Поверхностная закалка

Поверхностная закалка получила широкое распространение в современном машиностроении и является технологичным и произво­дительным способом упрочнения поверхностных слоев металлических изделий. Этот вид термической обработки повышает твердость и износостойкость поверхностных слоев толщиной 1—5 мм и одновременно сохраняет вязкость и пластичность сердцевины изделия. Поверхностную закалку применяют при изготовлении деталей, работающих в условиях изнашивания или ударных (или перемен­ных) нагрузок. К таким деталям относят: поршневые пальцы, ку­лачки, шейки распределительных и коленчатых валов, зубья шесте­рен и другие изделия.

Нагрев деталей при поверхностной закалке производят токами высокой частоты (индукционная закалка), газовым пламенем и дру­гими способами. Нагрев токами высокой частоты выполняют в ин­дукторах, время нагрева составляет 1,5—10 с. Глубина нагрева ста­ли до температуры закалки примерно равна толщине закаленного слоя. При индукционной закалке деталь быстро охлаждают без подсуживания нагретой поверхности и распространения тепла в глубь детали. Изделия охлаждают в потоке воды (или масла) или погру­жают их в воду (или масло).

Для крупногабаритных деталей в условиях единичного или мел­косерийного производства нагрев пламенем является наиболее при­емлемым способом. Используют ацетиленокислородное пламя с температурой 3150°С, пламя пропанобутановой смеси (2050°С) или природного газа (2000°С).

Контрольные вопросы:

1. Перечислите структурные составляющие стали, образующиеся в ней при нагреве и охлаждении.

2. Что такое отжиг и нормализация стали?

3. Перечислите основные дефекты, возникающие при термической обработке

4. Что такое отпуск закаленной стали?

5. Укажите область применения поверхностной закалки?

Тема 6. Химико-термическая обработка стали.

Цель лекции: иметь представление о химико-термической обработке стали, ее

видах и областях применения.

Химико-термической обработкой называют процесс, при котором происходит изменение химического состава, структуры и свойств поверхностных слоев металла. Химико-термическая обработка повышает поверхностную твердость, износостойкость, коррозионную стойкость и другие полезные свойства сплавов.

Цементация — это один из видов химико-термической обработки, при котором происходит поверхностное насыщение углеродом стальных деталей с последующей термической обработкой, обеспечившей повышение твердости и прочности детали. Толщина цементованного слоя составляет 0,5—2,5 мм. Для цементации используют низкоуглеродистые стали (0,10—0,25% С), т. е. стали марок 10, 15, 20, А12, А20, СтЗ, 15Х, 25ХГТ и др.

При цементации деталь нагревают без доступа воздуха до 900— 950°С в науглероживающей среде (твердой, жидкой или газообраз­ной), выдерживают при этой температуре в течение нескольких ча­сов, а затем медленно охлаждают. После этого ее подвергают нормализации, закалке и отпуску. Науглероживающей средой являют­ся: твердые карбюризаторы (мелкий древесный уголь в смеси углекислыми слоями бария), жидкие соляные ванны (смесь пова­ренной соли, углекислого натрия, цианистого натрия и хлористого бария) и газы, содержащие углерод (природный, светильный и др.). При цементации содержание углерода в поверхностном слое дово­дят до 1%. Цементируют детали, работающие в условиях изнашивания при больших давлениях и циклических нагрузках,— шестерни, поршневые пальцы, распределительные валы и др. ^-

Азотирование — это процесс насыщения поверхностного слоя де­тали азотом при температуре 500—600°С. Азотируют в основном ле­гированные стали (например, 35ХЮА, 40ХФА), помещая их в среду аммиака NH₃. Азот внедряется в поверхностные слои стали и всту­пает во взаимодействие с железом и легирующими элементами, об­разуя нитриды железа Fe₂N, хрома Cr₂N, вольфрама W₂N, алюми­ния A1N и др. Нитриды легирующих элементов повышают твердость поверхности стали до HRC 70. Азотированию подвергают валы, гильзы, зубчатые колеса, детали турбин и др. В результате азотиро­вания повышается коррозионная стойкость деталей.

Цианирование (или нитроцементация) — это одновременное на­сыщение поверхностного слоя углеродом и азотом с последующей термообработкой изделия. В результате нитроцементации повыша­ются твердость и износостойкость детали.

Применяют жидкостную и газовую нитроцементацию. Наиболь­ший эффект дает жидкостная с применением триэтаноламина. При температуре 850—870'°С триэтаноламин разлагается с выделением углерода и азота. Выделившиеся углерод и азот насыщают поверх-постный слой стали. После этого изделия охлаждают до температу­ры 750—800°С, затем закаливают и отпускают. Твердость поверх­ностного слоя достигает HRC 62.

Диффузионная металлизация заключается в насыщении поверх-постного слоя детали алюминием, хромом, бором и другими элемен­тами для повышения износостойкости, коррозионной стойкости и других свойств.

Алитирование заключается в насыщении поверхностного слоя алюминием, который на поверхности изделия создает плотную плен­ку А1г0₃, температура плавления которой 2000^СС. Окисление основ­ного металла не происходит при температуре среды до 900°С. Али­тирование повышает жаростойкость стали.

Хромирование — это насыщение поверхности мягких и высоко-углеродистых сталей хромом, который на поверхности изделия об­разует твердые растворы карбидов хрома. После хромирования у сталей повышается коррозионная стойкость, жаростойкость и изно­состойкость (только у высокоуглеродистых) с повышенной поверх­ностной твердостью.

Борирование увеличивает твердость поверхностного слоя стали м 1,5—2 раза по сравнению с закалкой стали на мартенсит. Диффу­зия бора происходит в расплаве буры при температуре 930—960 С и результате пропускания через расплав тока.

Контрольные вопросы:

1. Что называют химико-термической обработкой? Цель ХТО.

2. Цель, виды и область применения цементации.

3. Что называют карбюризаторами? Виды и применение.

4. Что называют азотированием? Цель и область применения азотирования.

5. В чем заключается процесс азотирования в газовой среде? Достоинства и недостатки.

6. В чем заключается процесс азотирования в жидкой среде? Достоинства и недостатки.

7. Что называют цианированием? Цель, виды и область применения цианирования.

8. Что называют нитроцементацией? Цель, виды и область применения нитроцементацией.

9. Что называют диффузионной мателлизацией?