Поверхностное упрочнение материалов

Упрочнение методом пластического деформирования. Эффективным способом упрочнения поверхности является дробеструйная обработка или обкатка поверхности роликами. При этом происходит наклеп поверхности детали, позволяющий повысить ее усталостную прочность без изменения состава материала и режима термической обработки.

Поверхностная закалка заключается в нагреве поверхностного слоя стали выше линии GSK (рис. 3.1) с последующим охлаждением с критической скоростью. Структура закаленного слоя состоит из мартенсита, а переходные зоны – из мартенсита и феррита; глубинные слои структуру не изменяют и не упрочняются. При этом достигается высокая твердость и прочность в

поверхностном слое детали в сочетании с вязкой сердцевиной. Нагрев под закалку производят в расплавах металлов и солей, токами высокой частоты (ТВЧ), пламенем газовых горелок, лазерным излучением.

Химико-термическая обработка. Химико-термической обработкой (ХТО) называют обработку, заключающуюся в сочетании термического и химического воздействия с целью изменения состава, структуры и свойств поверхностного слоя детали. При этом происходит поверхностное насыщение материала соответствующим элементом (неметаллами – C, N, B, Si; металлами – Al, Cr, Ti, Zn) путем его диффузии в атомарном состоянии из внешней среды (твердой, жидкой, газовой) при высокой температуре. Большинство деталей машин работают в условиях износа, кавитации, циклических нагрузок, коррозии, при криогенных или высоких температурах. Для защиты от этих воздействий используют ХТО.

Цементацией называется процесс насыщения поверхности углеродом с целью получения на поверхности детали высокой твердости и износостойкости в сочетании с вязкой сердцевиной (рис. 3.4). Цианирование или нитроцементация – насыщение поверхности деталей одновременно азотом и углеродом в жидкой или газовой среде. Цианированный слой имеет более высокие показатели твердости и износостойкости по сравнению с цементацией. Недостатком процесса является более высокая стоимость, связанная с применением ванн расплавленных цианистых солей и защитой от токсичных цианистых испарений.

Азотирование – насыщение поверхностного слоя азотом с целью создания слоя с особо высокой твердостью, износостойкостью и сопротивлением коррозии. Недостатками азотирования по сравнению с цементацией является высокая длительность процесса и необходимость применения дорогостоящих легированных сталей. Поэтому азотирование применяют в случае изготовления более ответственных деталей, для которых требуется особо высокое качество поверхностного слоя.

Для активизации процессов в газовой среде и на насыщаемой поверхности применяют ионное азоторование в специальных установках. Это удорожает производство, но достигается сокращение общего времени процесса в 2–3 раза по сравнению с традиционными способами и существенно повышается качество азотированного слоя.

При алитировании, т. е. насыщении алюминием, детали приобретают повышенную коррозионную стойкость благодаря образованию плотной пленки Al₂O₃. При хромировании обеспечивается высокая стойкость против газовой

Рис. 3.4. Изменение концентрации углерода по глубине цементованного слоя (а), схема микроструктуры незакаленного науглероженного слоя стали (б): 1 – заэвтектоидная, 2 – заэвтектоидная, 3 – доэвтектоидная зоны науглероженного слоя

коррозии при температурах до 800 °С, а также стойкость против коррозии в воде, морской воде и кислотах.

Лазерная обработка перспективный метод поверхостного упрочнения изделий. Эта технология основана на локальном нагреве отдельных участков детали лазерным излучением с последующим быстрым охлаждением этого участка за счет интенсивного теплоотвода внутрь холодного металла. Технологические установки позволяют изменять мощность облучения и время воздействия луча на поверхность детали в очень широком диапазоне. Различное сочетание этих параметров позволяет проводить поверхностную закалку, отпуск, химико-термическую обработку, поверхностное легирование, поверхностное оплавление. Например, оплавление применяют для сглаживания микрорельефа и уплотнения поверхностного слоя порошковых и керамических изделий. Лазерная технология обеспечивает повышение производительности труда, точности и качества обработки, ее недостатком является высокая стоимость оборудования.

Дата добавления: 2014-01-07