Поверхностное упрочнение стальных деталей

Для повышения твердости и износостойкости поверхности деталей их подвергают поверхностному упрочнению, для этого производят поверхностную закалку или химико-термическую обработку.

Поверхностная закалка состоит в нагреве поверхностного слоя детали и последующего быстрого его охлаждения. Это позволяет получить высокую твердость поверхностного слоя детали в сочетании с вязкой сердцевиной. Для нагрева поверхности детали чаще всего используют токи высокой частоты. Переменное магнитное поле индуцирует в поверхностных слоях детали вихревые токи, осуществляющие ее нагрев. Чем выше частота тока, тем меньше толщина нагреваемого слоя. Обычно она лежит в пределах от 0,1 до 3 мм. Нагретая поверхность охлаждается водой, что позволяет на среднеуглеродистых сталях получать твердость поверхности HRC 45 - 55. Для поверхностной закалки можно использовать нагрев лазером. Лазерное излучение за короткий промежуток времени нагревает тонкий поверхностный слой детали до требуемой температуры. При прекращении облучения нагретые участки быстро охлаждаются благодаря отводу тепла к холодным объемам детали.

При химико-термической обработке поверхностные слои детали при высокой температуре насыщают углеродом, азотом, алюминием, хромом или другими элементами, в результате чего происходит изменение их химического состава, структуры и свойств.

Цементацией называют процесс насыщения поверхности стальных деталей углеродом. Детали из малоуглеродистых сталей помещают в контейнер с древесным углем (твердым карбюризатором) и нагревают до температуры 930 - 950°С. На поверхности детали образуется слой, концентрация углерода в котором достигает 0,8 - 1%. При последующей закалке этот слой приобретает высокую твердость до HRC 60 - 62, а малоуглеродистая сердцевина детали сохраняет высокую пластичность Для ускорения процесса цементации используют газовый карбюризатор - смесь окиси углерода и метана, но в этом случае необходимы специальные печи.

Азотированием называют процесс насыщения поверхности детали азотом. Детали из среднеуглеродистых легированных сталей марок 38ХМЮА, 35ХМА, 38Х2Ю и другие выдерживают в течение длительного времени (до 60 ч) при температуре 500 - 600°С в атмосфере аммиака NH₃. В результате в поверхностном слое детали образуются нитриды железа, хрома, молибдена, алюминия, обеспечивающие поверхностную твердость HV l200. Преимущество азотирования - низкая температура процесса, что позволяет упрочнять готовые детали. Недостаток - длительность процесса.

Цианированием (нитроцементацией) называют процесс совместного насыщения поверхности стальных деталей азотом и углеродом. При этом повышается твердость и износостойкость деталей. При цианировании нагрев деталей осуществляют врасплаве солей, содержащих цианистый натрий и калий, или в газовой среде, состоящей из смеси аммиака (2 - 10%) и метана (90 - 98%). Низкотемпературное цианирование (500 - 600°С) используют для упрочнения окончательно изготовленного инструмента из быстрорежущей стали. Получают цианированный слой толщиной 0,01 - 0,04 мм с твердостью HV 1000. Высокотемпературное цианирование (850 - 950°С) применяют для упрочнения деталей из конструкционных сталей. Детали после цианирования подвергают закалке, и низкому отпуску, твердость поверхности HRC 59 - 62. По сравнению с цементацией цианирование обеспечивает лучшую износостойкость и коррозионную стойкость поверхности деталей. Недостаток процесса в высокой стоимости и токсичности цианистых солей.

Диффузионной металлизациейназывают процесс насыщения поверхностных слоев детали различными металлами. При алитировании поверхность насыщают алюминием, что повышает коррозионную стойкость деталей; при хромировании обеспечивается высокая стойкость к газовой коррозии при высоких температурах; силицирование - насыщение кремнием обеспечивает высокую кислотостойкость; борирование придает поверхности деталей особо высокую твердость (HV 1800 - 2000).

Дата добавления: 2015-11-16