2.2. Зміцнення термічними і хіміко-термічними способами

В основі способів зміцнення лежить зміна властивостей поверхневого шару при нагріванні і швидкому охолодженні - поверхневе загартування; або насичення поверхневого шару вуглецем, азотом, хромом, кремнієм та іншими елементами. Термічні та хіміко-термічні способи зміцнення є найважливішими методами підвищення довговічності і надійності деталей машин. Зараз практично жодна з деталей машин не виготовляється без термічної або хіміко-термічної обробки. Найчастіше деталі проходять багатократну і різноманітну поверхневу хіміко-термічну обробку.  Поверхневе загартування деталей машин  Поверхневе загартування є найбільш поширеним і найбільш простим способом зміцнення самих різних деталей машин. Поверхневому загартуванні піддаються деталі з середньо-і високовуглецевих конструкційних сталей і чавунів. Сутність фізичних явищ, що протікають при процесі загартування, відома з курсу «Металознавства і термічної обробки» і тут не розглядається. Найбільшу увагу приділено технологічним прийомам і способам.  Поверхневе загартування з нагріванням газовим полум'ям  Поверхневе загартування з нагріванням газовим полум'ям є - найстарішим процесом зміцнення, який в даний час починає втрачати своє значення у зв'язку з шкідливістю і трудомісткістю.   Поверхня деталі нагрівається спеціальними пальниками до гартівних температури на глибину 1-6 мм, і проводиться негайне різке охолодження. При поверхневому загартуванні зміцненню піддаються тільки окремі ділянки поверхні деталей машин, наприклад, зуби зубчастих коліс, ходові доріжки кранових блоків, шийки валів, верхня поверхня головки рейки і т. д. Твердість поверхні після гарту залежить від якості зміцнюючої матеріалу і режиму зміцнення. У поверхневому шарі при правильному проведенні технологічного процесу утворюється мелкоігольчатий мартенсит, а в перехідній зоні - троостит, сорбіт, перліт. Під впливом структурних змін в поверхневому шарі виникають великі залишкові напруги стиску. Ці властивості забезпечують після термообробки високу зносостійкість і втомну міцність деталей машин.  На практиці застосовують три методи полум'яної поверхневого гарту: циклічний, безперервний і комбінований.  Технологічний процес полум'яної гарту включає в себе:  а) Вибір режиму обробки: швидкості переміщення полум'я, витрата газу, співвідношення газу і кисню, подачі і т. д.   б) Підготовка деталей до обробки.  в) Обробка деталей (гарт).  г) Обробка деталей після гартування.  д) Контроль.  Режими обробки визначаються таким чином:   а) Вибирається спосіб загартування і тип пальника з форми і розмірів деталей.  б) За графіками, спеціальним довідковими даними визначають витрата газу і встановлюють швидкість переміщення пальника.  в) Глибину гарту і твердість поверхні регулюють витратою газу, інтенсивністю охолодження, швидкістю переміщення полум'я і співвідношенням газів у суміші.  г) Вибирається тип обладнання.  Підготовка деталей зводиться до наступного:  а) Здійснюється попередня термообробка для отримання дрібнозернистої структури.  б) Поверхня деталі повинна бути без тріщин, подряпин і особливо наклепу. Це забезпечується попередньою обробкою.   Після гарту проводиться низький відпустку при t ° = 180 - 120 ° С в масляних ваннах з електронагрівачем.  Після відпустки провадиться шліфування і доведення.  Полум'яна гарт має особливі переваги при загартуванню великих деталей і в одиничному виробництві.  Поверхневе загартування струмами високої частоти  Гарту струмами високої частоти піддають сталі з вмістом вуглецю не менш 0,3 - 0,4%.  На підставі обробки результатів ряду досліджень для сталей з вмістом вуглецю 0,15-0,75% установлена ​​наступна емпірична зв'язок між вмістом вуглецю і очікуваної твердістю HRC = 20 + (2C - l, 3C ^2).  Після гарту струмами високої частоти (ТВЧ) для зняття внутрішніх напружень проводиться відпуск, який нерідко і здійснюється на цьому ж апараті.  Нагріваючим пристроєм є індуктор, що представляє собою спеціальну котушку, внутрішня частина якої облягає нагреваемую деталь. Індуктор також є і спрейера. Подавана з нього вода у вигляді душу охолоджує деталь і охолоджує індуктор.  Джерелами живлення апаратів ТВЧ є машинні генератори. Потужність генератора залежить від площі, що підлягає загартовуванню. Великі поверхні (більше 300 см ²⁾ нагрівають не відразу, а послідовно.  Властивості поверхневого шару, одержувані загартуванням ТВЧ, багато в чому залежать від попередньої обробки, подготавливающей структуру. Часто рекомендується в якості попередньої обробки проводити поліпшення, подрібнюють структуру металу.  Поверхневе загартування ТВЧ застосовується в основному для підвищення зносостійкості і втомної міцності деталей машин.  За експериментальними даними підвищення втомної міцності в ряді випадків становить від 40 до 100%. Так само сильно підвищується і зносостійкість.  Загартування ТВЧ в порівнянні з полум'яною має велику перевагу по продуктивності, (в 2 - 6 разів). Однак її можливо широко застосовувати тільки в масовому і великосерійному виробництві.   2.3. Нанесення покриттів на поверхні деталей машин

Нанесення різного виду покриттів на поверхні деталей машин в даний час є широко застосовуваним способом в машинобудуванні. Покриття мають наступні основні цілі. 

