Лабораторная работа
Термомеханическая обработка сталей (ТМО)
Высокая прочность в сочетании с удовлетворительной вязкостью, ослабление или даже устранение отпускной хрупкости первого и второго рода достигается применением термомеханической обработки, которая заключается в пластическом деформировании аустенита с последующей закалкой на мартенсит и низким отпуском.
В зависимости от температуры, при которой деформируют аустенит, различают высокотемпературную термомеханическую обработку (ВТМО) и низкотемпературную (НТМО).
При ВТМО деформация аустенита происходит выше, при НТМО — при 400—500 °С, т. е. при температурах относительной стабильности аустенита .
В результате достигается высокая прочность при достаточной пластичности и вязкости.
Причиной упрочнения при ТМО является то, что из предварительно деформированного аустенитного зерна образуются более мелкие пластины мартенсита. При дроблении зерна аустенита создается блочная структура, которая фиксируется при закалке. Углерод при отпуске около 200 °С выделяется в виде дисперсных карбидов.
По сравнению с обычной термообработкой ВТМО повышает прочность примерно па 40 % при одновременном увеличении характеристик пластичности в 2 раза. Возрастает сопротивление усталости, увеличивается ударная вязкость, уменьшается склонность к образованию трещин и порог хладноломкости.
Еще большая прочность достигается при НТМО, но НТМО может применяться только для сталей с широким временным интервалом устойчивости аустенита ниже температуры его рекристаллизации. Сочетание высокого предела упругости и высокой циклической прочности позволяет использовать НТМО при изготовлении высокопрочных пружин, рессор и подвесок.
Хотя при НТМО достигается наибольшее упрочнение, но ее проведение более сложно по сравнению с ВТМО. При температурах 400—500 °С аустенит менее пластичен, что требует применения
Упрочнение поверхности методом пластического деформирования
Эффективными способами упрочнения поверхностного слоя являются дробеструйная обработка, позволяющая прорабатывать стальные детали на глубину до 0,7мм и обкатка поверхности роликами на глубину до 15мм. При этом происходит наклеп поверхности детали, позволяющий повысить ее усталостную прочность, не меняя материала и ее ТО. При дробеструйной обработке на поверхность деталей из специальных дробеметов с большой скоростью направляют поток стальной или реже чугунной дроби диаметром 0,5-1,5мм. Удары дроби вызывают пластическую деформацию поверхностного слоя, вследствие чего он становится более твердым, в нем остаются остаточные напряжения сжатия и тем самым повышается усталостная прочность. Такой обработке подвергаются поверхности рессор, пружин, зубчатых колес, звеньев гусениц, гильз и поршней.
Обкатку роликами проводят на токарных станках с помощью специальных приспособлений. Давление на ролики осуществляется гидравлически или с помощью пружин. Применяют для обработки шеек валов, осей железнодорожных вагонов. Коленчатых валов и других деталей. Помимо упрочнения, обкатка повышает чистоту обработки поверхности.
Поверхностная закалка
Поверхностная закалка состоит в нагреве поверхностного слоя стали выше Ас3 с последующим охлаждением для получения высокой твердости и прочности в поверхностном слое детали в сочетании с вязкой сердцевиной.
Нагрев под закалку производят токами высокой частоты (ТВЧ) — наиболее распространенным способом, в расплавленных металлах или солях, пламенем газовых или кислородно-ацетиленовых горелок, а также лазерным излучением.
При нагреве ТВЧ магнитный поток, создаваемый переменным током, проходящим по проводнику (индуктору), индуцирует вихревые токи в металле детали, помещенной внутри индуктора. Форма индуктора соответствует внешней форме изделия. Индуктор представляет собой медные трубки с циркулирующей внутри водой для охлаждения. Скорость нагрева зависит от количества выделившегося тепла, пропорционального квадрату силы тока и сопротивлению металла.
Плотность тока по сечению детали неравномерна, на поверхности она значительно выше, чем в сердцевине. Основное количество тепла выделяется в тонком поверхностном слое. Глубина проникновения тока в металл зависит от свойств нагреваемого металла и обратно пропорциональна квадратному корню из частоты тока. Чем больше частота тока, тем тоньше получается закаленный слой. Обычно применяют машинные генераторы с частотой 500—15 000 Гц и ламповые генераторы с частотой доЮ6 Гц. При использовании машинных генераторов толщина закаленного слоя составляет 2—10 мм, ламповых — от десятых долей миллиметра до 2 мм.
После нагрева в индукторе деталь охлаждается с помощью специального охлаждающего устройства. Через имеющиеся в нем отверстия на поверхность детали разбрызгивается охлаждающая жидкость.
Структура закаленного слоя состоит из мартенсита, а переходной зоны — из мартенсита и феррита. Глубинные слои нагреваются до температур ниже критических и при охлаждении не упрочняются. Для повышения прочности сердцевины перед поверхностной закалкой деталь иногда подвергают нормализации или улучшению. Нагрев длится обычно до 10 с, причем скорость нагрева составляет 100—1000 °С/с.
Преимуществами поверхностной закалки ТВЧ являются регулируемая глубина закаленного слоя; высокая производительность и возможность автоматизации; отсутствие обезуглероживания и окалинообразования; минимальное коробление детали. К недостаткам относится высокая стоимость индуктора, являющегося индивидуальным для каждой детали, и отсюда малая применимость ТВЧ к условиям единичного производства.
