Поверхностная закалка. Характеристики, способы, область применения

⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 6Следующая ⇒

Во многих случаях изделия должны обладать главным образом высокой твёрдостью поверхностного слоя. При этом сердцевина изделия остается вязкой. Достигается это быстрым нагревом поверхностного слоя выше точки фазовых превращений и быстрое последующее охлаждение.

Слой 1 нагревают выше точки А_с3 и он закаляется полностью. Слой 2 закаляется частично. Слой 3 остается незакаленным. l – расстояние от пов-ти вглубь образца.

Состояние высокой твердости и прочности поверхностного слоя с вязкостью сердцевины обеспечивает высокую износостойкость изделия и одновременно с этим стойкость к динамическим нагрузкам, что очень важно для деталей подвижных соединений машин.

Способы поверхностной закалки:

1-й – С индукционным нагревом (закалка током высокой частоты - ТВЧ) используется при массовой обработке стальных изделий. Глубина закалки определяется условием работы детали и составляет 1, 5…3 мм при усталостном изнашивании и до 15 мм при высоких контактных нагрузках.

2-й – Газопламенная – применяется для единичных крупных изделий или небольших партий. Напр., прокатные валы, коленвалы.

3-й – В электролите – при пропускании тока через электролит на катоде (закаливаемая деталь) образуется газовая рубашка водорода, при этом ток сильно возрастает и деталь нагревается. После отключения тока деталь можно сразу же закалить в электролите.

4-й – Лазерная закалка – высокоскоростной разогрев поверхностного слоя под действием лазерного луча.Преимущество: можно закаливать в различных режимах как тонкие, так и толстые слои, как на небольших участках детали, так и на большой пов-ти.

Часто используется для закалки режущих кромок инстр-та. Длительность нагрева не превышает 10^-6 С. Это позволяет широко варьировать глубину прогрева и степень фазовых превращений в стали.

46. Отпуск стали - термическая обработка, включающая нагрев закаленной стали до температуры ниже критических точек, выдержка при этой температуре и охлаждение с целью получения заданного комплекса мех. свойств, а также полного или частичного устранения закалочных напряжений.

Виды отпуска:

- низкий – прим. для углеродистых и низколегированных сталей (реж. и мерит. инстр-т). Включают нагрев изделия до 150…200º С → выдержка (время выдержки зависит от размеров) → охлаждение. Твердость почти не меняется (58…63 HRC), а прочность и вязкость повышается. Часто прим. после поверх. закалки или ХТО;

- средний – исп. для углеродистых и легиров. сталей при изгот. пружин, рессор, инстр-та по обр. давлен. Нагрев до 350…500º С → выдержка 1…8 ч. (в зависим от массы) → охлаждение на спокойном воздухе;

- высокий – прим. для среднеуглер. сталей, проводится после закалки и дает наилучшее сочетание прочности и вязкости. Сочетание закалки с высоким отпуском называется улучшением. Нагрев до 500-680º С → выдержка 1…8 ч. → охлаждение на воздухе. Легир. стали охлаждаются в воде или масле.

Старение - это термообработка, которая проводится после закалки без полиморфного превращения, направленная на получение в сплаве более равновесной стр-ры и заданного уровня свойств.

Схема процесса: нагрев 120-150º С, выдержка от 10 до 35 часов при этой температуре. Выдержка позволяет не снижая твердости закал. стали стабилизировать состояние углерода в его стр-ре за счет выделения его в виде дисперсных карбидов.

47. Термомеханическая обработка (ТМО) стали - совокупность операций термической обработки с пластической деформацией, которая проводится либо выше критических точек (ВТМО), либо при температуре переохлажденного (500... 700°С) аустенита (НТМО). Такой вид обработки позволяет получить сталь высокой прочности (до 270 МПа). Формирование структуры стали при ТМО происходит в условиях повышенной плотности и оптимального распределения дислокаций. Окончательными операциями ТМО являются немедленная закалка во избежание развития рекристаллизации и низкотемпературный (Т=100...300оС) отпуск.

Термомеханическая обработка с последующими закалкой и отпуском позволяют получить очень высокую прочность (s= 2200...3000 МПа) при хорошей пластичности (d = 6...8%, y= 50...60%) и вязкости. В практических целях большее распространение получила ВТМО, обеспечивающая наряду с высокой прочностью хорошее сопротивление усталости, высокую работу распространения трещин, а также сниженные критическую температуру хрупкости, чувствительность к концентраторам напряжений и необратимую отпускную хрупкость. ВТМО осуществляется в цехах прокатного производства на металлургических заводах, например, при упрочнении прутков для штанг, рессорных полос, труб и пружин.

