18.Поверхностное упрочнение стали (закалка, наклеп).

Конструкционная прочность часто зависит от состояния материала в поверхностных слоях детали. Одним из способов поверхностного упрочнения стальных деталей является поверхностная закалка.В результате поверхностной закалки увеличивается твердость поверхностных слоев изделия с одновременным повышением сопротивления истиранию и предела выносливости. Закалка токами высокой частоты.

Метод разработан советским ученым Вологдиным В.П.Основан на том, что если в переменное магнитное поле, создаваемое проводником-индуктором, поместить металлическую деталь, то в ней будут индуцироваться вихревые токи, вызывающие нагрев металла. Чем больше частота тока, тем тоньше получается закаленный слой.

Основной недостаток метода – высокая стоимость индукционных установок и индукторов.Целесообразно использовать в серийном и массовом производстве.

Газопламенная закалка.Нагрев осуществляется ацетиленокислородным, газокислородным или керосинокислородным пламенем с температурой 3000…3200°С.

Структура поверхностного слоя после закалки состоит из мартенсита, мартенсита и феррита. Толщина закаленного слоя 2…4 мм, твердость 50…56 HRC. Лазерная закалка.В последнее время для термической обработки некоторых деталей применяют источники высококонцентрированной энергии (электронные и лазерные лучи).

19.Химико-термическая обработка. Твердая и газовая цементация (науглероживание).

Химико-термическая обработка (ХТО) – процесс изменения химического состава, микроструктуры и свойств поверхностного слоя детали.Изменение химического состава поверхностных слоев достигается в результате их взаимодействия с окружающей средой (твердой, жидкой, газообразной, плазменной), в которой осуществляется нагрев.Основными параметрами химико-термической обработки являются температура нагрева и продолжительность выдержки.

Основными разновидностями химико-термической обработки являются:

• цементация (насыщение поверхностного слоя углеродом);

• азотирование (насыщение поверхностного слоя азотом);

• нитроцементация или цианирование (насыщение поверхностного слоя одновременно углеродом и азотом);диффузионная металлизация (насыщение поверхностного слоя различными металлами). Цементация – химико-термическая обработка, заключающаяся в диффузионном насыщении поверхностного слоя атомами углерода при нагреве до температуры 900…950° С.Цементации подвергают стали с низким содержанием углерода (до 0,25 %).Цементация в твердом карбюризаторе.Почти готовые изделия, с припуском под шлифование, укладывают в металлические ящики и пересыпают твердым карбюризатором. Используется древесный уголь с добавками углекислых солей ВаСО₃, Na₂CO₃ в количестве 10…40 %. Закрытые ящики укладывают в печь и выдерживают при температуре 930…950° С.За счет кислорода воздуха происходит неполное сгорание угля с образованием окиси углерода (СО), которая разлагается с образованием атомарного углерода по реакции:

2СО→СО₂+С_АТ

Образующиеся атомы углерода адсорбируются поверхностью изделий и диффундируют вглубь металла.Недостатками данного способа являются:значительные затраты времени (для цементации на глубину 0,1 мм затрачивается 1 час);низкая производительность процесса;громоздкое оборудование;сложность автоматизации процесса.Способ применяется в мелкосерийном производстве.Газовая цементация.Процесс осуществляется в печах с герметической камерой, наполненной газовым карбюризатором.Атмосфера углеродосодержащих газов включает азот, водород, водяные пары, которые образуют газ-носитель, а также окись углерода, метан и другие углеводороды, которые являются активными газами.Глубина цементации определяется температурой нагрева и временем выдержки.Преимущества способа:

• возможность получения заданной концентрации углерода в слое (можно регулировать содержание углерода, изменяя соотношение составляющих атмосферу газов);сокращение длительности процесса за счет упрощения последующей термической обработки;возможность полной механизации и автоматизации процесса.

Способ применяется в серийном и массовом производстве.