Фирменный Автосервис

 

 

Поверхностное упрочнение металлических материалов

                                                                                          

Поверхностным упрочнением называется упрочнение поверхностного слоя детали за счет изменения его химического состава и(или)структуры.

Для повышения прочностных свойств (твердости, износостойкости, прочности, сопротивления усталости и т. д.) поверхностных слоев деталей машин обычно применяют следующие методы:

— поверхностное деформационное (механическое) упрочнение; i — поверхностная закалка;

— химико-термическая обработка.

Деформационное упрочнение поверхности или поверхностное пластическое деформирование.

Упрочнение (наклеп) поверхностного слоя пластическим деформированием осуществляется дробеструйным воздействием или обкаткой твердым роликом под давлением.

Поверхностная закалка — поверхностный слой изделия нагревают до заданной температуры. При этом глубина закаленного поверхностного слоя составляет 1-5 мм. Поверхность детали может быть нагрета до температуры закалки различными способами: кратковременным помещением детали в расплавы металлов, солей или электролитов; горелками, лазерным лучом, плазмотроном или токами высокой частоты (ТВЧ). Наибольшее применение имеет поверхностная закалка ТВЧ.

После поверхностной закалки и последующего низкого отпуска деталь имеет твердую, износостойкую и прочную поверхность, вязкую и достаточно пластичную сердцевину. Такое сочетание свойств необходимо во многих случаях, в частности, для деталей, работающих в условиях динамических и переменных нагрузок, с изнашиваемыми поверхностями (шестерни, втулки, валы и т. п.).

При поверхностной закалке токами высокой частоты деталь помещают внутрь специального индуктора из медной охлаждаемой трубки. Индуктор имеет вид петли, спирали или другую более сложную форму. Через индуктор пропускают электрический ток высокой частоты (от 500 Гц до 10 МГц) и большой силы. Возникающие при этом вихревые токи (токи Фуко) в поверхностном слое детали быстро разогревают его. Глубина нагреваемого слоя зависит в основном от частоты тока.

Изменяя частоту тока и время нагрева, достигают требуемой температуры и глубины нагрева, а после быстрого охлаждения получают соответствующую глубину закаленного слоя.

Технология обработки деталей закалкой с нагревом токами высокой частоты и последующим низкотемпературным (180-200 °С) отпуском обеспечивает высокую производительность термообработки; ТВЧ не сопровождается окислением и обезуглероживанием поверхности; отсутствует коробление детали; получается более высокая твердость поверхности, чем после обычной закалки и отпуска.

Химико-термической обработкой (ХТО) называется технология насыщения поверхности детали углеродом, азотом, алюминием, хромом и другими элементами вещества. ХТО заключается в нагреве и выдержке детали в соответствующих химических реагентах для изменения состава и структуры поверхностных слоев. После химико-термической обработки проводят соответствующую термическую обработку.

На практике широко используют следующие способы ХТО: цементацию, азотирование, нитроцементацию (цианирование), си-лицирование, диффузионную металлизацию и др.

Цементацией называется высокотемпературная ХТО с насыщением поверхностного слоя стальных, чугунных и иных изделий углеродом для повышения их твердости и износостойкости после закалки и низкого отпуска или после двукратной закалки и низкого отпуска.

Различают два вида цементации: твердую и газовую, т. е. в твердом и газообразном карбюризаторах (древесный уголь или природный газ). Карбюризатор — это среда с высоким углеродным содержанием, в которой происходит насыщение поверхности стали углеродом.

Цементацию производят при температурах 930-950 °С, когда сталь имеет структуру аустенита с высокой растворимостью в нем углерода. При высоких температурах углерод карбюризатора вступает в химическую реакцию с кислородом воздуха и образует окись углерода. Но окись углерода при температуре цементации неустойчива, а при контакте с железной поверхностью разлагается на углекислый газ и атомарный углерод.

Атомарный углерод диффундирует вглубь поверхности детали, так как кристаллическая решетка ее (Fey) легко растворяет (поглощает) в себе до 2 % углерода.

После науглероживания поверхности детали из малоуглистой стали ее подвергают окончательной термической обработке. Для ответственных и тяжелонагруженных деталей осуществляют двойную закалку: первая (для материала под нацементованным слоем) с нагревом выше температуры Ас3, т. е. до температур 850-900 °С, а вторая — с нагревом на 30-50 °С выше температуры Ас1, т. е. до 760-780 °С. Охлаждение производится в воде или масле (для легированных сталей). Менее ответственные детали подвергают закалке с температур нагрева выше Асх. Во всех случаях последней операцией термической обработки является низкотемпературный (180-200 °С) отпуск.

