2. Класифікація видів гартування, їхнє призначення.

Для зміни об'ємних властивостей матеріалу деталей машин використовують різноманітні види об'ємної термічної обробки (відпал, нормалізація, гартування, відпуск), а для зміни властивостей поверхневих шарів - поверхневе гартування.

Поверхневе гартування полягає в нагріванні тонкого поверхневого шару до температури утворення в ньому аустеніту і наступному швидкому охолодженні для фіксації дрібно голкового мартенситу. Нагрівання при поверхневому гартуванні може здійснюватися газовим полум'ям, струмами високої частоти, опроміненням електронами або дейтронами.

Поверхневому гартуванні з нагріванням газовим полум'ям піддають деталі із середньо- і високовуглецевих сталей і чавунів після кінцевої механічної і відповідної термічної обробки. Нагрівання до температури гартування здійснюється спеціальними газовими горілками на глибину від 1 до 6 мм, після чого здійснюється миттєве охолодження. Нагрівають, як правило, ті ділянки деталей, які потрібно зміцнити. Таке гартування забезпечує отримання однорідного шару з поступовою зміною твердості по глибині, відсутність окислення поверхні і мінімальне спотворення форми деталі.

Механічні властивості загартованого шару залежать від матеріалу з якого виготовлена деталь, що обробляється, і режиму процесу. Структура поверхневого шару поступово змінюється в такій послідовності: дрібно-голковий мартенсит на поверхні, троостит, сорбіт в перехідній зоні і перліт в серцевині. Завдяки високій твердості поверхневого шару і наявності залишкових напружень стиску деталі після гартування полум'ям мають високу зносостійкість і втомну міцність.

Поверхнева твердість сталі і глибина гартування залежать від швидкості переміщення полум'я, витрати газу і співвідношення газів в суміші.

Для зменшення внутрішніх напружень в поверхневому шарі деталі після поверхневого гартування полум'ям піддають відпуску в масляних ваннах при температурі 180...200(С.

Поверхневе гартування полум'ям є обов'язкове для великогабаритних деталей, так як об'ємне гартування таких деталей практично неможливо здійснити, а гартування СВЧ обмежується потужністю і складністю пристроїв.

Широке використання поверхневого гартування полум'ям знаходить при зміцненні поверхні зубів зубчатих коліс. Зміцнені цим методом вони мають довговічність в 3,5...5 разів більшу в порівнянні з незміцненими.

Поверхневе гартування з нагріванням СВЧ використовується для зміцнення як стальних так і чавунних деталей.

Метод індукційного нагріву полягає в розміщенні деталей в магнітному полі, що змінюється у великому діапазоні частот, при чому, поверхневий шар металу нагрівається наведеними (індуктивними) вихровими струмами. Глибина шару, що нагрівається, зменшується із зростанням частоти f і приблизно може бути визначена за формулою: 509/f (при температурі сталі 760(С і вище).

Гартування з нагріванням в СВЧ дає більш високу твердість поверхневого шару, ніж гартування з нагрівом в печі. Це пояснюється тим, що при гартуванні з нагріванням СВЧ карбідна фаза не переходить повністю у твердий розчин і структура поверхневого шару складається із мартенситу і зерен сементиту, що підвищує зносостійкість сталі.

Нагрівання СВЧ дозволяє здійснювати місцевий відпуск і тим самим регулювати розподілення напружень і міцність шару. Поверхневе гартування з нагріванням СВЧ здійснюється за допомогою різноманітних видів індукторів, що відповідають конфігурації деталей, і піддаються гартуванню. Охолодження після гартування здійснюють або звичайним методом в тих же ваннах, які використовуються для об'ємної термічної обробки, або спреєром - пристроєм-розприскувачем, який забезпечує безпосередню подачу охолоджуючої рідини в зону нагріву. В якості рідини для охолодження, як правило, використовують воду. Роль спреєра відіграє сам індуктор, виконаний у вигляді трубопроводу з отворами, в яких вода під кутом 30-40( подається на деталь.

Процес легко автоматизується, внаслідок чого продуктивність при гартуванні СВЧ в порівнянні з гартуванням полум'ям в 2...6 разів більша. міцність конструкційних сталей при гартуванні СВЧ може бути підвищена на 40...100%.

Найбільш широке використання гартування з нагріванням СВЧ отримали для зміцнення зубів коліс, як з наскрізним гартуванням зуба, так і з нагріванням тільки його поверхневого шару. Значне підвищення втомної міцності зубчатих коліс дає поверхневе гартування з нагріванням СВЧ по всій контурній поверхні зубів, тобто робочих поверхонь і впадин.

Гартування з нагріванням СВЧ також використовують для зміцнення деталей із сірого і ковкого чавуну. До таких деталей відносяться: гільзи двигунів внутрішнього згорання, направляючі чавунних станин метало-різальних верстатів, гальмівні колодки.

Поверхневе гартування з нагріванням шляхом опромінення електронами базується на тому, що енергія електронів перетворюється в теплову і виділяється в шарі, товщина якого дорівнює величині пробігу електрона. Забезпечуючи достатню густину пучка електронів, можна за дуже короткий час оплавити тонкий поверхневий шар металу. Оскільки загальна кількість тепла невелика внаслідок малої величини шару (0,1...0,001 мм), то вона дуже швидко поглинається масою деталі. При цьому досягається така інтенсивність охолодження, яку не можна отримати при будь-якому іншому методі нагрівання.

Опромінення дейтронами приводить до таких же результатів як і опромінення електронами, тобто, ефект в основному є тепловим. Мікро-твердість поверхні в результаті опромінення збільшується в 2...3 рази на глибині 1 мм.