Поверхностная закалка

Ряд деталей машин и механизмов, работающих на износ, подвергают поверхностной закалке, осуществляемой различными методами. Поверхностная закалка позволяет применять менее легированную сталь, заменяет в ряде случаев трудоёмкие операции химико-термической обработки (цементация, азотирование) и значительно упрочняет поверхностный слой деталей, работающих, кроме трения, в условиях знакопеременных нагрузок.

Наиболее широко подвергаются поверхностной закалке детали из углеродистой стали марок 40, 45, 50, а также низколегированной марганцем или хромом среднеуглеродистой стали.

Наиболее совершенным методом поверхностной закалки является нагрез деталей токами высокой частоты до температуры выше Ас3 последующая закалка водой при помощи спрейера. Время нагрева (3-6 сек.) зависит от размеров закаливаемой поверхности, требуемой глубины закалённого слоя, частоты. тока и мощности установки. Во многих случаях целесообразно прекращение подачи охлаждающей воды до момента полного остывания закаливаемой детали. Это приводит к самоотпуску и освобождает от необходимости проведения специальной операции отпуска.

Тяжелонагружённые детали, требующие, кроме высокой поверхностной твёрдости, также и высоких механических свойств сердцевины, перед высокочастотной поверхностной закалкой подвергаются закалке и отпуску или нормализации и отпуску.

Высокочастотная поверхностная закалка применяется для весьма обширной номенклатуры деталей (шейки коленчатых валов, кулачки распределительных валов, гильзы цилиндров двигателей внутреннего сгорания, зубья различных шестерён, валики, пальцы гусеничных траков, шпиндели и направляющие различных станков и многие другие детали).

Закалённый поверхностный слой получается глубиной до 5 мм поверхностной твёрдостью до НRC =62—64 (после закалки).

Нагрев поверхностного слоя электротоком при помощи специальных токонесущих электродов роликов, соприкасающихся с закаливаемой поверхностью, с последующим охлаждением водой (или воздухом) называется контактным методом поверхностной закалки. Этот метод разработан проф. Н. В. Гевелингом и нашёл применение для закалки деталей с простыми конструктивными формами (тела вращения—шейки шпинделей станков, валы; плоские поверхности — направляющие станков, головки рельсов).Глубина закалки 3—6мм; поверхностная твёрдость HRC = 60.

Для поверхностной закалки используется также нагрев кислородно-газовым пламенем (ацетилен или светильный газ) с последующим охлаждением водой при помощи спрейера. Этот метод успешно применяется для поверхностной закалки ряда ответственных деталей (шейки коленчатых валов танковых и тракторных двигателей, зубья различных шестерён, опорные кольца, бронедетали, паровозные параллели и т. п.)

Метод поверхностной закалки со сквозным (объёмным) прогревом детали выше Ac3 и последующим охлаждением в резко закаливающем охладителе с выдержкой в нём в течение незначительного времени применяется в массовом производстве для деталей цилиндрической формы из стали марок 40,45,50 (коленчатые я распределительные валы автомобильных моторов, задние полуоси, промежуточные и карданные валы автомобилей)*. Глубина закалённого слоя 3—5 мм (при выдержке 10—40 сек. в охладителе — 10%-ный водный раствор NaOH температурой 30—35 °С). Поверхностная твёрдость Н%с =48—50. Непосредственно после закалки должен следовать отпуск деталей во избежание образования трещин.

Метод поверхностной закалки с поверхностным нагревом выше Ac3 слоя требуемой глубины нашёл применение для закалки шестерён. При этом методе применяется легированная хромом и никелем сталь, содержащая около 0,75 — 0,85% углерода. Процесс заключается в следующем: деталь нагревается полностью в соляной ванне до температуры ниже Ас3, затем переносится на короткое время в свинцовую ванну, имеющую температуру значительно выше Ас3 где прогревается с поверхности до температуры закалки, после чего погружается в закалочную среду. Глубина закалённого слоя 0,5—1,0 мм.