Хіміко-термічна обробка

Міцнення шляхом пластичного деформування.

Поверхневе гартування.

1. Багато деталей машин працюють на тертя й одночасно піддаються дії ударних навантажень. Такі деталі повинні мати твердий зносостійкий поверхневий шар і грузлу серцевину, що добре пручається руйнуванню від ударів. Ця вимога може бути виконана застосуванням м'якої і в'язкої сталі поверхня якої, що піддається тертю, зміцнюється тим чи іншим методом. Основними методами поверхневого зміцнення металів є:

1) поверхневе гартування (ПГ)

2) хіміко-термічна обробка (ХТО)

3) пластичне деформування (ПД)

Вибір способу поверхневого зміцнення залежить від призначення виробу, умов роботи, економічної ефективності й інших факторів. Найбільше поширення в дійсний час одержали:

а)електротермічне гартування, при якому нагрів здійснюється струмами високої, підвищеної і промислової частоти; б) газополум'яне гартування - нагрів полум'ям пальника;в) гартування з нагріванням в електроліті

а) Індукційне нагрівання основане на тому, що індуктор, по якому йде струм, утворює міцне електромагнітне поле, що збуджує в сталевій чи чавунній деталі вихрові струми, що викликають нагрівання деталі. Характерною рисою вихрових струмів (струми Фуко) є висока густина їх на поверхні виробу, що викликає його нагрів до температур, при яких можливі фазові перетворення у твердому стані. Якщо всередині індуктора помістити сталевий виріб і пропустити струми високої частоти, то в нагрітих поверхневих шарах виробу відбудеться перетворення перліту в аустеніт (А). Після швидкого охолодження на виробі утвориться гартований поверхневий шар, що має високу твердість, зносостійкість і витривалість. Основними параметрами при електричному нагріві ТВЧ є температура (Т) та швидкість (V) нагрівання і глибина проникнення струму. Змінюючи силу струму І, одержують необхідну температуру і швидкість нагрівання поверхневого шару виробу. Швидкість нагрівання в печі не перевищує 1,5-3,0°С/с, а ТВЧ складає від 30 до 1000°С/с. Глибина проникнення струму для сталі визначається згідно рівняння:

= ¾¾

Ö f де s- глибина проникнення струму, см; f - частота струму, Гц.

З рівняння видно, що чим більше частота струму, тим менше глибина шару, що нагрівається. Регулюючи частоту струму, можна одержати гартування будь-якої глибини. При поверхневому гартуванні з нагріванням ТВЧ глибина гартованого шару звичайно складає 1,5-3,0 мм, хоча іноді досягає 10-35 і більш мм. Для можливості протікання в сталі при високій швидкості нагрівання (30300°С/с) перлітного перетворення необхідне перегрівання. Тому температуру нагрівання сталі при гартуванні з нагріванням ТВЧ вибирають на 100-200°С вище в порівнянні зі звичайним гартуванням. Після нагрівання до зазначених температур, витримка при якій складає 1,5-10 секунд, деталь охолоджують. Індукційне гартування, поліпшує структуру, механічні й експлуатаційні властивості сталі. У зв'язку з тим, що швидкість виникнення зерен аустеніту більше, ніж швидкість їхнього росту, при високочастотному гартуванні сталь має більш дрібно зернисту структуру, ніж звичайно. Механічні властивості сталі, гартованої з нагріванням ТВЧ вище, ніж при звичайному гартуванні (наприклад - НRС поверхневого шару вище на 2¸6 одиниць). Значно, підвищується границя текучості і ударна в'язкість, що зв'язано в основному з роздроблюванням зерен і блоків мозаїки. На поверхні виробу унаслідок високої швидкості нагрівання утворяться напруження, у зв'язку з цим границя витривалості підвищується (у ряді випадків на 400%, у порівнянні зі звичайним гартуванням).

Однак, при значному підвищенні температури високочастотного гартування може утворитися крупно-голковий мартенсит (М), що різко погіршує механічні властивості сталі (особливо а_н), а також підвищує схильність сталі до утворення гартівних тріщин. Гартуванню з індукційним нагріванням піддають сталі, що містять 0,4-0,5% С, сталі (40, 45, 40Х, 40ХН), що після гартування мають високу твердість, опір зносу і несхильні до крихкого руйнування. Після гартування сталеві вироби піддають низькому відпуску при 160200°С, нерідко і самовідпущенню для зняття внутрішніх напружень. У цьому випадку при гартуванні охолодження проводять не до кінця, і в деталі зберігається деяка кількість тепла, що нагріває загартований шар до температур відпуску. Гартування нагріванням ТВЧ здійснюють на установках, які звичайно складаються з генераторів ТВЧ, електродвигуна, високочастотного трансформатора, конденсаторної батареї, індуктора, пристосування для охолодження й автоматичного пристрою для контролю температури.

Основними перевагами гартування з нагріванням ТВЧ є: можливість точного регулювання глибини гартованого шару, підвищення механічних властивостей, відсутність видалення вуглецю й окислювання поверхні, мінімальна деформація виробів, невелика тривалість і висока економічність, у порівнянні з іншими видами поверхневого зміцнення.

б) Газо-полум'яне гартування;

Суть методу є у швидкому нагріванні поверхні деталі полум'ям, до температури гартування і наступним її охолодженням водою, емульсією чи повітрям. Унаслідок високої температури полум'я (24003100°С) кількість тепла, яка підводиться до поверхні значно перевищує кількість тепла, що підводиться всередину деталі завдяки чому поверхневий шар деталі швидко нагрівається до температури гартування, а серцевина залишається незмінною. Після нагрівання роблять струменеве чи душове охолодження. Газо-полум'яному гартуванню звичайно піддають великі деталі не складної форми, виготовлені з вуглецевих конструкційних сталей. В основному нагрівання газовим полум'ям використовується для місцевого гартування, наприклад - шийок колінчатих валів, зубців колес. Глибина гартованого шару звичайно складає 2-4 мм. Структура: у поверхневому шарі - мартенсит, у перехідній зоні - мартенсит + троостит, у серцевині деталі - перлит + ферит. Твердість гартованого поверхневого шару сталі 50-56 НСR.

Перевага - відсутність видалення вуглецю й окислювання поверхні,

простота пристрою і низька

вартість установки. Недоліки –

труднощі регулювання температури

нагрівання і глибини гартованого

шару.

Для газо-полум'яного гартування

застосовують спеціальні установки:

напівавтомати й автомати.

Дата добавления: 2014-01-07