Поверхневе гартування.

До температур вище критичних нагрівається тільки тонкий поверхневий шар деталі, тому внутрішня зона – серцевина залишається незагартованою. Застосовують для деталей, які працюють в умовах циклічних навантажень та в умовах тертя з метою одержання високої твердості поверхні і в’язкої серцевини.

Поверхню нагрівають:

- газовим полум’ям (для виробів з великою поверхнею);

- лазерним променем (для виробів із складною поверхнею);

- струмами високої частоти (СВЧ) (для невеликих заготовок з вуглецевих сталей при серійному і масовому виробництві).

Нагрів СВЧ: деталь поміщають в індуктор – мідну трубку, всередині якої циркулює вода для охолодження. СВЧ, що проходить по індуктору, створює змінне електромагнітне поле, яке індукує в заготовці вихрові струми, що швидко нагрівають поверхню (від 2 до 50 сек.). Після нагріву заготовку швидко охолоджують в спеціальному пристрої.

Поверхнево гартують деталі з вмістом вуглецю 0,35-0,5%. Перед гартуванням виконують нормалізацію для зміцнення серцевини, після гартування – низький відпуск.

6. Гартування з обробкою холодом – додаткове охолодження для перетворення залишкового аустеніту в мартенсит у сталях, для яких М_к < 0^оС. Стабілізує розміри і підвищує твердість (на 1-4 HRC). Застосовують для точних підшипників, різального і вимірювального інструменту з легованих і високовуглецевих сталей. Температура обробки холодом – не нижче -80^оС.

Загартовуваність – здатність сталі підвищувати твердість в результаті гартування (вона тим більше, чим більше вміст вуглецю; сталі з % С < 0,2 не гартуються).

Прогартовуваність – здатність сталі загартовуватись на певну глибину. Залежить від від хімічного складу і критичної швидкості гартування.

Коли V_охол всередині виробу < V_кр, то виріб не прогартується наскрізь, якщо V_охол всередині виробу ≥ V_кр, то виріб прогартовується наскрізь. Глибина загартованої зони – відстань від поверхні до зони зі структурою 50% мартенситу + 50% трооститу. Визначають на зламі, макрошліфі або за розподілом твердості в перерізі виробу.

Відпуск сталі

Відпуск – нагрівання загартованої сталі до температури менше А_С1, витримування при цій температурі і подальше охолодження (переважно на повітрі). Мета відпуску – зменшення залишкових напружень, зниження твердості і підвищення пластичності сталі.

Відпуск завжди проводять після гартування. З підвищенням температури відпуска міцність і твердість сталі зменшується, а пластичність зростає. Залежно від температури нагріву розрізняють низький, середній і високий відпуск.

Низький відпуск (рис. 5.14) – t нагріву = 150-250^оС; частково знімаються внутрішні напруження, пластичність незначно зростає, твердість майже не змінюється (HRC 58-63). Мартенсит гартування перетворюється на відпущений мартенсит (зменшується тетрагональність решітки). Застосовують для різальних і вимірювальних інструментів, для цементованих і поверхнево-загартованих виробів.

Середній відпуск (рис. 5.15) – t нагріву = 350-450^оС; частково знімаються напруження, зменшується твердість до HRC 40-50, збільшується границя пружності. Мартенсит гартування повністю розпадається з утворенням трооститу відпуску. Застосовують для пружин, ресор, ударного інструменту.

Високий відпуск (рис. 5.16) – t нагріву = 500-650^оС; знімаються внутрішні напруження, твердість знижується до НВ 250-350, підвищується пластичність і в’язкість при задовільній міцності.

Гартування + високий відпуск – поліпшення сталі (дає найкраще сполучення механічних властивостей). Мартенсит гартування розпадається з утворенням сорбіту відпуску. Застосовують для деталей з середньовуглецевих сталей, які сприймають значні ударні та знакозмінні навантаження.

Рисунок 5.14. Графік гартування і низького відпуску.

Рисунок 5.15. Графік гартування і середнього відпуску.

Рисунок 5.16. Графік гартування і високого відпуску.

Дефекти сталі після термообробки

1. Недогрів (нагрів доевтектоїдних сталей до температури між А_С1 і А_С3). В структурі залишається ферит.

Виправлення: відпал + правильне гартування.

2. Перегрів – нагрів і тривала витримка при температурах, значно вищих А_С3. В структурі – крупноголчастий мартенсит (крихкий, неміцний).

Виправлення: відпал + правильне гартування.

3. Перепал – нагрів до температур, близьких до температури плавлення, утворення оксидів по границях зерен, дуже низькі механічні властивості – невиправний брак.

