3.2. Поверхностная закалка.
Поверхностную закалку проводят путем быстрого нагрева поверхностного слоя деталей до температур, заметно превышающих критические с последующим резким охлаждением. Из-за быстрого нагрева сердцевина не успевает нагреться до критических температур, и при охлаждении закаливаются только поверхностные слои. Кроме того, несмотря на перегрев поверхностного слоя, аустенитные зерна не успевают вырасти, так как скорость нагрева очень велика, и может достигать нескольких сотен °С/сек. Поверхностную закалку используют для упрочнения стальных и чугунных деталей машин.
В зависимости от технологии нагрева различают следующие варианты поверхностной закалки:
1) закалку с газопламенным нагревом;
2) закалку с индукционным нагревом токами высокой частоты (ТВЧ);
3) закалку с использованием высококонцентрированных источников энергии (лазерную, плазменную, электроннолучевую).
Наиболее востребованной в машиностроении является закалка с нагревом ТВЧ. Этот вид закалки высокопроизводителен, легко автоматизируется и встраивается в общие технологические линии. Поверхностной закалке ТВЧ подвергают детали из среднеуглеродистых (0,35…0,55%С) сталей, как нелегированных, так и легированных (применяют реже).
|
| |
|
Рис.26. |
Схема поверхностной закалки с нагревом ТВЧ. I – закалка (1 – нагрев; 2 - охлаждение); II – низкотемпературный отпуск. |
Из-за быстрого нагрева аустенитизация происходит при более высоких температурах по сравнению с нагревом в печи. Поэтому температура нагрева (tН) заметно превышает (на 100…150°С) критическую (AС3), выдержка не производится, и после нагрева следует резкое охлаждение в водяном душе или в потоке воды. Для легированных сталей применяют охлаждение окунанием в масло или путем отвода теплоты в глубинные ненагретые зоны детали. После закалки проводят отпуск при температуре 160…200°С.
В результате этой термообработки в поверхностном слое деталей толщиной 2…5мм образуется структура мелкокристаллического мартенсита, с высокой твердостью (55…65HRC), кроме того, в поверхностном слое формируются остаточные сжимающие напряжения. Поэтому стальные детали после закалки ТВЧ отличаются высокой износостойкостью и усталостной прочностью. Сердцевина деталей остается незакаленной, в ней сохраняется исходная феррито-перлитная структура, что обеспечивает достаточно хорошую ударную вязкость деталей.
3.3. Химико-термическая обработка (хто).
Это обработка, сочетающая объемный высокотемпературный нагрев стальных деталей с насыщением их поверхности атомами металлов или неметаллов путем диффузии (перемещения атомов) из внешней насыщающей среды. Результатом диффузии является образование в деталях поверхностного диффузионного слоя, который отличается своим составом, структурой и свойствами от их сердцевины, не затронутой насыщением. Скорость диффузии и толщина диффузионного слоя возрастают с повышением температуры и длительности процесса химико-термической обработки.
При насыщении поверхности атомами металлов процесс называют диффузионной металлизацией. Скорость диффузии и толщина слоя при этом меньше, а продолжительность процесса и его температура больше, чем при насыщении неметаллами – атомами углерода и азота.
Поэтому в машиностроении основными являются процессы ХТО, при которых поверхность стальных деталей насыщают атомами углерода (цементация), азота (азотирование), углерода и азота (нитроцементация).
При проведении цементации и нитроцементации после насыщения проводят закалку и низкотемпературный отпуск, а при азотировании перед насыщением азотом проводят улучшение – закалку и высокотемпературный отпуск.
В результате в деталях образуется высокотвердый и прочный поверхностный слой, сочетающийся с ударопрочной и вязкой сердцевиной. Этот комплекс свойств обеспечивает при эксплуатации деталей высокие показатели износостойкости, контактной выносливости и усталостной прочности.