Технологические методы обеспечения качества поверхностного слоя. Термическая обработка. Цементация. Азотирование

Цементация – процесс поверхностного насыщения стали углеродом при температуре900-950 °С.
Цементацию применяют для получения высокой твердости поверхности (до 65 HRC), повышения износостойкости и усталостной прочности. Часто цементации подвергают детали, работающие при повышенном трении, одновременно воспринимающие слабые ударные нагрузки (зубчатые колеса, шейки коленчатых валов). После цементации сердцевина стали сохраняет определенную вязкость.Для цементации обычно применяют углеродистые и легированные стали с содержанием углерода 0,2-0,3%. Глубина цементированного слоя – 0,2-2,5 мм.

Азотирование – процесс насыщения поверхности стали или чугуна азотом в среде диссоциированного аммиака при температуре 480-700 °С.

Азотирование применяют для упрочнения верхних слоев сплавов, повышения износостойкости, а также получения антикоррозионной поверхности. Глубина азотированного слоя 0,1-0,8 мм.

Азотированию подвергают детали машин, работающие в условиях трения и знакопеременных нагрузок – зубчатые колеса, валики, шпиндели, гильзы моторов и насосов, кулачки, мерительный инструмент.

10. Методы поверхностно-пластического деформирования (ППД). Накатывание, центробежная обработка.

Поверхностное пластическое деформирование (ППД) применяется с целью

деформационного упрочнения металла и создания в поверхностном слое сжимающих остаточных напряжений, а также получения благоприятного профиля шероховатости поверхности. ППД весьма эффективно для повышения сопротивления усталости, особенно для деталей, изготовленных из высокопрочных материалов, имеющих повышенную чувствительность к концентраторам напряжения. Наличие в поверхностном слое сжимающих остаточных напряжений снижает скорость распространения усталостных трещин. Малая шероховатость поверхности, имеющая большой радиус впадин, также способствует снижению концентрации напряжений на поверхности детали.

Повышение износостойкости деталей обработкой ППД связано с формированием благоприятного профиля шероховатости, который сочетает хорошую опорную способность с достаточной маслоемкостью поверхности.

11. Методы поверхностно-пластического деформирования (ППД). Дробеструйный наклеп, ультразвуковое упрочнение.

Дробеструйный наклеп. При дробеструйном наклепе стальная или чугунная дробь с помощью специальных дробеметных турбинок с большой скоростью выбрасывается на поверхность обрабатываемых деталей. Удары дробинок о поверхность вызывают пластическую деформацию, которая, как мы уже знаем, сопровождается наклепом, т. е. упрочнением поверхности. Наряду с этим в поверхностном слое деталей возникают остаточные сжимающие напряжения, а это повышает сопротивление деталей усталости. Возникновение таких напряжений объясняется следующими причинами. Представим себе пластинку, которая подвергалась обработке дробью. Сравним величину поверхности до и после обработки дробью (рис. 32). Очевидно, после обработки поверхность, покрытая лунками от ударов дробинок, должна быть больше. Но увеличению поверхности препятствуют нижележащие слои металла. В результате, как и при закалке ТВЧ, в поверхностном слое возникают большие внутренние сжимающие напряжения. По величине они могут достигать 100 кгс/мм². Благодаря этому долговечность работы деталей, таких, например, как пружины и рессоры, после дробеструйной обработки повышается в несколько раз.

Наклеп дробью является заключительной операцией обработки деталей и проводится после окончательной механической и термической обработок.

Ультразвуковое упрочнение относится к импульсивным способам деформирования наружной поверхности восстанавливаемых деталей.

При ультразвуковом упрочнении рабочая часть инструмента, выполненная из твердосплавных материалов ВК8, Т15К6 или закаленных сталей ШХ15 с Ка = 0,02…0,08 мкм и радиусом закругления 8 мм, прижимается к обрабатываемой детали с помощью груза с усилием 300…400 Н и приобретает ультразвуковые колебания, создаваемые ультразвуковым генератором, магнитострикционным преобразователем и коническим концентратором.

Под действием сил—статической (усилия прижатия инструмента к детали) и в большей степени динамической, создаваемой колебательной системой,—пластически деформируется поверхностный слой детали, что повышает поверхностную микротвердость в 1,5…2 раза с глубиной упрочнения 0,3…0,4 мм; снижается шероховатость поверхности; в ней создаются благоприятные напряжения сжатия.

Частота колебаний инструмента 18…24 кГц, амплитуда колебаний 10…20 мкм, скорость обработки поверхности детали 0,9… 1,0 м/с. Продольная подача инструмента S = 0,125 мм/об. С целью уменьшения износа инструмента и повышения производительности процесса при упрочнении используют смазочно-охлаждающую жидкость—индустриальное масло.

Применение ультразвукового упрочнения особенно эффективно для инструментов, зубьев колес, деталей, изготовленных из чугуна, цветных металлов и сплавов, в том числе твердосплавных, а также для деталей сложной формы, так как при ультразвуковом упрочнении не требуется использование следящей системы или копира. Такой системой является поверхность упрочняемой детали.

Упрочнение наклепом—это местное уплотнение металла с помощью специальных отбойных молотков, приводящее к возникновению внутренних напряжений сжатия при ударе рабочего инструмента по поверхности детали. Твердость поверхности детали возрастает на 30…50 %. Глубина наклепа достигает 20…25 мм, сопротивление усталости повышается на 50…90 %, долговечность увеличивается в два раза и более.

Наклепом упрочняют как плоские поверхности (зубья колес, сварные швы), так и поверхности сложной формы (например, галтели коленчатых валов).

Упрочнение галтелей выполняют специальным пневматическим молотком КМП-14М с энергией удара 0,25…0,5 кНс•м или ручным слесарным молотком массой 0,8 кг со специальными бойками, размеры которых должны соответствовать размерам галтелей.

Дата добавления: 2015-04-30