и охлаждение стали производятся в активной среде определенного состава, насыщающей поверхность стали различными элементами.

Химико-термическая обработка чугунных изделий производится для повышения коррозионной стойкости, 'жаростойкости, твердости и износостойкости. Применяют такие виды химико-термической обработки: азотирование, алитирование, хромирование, сулъфидирование. Характеристику процессов химико-термической обработки см. стр. 404—408.

При химико-термической обработке применяют цементацию, азотирование, цианирование, алитирование, хромирование, силици-рование и сульфидирование.*

К процессам химико-термической обработки стали относятся: цементация, азотирование, цианирование, алитирование, хромирование, силицирование, сульфидирование, борирование.

В первую очередь следует упомянуть термическую обработку металлов, значение которой трудно переоценить. Согласно классификации А. А. Бочвара [108], имеются следующие виды термообработки: рекристаллизация (отжиг первого рода), отжиг (отжиг второго рода), закалка, отпуск и химико-термическая обработка (цементация, азотирование, алитирование, хромирование, сульфидирование, борирование, ванадирование, меднение, цинкование, силицирование, нитроцементация и др.).

Все защитные покрытия условно подразделяются на разовые, многоразовые и постоянные. Все они, в свою очередь, делятся на тонкостенные и толстостенные. Долговечность постоянных покрытий соизмерима с ресурсом работы кокиля или сроком межремонтных работ. Они формируются на рабочей поверхности кокиля газопламенным или плазменным напылением, диффузионным насыщением (алитирование, хромирование, силицнрование), а также методами электрохимической (анодирование) и химико-термической (азотирование, нитроцементация, цементация) обработки.

Основные виды химико-термической обработки стали: цементация, азотирование, цианирование, нитроцементация, сульфоцианиро-вание, алитирование, хромирование, силицирование, борирование и др.

10.2.6. Алитирование, хромирование, силицирование, борирование

Диффузионное насыщение поверхностного слоя стали металлом (алюминием, хромом, кремнием, бором и др.) в целях изменения его состава и структуры называется диффузионной металлизацией. В зависимости от металла, используемого для диффузионной металлизации, различают алитирование, хромирование, силицирование, борирование и другие виды химико-термической обработки.

Цирконий имеет две аллотропические модификации: а-фазу С гексагональной плотпоупако-ванной решеткой, существующую до температуры превращения 865Q С, и fi-фазу с кубической, объемно-центрированной решеткой, существующую выше 8()Г)° С.

Титан имеет две аллотропические модификации: а-низкотемпературную с плотноупакованной гексагональной

Цирконий, благодаря малому сечению захвата, высокой температуре плавления, пластичности и высокой коррозионной стойкости цирконии получил преимущественное применение для покрытия тепловыделяющих элементов и труб (малое эффективное сечение захвата нейтронов в реакторе). Цирконий имеет две аллотропические модификации: а — с решеткой г. п. у. и Р — с решеткой о. ц. к. Температура перехода а=?*Р равна 862СС. Механические свойства циркония колеблются в зависимости от чистоты, структурного состояния и других факторов в следующих пределах: ов = 20-4-49 кгс/мм2; 0,;.2 = 5-4-20 кгс/мм2; 6 = 20-4-40%; твердость НВ 304-60. Отсюда видно, что это весьма мягкий и непрочный металл. Легирование циркония значительно упрочняет его. Известны сплавы на основе циркония с прочностью 0В = = 80-4-100 кгс/мм2 (при этом пластичность снижается до б = 3-т-5%). В качестве одного из высокопрочных сплавов циркония можно указать на сплав циркаллой, содержащий 0,5—1% Sn, 0,2% Fe и 0,3% №.

Уран имеет три аллотропические модификации: Ua — с орторомбической кристаллической решеткой, устойчив ниже 668°С; Up — с тетрагональной кристаллической решеткой, интервал устойчивости 668—720°С; UY —с кубической объемноцентрированной решеткой, устойчив выше 720°С.

У тория имеются две аллотропические модификации: Tha с решеткой

Титан — металл серебристо-белого цвета, находится в IV группе Периодической системы (см. табл 1). Fro порядковый номер 22, атомная масса 47,9, температура плавления 1665 ± 5 °С. Титан имеет две аллотропические модификации; до 882 °С существует а-титан, который кристаллизуется в г. п. у. решетке с периодами а = = 0,29503 нм и с = 0,48631 нм (с/а — 1,5873), а при более высоких температурах — (3-титан, имеющий о. ц. к. решетку, период которой я — 0,33132 нм (при 900 °С). Плотность а-титапа составляет 4,505 г/см3, р-титана при 900 °С — 4,32 г/см3. Коэффициент линейного расширения титана в интервале 20—100 °С равен 8,3-10~в °С~1, теплопроводность при 50 °С составляет 15,4 Вт/(м-К). Технический титан изготовляют трех марок: ВТ 1-00 (99,53 % Ti), BT1-0 (99,48 % Ti) и ВТ1-1 (99,44 % Ti).

Титановые сплавы. Титан имеет две аллотропические модификации. До 882°С существует ot-титан с гексагональной атомно-кристаллической решеткой, выше — р-титан с ОЦК-решеткой. Введение легирующих элементов значительно изменяет температуру аллотропического превращения и области а- я р-фаз.

Титан (Ti) имеет температуру плавления 1668°С, температуру кипения 3000°С, атомная масса 47,90. Он расположен в IVa подгруппе первого большого периода Периодической системы элементов Д.И. Менделеева, имеет две аллотропические модификации. Низкотемпературная «-модификация существует до 882°С, обладает гексагональной плотноупакованной решеткой.

Влияние ионно-лучевой обработки на титановые сплавы изучалось на образцах из сплавов ОТ4 и ВТ6. Титан имеет две аллотропические модификации а - низкотемпературная с плотно упакованной гексагональной решеткой и Р - высокотемпературная с кубической, объемно-центрированной решеткой. Сплав ОТ4 относится к сх-сплавам титана с алюминием (1,5%) и марганцем (1%). Сплав ВТ6 содержит две фазы а + р1 и легирующие элементы: алюминий (6%) и ванадий (4%). Оба сплава содержат постоянные примеси (О2, NT, Fc, С, Н) в количестве 0,1-0,3%, которые значительно повышают прочностные свойства титана и снижают его пластичность. Неупрочненный титан и его сплавы имеют плохие антифрикционные свойства, и их применение в узлах трения возможно только после модификации поверхностного слоя.

Титановые сплавы. Титан имеет две аллотропические модификации. До 882°С существует ос-титан с гексагональной атомно-кристаллической решеткой, выше — р-титан с ОЦК-решеткой. Введение легирующих элементов значительно изменяет температуру аллотропического превращения и области а- и р-фаз.

Металлический уран в твердом состоянии имеет три аллотропические модификации: а-фазу, стабильную при температуре ниже 663° С, р-фазу, стабильную между 663 и 770° С и -у-фазу, существующую от 770° С до температуры плавления 1130° С. Промышленные реакторы работают, когда уран находится в а-фазе,. несмотря на то что его поведение под облучением даже более сложное, чем двуокиси урана. При облучении монокристалла «-урана он претерпевает формоизменение, которое в виде диаграммы изображено на рис. 10.18 [35], а именно, увеличивается в длине в направлении [010], сокращается в направлении [1001 и остается без изменения в направлении [001]. Это явление, называемое радиационным ростом, является результатом накопления вакансий.