3.1.2. Объемно-поверхностная закалка

Опыт применения поверхностной закалки в производстве показал, что этим способом в ряде случаев невозможно осуществлять равномерный поверхностный нагрев и закалку деталей, имеющих сложную форму, например, шестерен среднего модуля, колец подшипников качения, крестовин и т.п. Это привело к созданию нового варианта: объемно-поверхностной закалки при глубинном индукционном нагреве. Сущность способа состоит в том, что выше критических температур нагревают слой детали примерно в два раза толще требуемой глубины закалки. При этом используют стали с пониженной прокаливаемостью, поэтому закалка на мартенсит достигается только на части слоя, нагретого до закалочных температур. Более глубокие слои приобретают структуру сорбита или троостита закалки. Таким образом, за один прием осуществляется закалка поверхностного слоя на мартенсит и упрочнение сердцевины рабочего сечения детали. После закалки проводят низкий отпуск. Стали пониженной прокаливаемости имеют мало кремния и марганца, например, сталь марки 55ПП, 60ПП (ПП означает пониженную прокаливаемость).

В последнее время применяют среднеуглеродистые низколегиро­ванные стали с регламентируемой прокаливаемостью (40X,45X, 47ГТ и др.), в которых глубина закалки регулируется подбором химического состава стали. Такие стали имеют индекс РП (регламентируемая прокаливаемость).

3.1.3. Газопламенная поверхностная закалка

При этом способе закалки кратковременный поверхностный нагрев осуществляется высокотемпературным ацетилено-кислородным, газо-кислородным или керосино-кислородным пламенем. Газопламенная закалка применяется для крупных изделий, имеющих зачастую сложную поверхность (косозубые шестерни, червяки и пр.). Этот метод может применяться в массовом и индивидуальном производстве (в том числе при ремонтных работах). Механизированные установки газопламенной закалки могут включаться в поточные линии механических цехов. Результаты газопламенной закалки при автоматизированном режиме могут быть равноценными закалке ТВЧ, но производительность процесса значительно ниже. Кроме того, при использовании этого метода труднее регулировать температуру нагрева и глубину закаленного слоя, больше вероятность перегрева стали.

3.2. Химико-термическая обработка стали (хто)

Химико-термической обработкой называется обработка, заклю­чающаяся в сочетании термического и химического воздействия с целью изменения состава, структуры и свойств поверхностного слоя стали. При ХТО происходит насыщение поверхностного слоя стали соответствующим элементом (С, N, Al, Сr, Si и др.) путем его диффузии из внешней среды при высокой температуре.

Химико-термическая обработка повышает твердость поверхности, износостойкость, кавитационную и коррозионную стойкость, создает на поверхности благоприятные остаточные напряжения сжатия, увеличивает, надежность и долговечность деталей машин.

ХТО включает три последовательные стадии:

1) диссоциацию и распад химических соединений с образованием активных атомов в насыщающей среде вблизи поверхности детали. Их концентрация зависит от состава и агрегатного состояния насыщающей среды, взаимодействия отдельных составляющих среды между собой, температуры, давления и состава стали;

2) адсорбцию (поглощение) поверхностью металла свободных активных атомов и растворение их в металле;

3) диффузию – перемещение адсорбированных атомов в решетке обрабатываемого металла. Процесс диффузии возможен только при наличии растворимости диффундирующего элемента в обрабатываемом металле при достаточно высокой температуре, обеспечивающей необходимую энергию атомам.

В результате диффузии в поверхностном слое детали достигается высокая концентрация диффундирующего элемента, которая понижается в глубину детали. Толщина δ диффузионного слоя нарастает во времени τ по параболическому закону:

(3)

в котором постоянная к тем больше, чем выше температура процесса, концентрация активных атомов и энергия образования химических соединений, образуемых диффундирующими элементами. После диффузионного насыщения стальные детали могут, при необходимости, подвергаться термической обработке. При этом необходимо учитывать различие в составе и структуре стальной детали в поверхностном слое и сердцевине.