48. Химико-термическая обработка (ХТО) стали - совокупность операций термической обработки с насыщением поверхности изделия различными элементами (С, N, Al, Si, Cr и др.) при высоких температурах. Благодаря такой обработке меняется не только структура металла, но и химический состав его верхнего слоя и деталь может иметь вязкую сердцевину, выдерживающую ударные нагрузки, высокую твердость и износостойкость. Из существующих способов химико-термической обработки стали в условиях небольшой мастерской можно выполнять только цементацию. Цементация - это науглероживание поверхности стали. Этому процессу подвергают чаще всего изделия из малоуглеродистых сталей, содержащих не более 0, 2% углерода и некоторых легированных сталей. Детали, предназначенные для цементации, сначала очищают. Поверхности, не подлежащие науглероживанию, покрывают специальными предохранительными противоцементными обмазками.

В-ва, которые входят в состав обмазки, называют карбюризаторами. Они бывают твердые, жидкие и газообразные.

Химико-термическая обработка повышает твердость, износостойкость, кавитационную и коррозионную стойкость и, создавая на поверхности изделий благоприятные остаточные напряжения сжатия, увеличивает их надежность и долговечность.

Цементация

Процесс насыщения поверхности изделия углеродом. Цементация повышает твердость и износостойкость поверхности детали при сохранении вязкости сердцевины. Различают твердую и газовую цементацию. При твердой цементации в ящик заполненный науглеражущим в-вом (карбюризатором) и специальными добавками размещают детали. В качестве карбюризатора используют древесный уголь. При температуре процесса (900-950 градусах Цельсия) кислород воздуха, расположенного между кусочками угля взаимодействует с углеродом с образования окиси углерода СО. Именно СО, а не СО₂ т.к. процесс идет при недостаточном кол-ве кислорода. При контакте окиси углерода с металлической поверхностью происходит реакция диссоциации при которой окись углерода распадается на СО₂+реакция диссоциации с образованием активных атомов углерода, кат. диффунд. 2СО₂-> СО₂+С

поверхность металла. В качестве добавок к карбюризатору используют соли: СО₃, Na₂CO₃, K₂CO₃, являющиеся дополнительным поставщиком окиси углерода.

Процесс твердой цементации является мало производительным и занимает не один десяток часов. Это связанно с тем, что значительная часть времени тратится на прогрев ящика до заданной температуры т.к. карбюризатор является не теплопроводным веществом.

Эффективнее способ газовой цементации.

В этом случае и/з камеру замещенные в ней детали пропускают науглераживающий газ или СО или, что чаще предельные углеводороды (метан, этан, пропан, гексан, октан, нонан, декан). В производстве чаще всего используется природный газ, содержащий до 93-95% группы СН₄. При цементации тщательно регламентируют подачу газа. В случае избытка количества газа на поверхности детали оседает слой сажи т.к. не весь углерод может усваиваться поверхностью детали. Температуру цементации не выбирают ниже А_С1 т.к. феррит практически не растворяет углерод. Процесс осуществляют выше А_С3, а именно при темп. 900–930 º С. После цементации стр-ра по сечению детали неоднородна. По ковкости стр-ра соответствует стр-ре заэвтектоидной стали. Далее стр-ра эвтектоидной стали (перлит), а затем стр-ра доэтектоидной стали (Ф+П). За толщину слоя принимают толщину заэвт. эвт. и половину доэвт. зоны. Окончательные св-ва формируются после термич. обр. Термообработка обеспечивает измельчение зерна неизбежно выросшего в процессе выдержки при высокой температуре. Устранение цементной сетки.

Термообработка заключ. в закалке с температурой 820–840º С и низком отпуске при температурах 60–64HRC, легированных 57–60HRC.

Маленькая твердость после ХТО легированных сталей обусловлена повышенным содержанием в стр-ре остаточного аустенита, для устранения которого после закалки иногда проводят обработку холодом.

Для цементирования применяют стали с низким содержанием углерода 0.15–0.25%.

⇐ Предыдущая 1 2 3 456 Следующая ⇒