1. Підвищити службові властивості машин (зносостійкість, втомну міцність і т. д.). 

2. Підвищити опірність зовнішнім впливам (корозійну стійкість, опірність тепловим впливам і т.д.). 

3. Надати виробу гарний декоративний вигляд. 

У багатьох випадках нанесення покриттів має двоякі цілі для поліпшення корозійної стійкості та декоративного виду або, наприклад, зносостійкості і корозійної стійкості.  1. Наплавлення та напилювання матеріалу на робочі поверхні деталей  Щоб підвищити службові властивості деталей, на їх робочі поверхні наноситься шар матеріалу з високими експлуатаційними властивостями. До недавнього часу цей метод мав широке розповсюдження в ремонтній справі для відновлення зношених, деталей.   В даний час у зв'язку з новими тенденціями в експлуатації машин до першого капітального ремонту і в зв'язку з цим створення так званих машин з «равнопрочного» вузлами, ці методи починають широко впроваджуватися в машинобудування.  Підвищення загального ресурсу машини досягається різким збільшенням ресурсу її найбільш слабких швидкозношуваних вузлів. Цій меті і слугують різні способи зміцнення і покриттів.  2. Нанесення захисно-декоративних покриттів  Поверхні виробів як робітники, так і неробочі, дотичні з агресивним середовищем або атмосферної, повинні бути захищені антикорозійними покриттями.  Нерідко подібні покриття переслідують і естетичні цілі: створити для людини, що використовує цей виріб, відчуття комфорту, зручності в роботі і т. д.  Існують наступні методи нанесення покриттів на поверхні деталей машин: гальванічні, хімічні, електрофізичні, механіко-пневматичні, іонна імплантація і т.д.  Гальванічне хромове покриття володіє хорошим антикорозійним властивістю, має після полірування гарний декоративний вигляд і підвищує зносостійкість тих поверхонь, на які воно наноситься. 

Основні види металевих покриттів і область їх застосування.  Таблиця 2.1 

Спосіб нанесення покриттів	Товщина покриття в мкм	Область застосування
Цинкування	7-12 в легких умовах, 13-20 в середніх умовах, 25-30 у важких умовах.	Для захисту від корозії конструкцій, що працюють в контакті з морською водою; захист від корозії пружин, різьбових і кріпильних деталей, що працюють в легких умовах.
Кадміювання	7-10 в легких умовах, 10-15 в середніх умовах, 20-50 у важких умовах, 35-45 в спеціальних умовах.	Для захисту від корозії конструкцій, що працюють в контакті з морською водою; захист від корозії пружин, різьбових і кріпильних деталей, що працюють в легких умовах.
Міднення	5-35	Мідне покриття не може слугувати захистом від корозії для заліза, тому застосовується як подслой нікелевого та хромового покриття.
Свинцювання	75-100 в середніх умовах, 100-200 і навіть 400 у важких умовах.	Захист від корозії металевих конструкцій, що працюють в умовах контакту з сірчаною кислотою, розчинами солей сірчаної кислоти і сірчистими газами. Свинцювання піддаються вироби із сталі, чавуну, міді, мідних сплавів, алюмінію і його сплавів. Для надійності захисту не повинно бути пір.

Спосіб нанесення покриттів	Товщина покриття в мкм	Область застосування
Нікелювання	Нікель без підшару; 12 в легких умовах, 24 в середніх умовах, 36 у важких умовах.	Для захисту від корозії та для отримання декоративної поверхні; як подслой при хромування; нікелем покриваються також деталі приладів, апаратів, автомобілів.
Хромування	Багатошарове: 15 в легких умовах, 30 в середніх умовах, 45 у важких умовах.	Хромове покриття стійко проти дій вологою атмосфери, азотної і лужної кислот, більшості газів і органічних кислот; гаряча концентрована сірчана кислота і галоїдні кислоти розчиняють хром; хромове покриття добре витримує рівномірно розподілене навантаження, але руйнується при зосередженому ударі.
Лудіння	3-5 консервна тара, 20-25 харчові котли і посуд, I-2 контакти приладів.	Лужению піддаються деталі із заліза та сталі, чавуну, міді, латуні; широко застосовується в харчовій промисловості, для покриття контактів приладів; для захисту мідних кабелів від сірки, що знаходиться в гумі для захисту деталей спеціальної апаратури. Захисні властивості покриття на сталі, залозі, чавуні надійні тільки при відсутності пор; беспорістих досягається збільшенням товщини покриття.
Латунірованіе	3-5	Латунні покриття добре зчіплюються з різними покриттями, мають гарну сцепляемостио з каучуком; застосовуються як подслой при сріблення, нікелювання, лудінні та інших покриттях.

Список використаної літератури

1. Єлизаветин, М. А. Технологічні способи підвищення довговічності машин / М. А. Єлизаветин, Е. А. Затель //М.: Машинобудування. – 1964 

2. Одінга, І. А. Теорія дислокацій в металах і її застосування/ І. А. Одінга // М. – 1959

3. Сервіс, С. В. Несуча здатність і розрахунки деталей машин на міцність / С. В. Сервіс та ін.// М.: Машгіз. – 1963 

4. Довідникова, Н. Н. Деякі проблеми металознавства матеріалів / Н. Н. Довідникова// М. – 1943