В результате цементации и термообработки поверхность детали имеет большую твердость (HRC 58-62), а сердцевина остается достаточно вязкой и пластичной, что обеспечивает высокую сопротивляемость динамическим и переменным нагрузкам.

Азотирование — это технология ХТО с насыщением поверхностного слоя стали, чугуна и сплавов тугоплавких металлов азотом при температурах 500-600 °С в течение 20-60 ч.

Обычно азотирование осуществляется в нагретой печи, через пространство которой пропускается аммиак. При этом аммиак разлагается с выделением атомарного азота по следующей реакции: 2NH* ЗН2 + 2N (атомарный).

Атомарный азот диффундирует в поверхностные слои детали и образует там нитриды.

Заготовки деталей, подлежащих азотированию, подвергаются термическому улучшению, т. е. закалке с высоким отпуском. После черновой и получистовой механической обработки детали азотируют.

Глубина и твердость азотированного слоя зависят от ряда факторов, из которых основными являются следующие: температура и продолжительность азотирования, химический состав азотируемой стали.

Азотирование деталей применяют для повышения твердости и износостойкости; усталостной прочности и сопротивления коррозии.

Обычно азотированный слой имеет глубину 0,25-0,65 мм. Твердость азотированного слоя в 1,5-2,0 раза выше твердости цементированного слоя и составляет 69-72 HRC. Теплостойкость азотированного слоя сохраняется до температуры 500-600 °С, а твердость цементированного слоя снижается, начиная уже с 250 °С.

Нитроцементацией, или цианированием, называют процесс одновременного и комбинированного насыщения поверхности детали углеродом и азотом с целью наибольшего повышения твердости, износостойкости, а также коррозионной стойкости методом ХТО.

Существуют процессы жидкостного, газового и твердофазного цианирования. Наибольшее распространение получило цианирование в жидких и газовых средах.

Жидкостное цианирование производится в расплавленных цианистых солях (NaCN, KCN, Ba(CN)2 и др.). При расплавлении цианистые соли разлагаются с образованием атомарного азота и углерода, которые диффундируют в поверхность изделия. Газовое цианирование осуществляют в смеси науглероживающих и азотирующих газов (например, смесь светильного газа и аммиака). Твердое цианирование осуществляют аналогично твердой цементации, только в состав твердого карбюризатора вводят цианистые соли.

Цианирование бывает низкотемпературным (при температуре 500-600 °С) и высокотемпературным (при 800-950 °С). Процесс насыщения длится от 0,5 до 3,0 ч. Глубина получаемого нитроцементированного слоя — 0,2-0,5 мм и твердости HRC 55-57.

Силицированием называется химико-термическая обработка стали, чугуна, а также тугоплавких металлов и сплавов, заключающаяся в насыщении поверхности кремнием (Si) с целью повышения коррозионной стойкости, жаростойкости, твердости и износостойкости.

Силицирование деталей осуществляют в газовой и жидкой средах, или в окружении порошков из кремния, ферросилиция, карбидов кремния и т. п., а также 80-90 % инертных добавок. Газовое силицирование происходит из газовой среды, содержащей кремний. Жидкостное силицирование осуществляют в расплавах силикатов щелочных металлов. Процесс силицирования идет при температурах 900-1100 °С.

Диффузионная металлизация — процесс насыщения поверхностных слоев стальных деталей различными металлами. Если поверхность насыщается хромом, то этот процесс называется хромированием, алюминием — алитированием, бором — борировани-ем. Комбинированные процессы, состоящие в одновременном насыщении, например, хромом и алюминием, или хромом и вольфрамом, называют хромоалитированием, хромовольфрамированием и т. д. Температура и длительность диффузионной металлизации зависят от насыщающей среды, природы обрабатываемого материала, а также требуемой глубины насыщенного слоя.


Технологичность деталей при обработке резанием ОСНОВЫ ОТРАСЛЕВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ Структура и свойства материалов Управление структурой и свойствами металлических материалов методами термической обработки Повышение качества металлических материалов деформационно-термической обработкой Картеры задних мостов Факторы, влияющие на величину припуска Расчет припусков на механическую обработку Условия эксплуатации зубчатых передач Методы формообразования поверхностей зубьев силовых передач 

 

Образовательный сайт Бармашовой Л.В.

Рассылки Subscribe.Ru
Современное образование
Подписаться письмом