4. Гартівні тріщини – результат різкого охолодження або нагрівання, перегріву, нерівномірного охолодження (виникають структурні і термічні напруження).

5. Деформація і короблення – результат нерівномірного охолодження.

6. Окислення і зневуглецювання – результат взаємодії сталі з газами, що знаходяться в нагрівальній печі.

Дефекти 3 – 6 не усуваються.

Контрольні питання:

1. Які види термічної обробки Ви знаєте?

2. В чому полягає суть відпалу сталей?

3. Які види відпалу Ви знаєте, режими їх проведення та призначення.

4. Суть нормалізації сталі, її призначення, особливості.

5. Суть гартування сталі, його види, призначення, режими проведення, утворені структури та властивості.

6. Що таке загартовуваність і прогартовуваність сталі?

7. Суть і мета відпуску сталей.

8. Види відпуску, їх режими, призначення, отримані структури і властивості.

9. Які дефекти в сталях після термообробки Ви знаєте, як їх виправити або попередити?

Тема 5.3. Хіміко-термічна обробка сталі

1. Суть і призначення хіміко-термічної обробки сталі.

2. Цементація сталі – суть, призначення, види, режим проведення, режим термічної обробки після цементації.

3. Азотування сталі – суть, призначення, режим проведення.

4. Ціанування сталі – суть, призначення, види, режим проведення.

Хіміко-термічна обробка – процес зміни хімічного складу, структури і властивостей поверхневого шару заготовки.

Для цього заготовку нагрівають у середовищі, збагаченому елементом, яким насичують, витримують певний час і охолоджують. Поверхневий шар заготовки збагачується металами або неметалами шляхом дифузії з метою підвищення поверхневої твердості, зносостійкості, жаростійкості, корозійної стійкості.

Хіміко-термічна обробка (х.т.о.) складається з трьох процесів:

1) дисоціація – розпад молекул дифузанту (елементу, яким насичують поверхню) з утворенням активних атомів;

2) адсорбція – вбирання активних атомів поверхнею сталі;

3) дифузія – проникнення адсорбованих атомів в глибину металу.

Атоми дифузанту утворюють з основним металом твердий розчин або хімічну сполуку.

Цементація сталі

Цементація – процес дифузійного насичення вуглецем поверхневого шару стальних заготовок.

Мета – одержання високої твердості і зносостійкості поверхні при збереженні в’язкої і пластичної серцевини.

Цементують низьковуглецеві сталі з вмістом вуглецю 0,1 – 0,25%.

Після цементації концентрація вуглецю на поверхні заготовки 0,8 – 1,0%.

Глибина цементованого шару – 0,5 – 2,0 мм.

Заготовки попередньо обробляють різанням, залишивши припуск на шліфування.

Режим цементації:

· t_{нагріву} = 910 – 930^оС;

· час витримки залежить від глибини цементованого шару: 0,1 мм за 1 годину.

Способи цементації:

1. Цементація у твердому карбюризаторі.

Деталі нагрівають в цементаційних ящиках в суміші гранул деревного вугілля (3-10 мм в поперечнику) і солей-активізаторів – BaCO₃ (20-25%), Na₂CO₃ (3-5%), витримують 6 – 14 годин і охолоджують на повітрі.

Вугілля взаємодіє з киснем повітря:

С + О₂ → СО

BaCO₃ → BaО + СО₂; СО₂ + С → СО

СО → СО₂ + С (атомарний вуглець)

Атомарний вуглець дифундує в метал.

Процес малопродуктивний, застосовують в дрібносерійному виробництві.

2. Газова цементація.

Відбувається в герметичному просторі печі в газовому карбюризаторі – природний газ (СН₄), бензин, керосин (в піч подають краплями).

СН₄ → Н₂ + С (атомарний)

Процес менш тривалий (в 2-3 р.), застосовують в багатосерійному і масовому виробництві.

Після цементації проводять термообробку (гартування + низький відпуск), щоб отримати задані механічні властивості.

Для відповідальних деталей (подвійне гартування) (рис.5.17):

1) Гартування (нормалізація) від 900-920^оС для покращення структури серцевини.

2) Гартування від 760-780^оС для підвищення твердості поверхні.

3) Низький відпуск при t = 150-170^оС.

Для спадково-дрібнозернистих сталей (маловідповідальних деталей):

1) Одинарне гартування від температури цементації або після підстужування до t = 840-860^оС.

2) Низький відпуск при t = 150-170^оС.

Рисунок 5.17. Графік термообробки після цементації.

Твердість поверхні: HRC 60-64 (вуглецеві сталі), HRC 58-62 (леговані сталі).

Твердість серцевини: HRC 35-45.

Дата добавления: 2017-02-01