Для поверхностной закалки применяют обычно углеродистые стали, содержащие около 0,4 % С. Глубокая прокаливаемость при этом методе не используется, поэтому легированные стали обычно не применяют. После закалки проводят низкий отпуск при 200 °С или даже самоотпуск. После закалки и отпуска твердость стали HRC45—55 на поверхности и HRC25—30 в сердцевине.
Высокочастотной закалке подвергают шейки коленчатых валов, кулачковых валов, гильзы цилиндров, поршневые пальцы, детали гусениц, пальцы рессоры и т. д. Выбор толщины упрочняемого слоя зависит от условий работы детали. Если от детали требуется только высокая износостойкость, толщина упрочняемого слоя составляет 1,5—3 мм, в случае высоких контактных нагрузок и возможной перешлифовки оптимальная толщина возрастает до 5—10 мм.
Для поверхностной закалки может использоваться нагрев лазером. Лазеры — это квантовые генераторы оптического диапазона в основу работы которых положено усиление электромагнитных колебаний за счет индуцированного излучения атомов (молекул). Лазерное излучение распространяется очень узким пучком и характеризуется высокой концентрацией энергии. Источниками генерируемого излучения служат твердые тела (рубины, алюминиевые граниты, иттрий, стекла) и газы (Не, Ne, Аг, СО2 ).
Под действием лазерного излучения поверхность деталей за короткий промежуток времени (10-3 —10-7 с) нагревается до высоких температур. После прекращения облучения нагретые участки быстро охлаждаются благодаря интенсивному отводу тепла холодными объемами металла. Происходит закалка тонкого поверхностного слоя.
Лазерная обработка поверхности стальных и чугунных деталей существенно увеличивает их износостойкость, предел выносливости при изгибе и предел контактной выносливости. Лазерная обработка — перспективный метод поверхностного упрочнения изделий сложной формы, работающих в условиях износа и усталостного нагружения.
www.ronl.ru
Лабораторная работа
Термомеханическая обработка сталей (ТМО)
Высокая прочность в сочетании с удовлетворительной вязкостью, ослабление или даже устранение отпускной хрупкости первого и второго рода достигается применением термомеханической обработки, которая заключается в пластическом деформировании аустенита с последующей закалкой на мартенсит и низким отпуском.
В зависимости от температуры, при которой деформируют аустенит, различают высокотемпературную термомеханическую обработку (ВТМО) и низкотемпературную (НТМО).
При ВТМО деформация аустенита происходит выше, при НТМО — при 400—500 °С, т. е. при температурах относительной стабильности аустенита .
В результате достигается высокая прочность при достаточной пластичности и вязкости.
Причиной упрочнения при ТМО является то, что из предварительно деформированного аустенитного зерна образуются более мелкие пластины мартенсита. При дроблении зерна аустенита создается блочная структура, которая фиксируется при закалке. Углерод при отпуске около 200 °С выделяется в виде дисперсных карбидов.
По сравнению с обычной термообработкой ВТМО повышает прочность примерно па 40 % при одновременном увеличении характеристик пластичности в 2 раза. Возрастает сопротивление усталости, увеличивается ударная вязкость, уменьшается склонность к образованию трещин и порог хладноломкости.
Еще большая прочность достигается при НТМО, но НТМО может применяться только для сталей с широким временным интервалом устойчивости аустенита ниже температуры его рекристаллизации. Сочетание высокого предела упругости и высокой циклической прочности позволяет использовать НТМО при изготовлении высокопрочных пружин, рессор и подвесок.
Хотя при НТМО достигается наибольшее упрочнение, но ее проведение более сложно по сравнению с ВТМО. При температурах 400—500 °С аустенит менее пластичен, что требует применения
Упрочнение поверхности методом пластического деформирования
Эффективными способами упрочнения поверхностного слоя являются дробеструйная обработка, позволяющая прорабатывать стальные детали на глубину до 0,7мм и обкатка поверхности роликами на глубину до 15мм. При этом происходит наклеп поверхности детали, позволяющий повысить ее усталостную прочность, не меняя материала и ее ТО. При дробеструйной обработке на поверхность деталей из специальных дробеметов с большой скоростью направляют поток стальной или реже чугунной дроби диаметром 0,5-1,5мм. Удары дроби вызывают пластическую деформацию поверхностного слоя, вследствие чего он становится более твердым, в нем остаются остаточные напряжения сжатия и тем самым повышается усталостная прочность. Такой обработке подвергаются поверхности рессор, пружин, зубчатых колес, звеньев гусениц, гильз и поршней.
Обкатку роликами проводят на токарных станках с помощью специальных приспособлений. Давление на ролики осуществляется гидравлически или с помощью пружин. Применяют для обработки шеек валов, осей железнодорожных вагонов. Коленчатых валов и других деталей. Помимо упрочнения, обкатка повышает чистоту обработки поверхности.
Поверхностная закалка
Поверхностная закалка состоит в нагреве поверхностного слоя стали выше Ас3 с последующим охлаждением для получения высокой твердости и прочности в поверхностном слое детали в сочетании с вязкой сердцевиной.
Нагрев под закалку производят токами высокой частоты (ТВЧ) — наиболее распространенным способом, в расплавленных металлах или солях, пламенем газовых или кислородно-ацетиленовых горелок, а также лазерным излучением.
При нагреве ТВЧ магнитный поток, создаваемый переменным током, проходящим по проводнику (индуктору), индуцирует вихревые токи в металле детали, помещенной внутри индуктора. Форма индуктора соответствует внешней форме изделия. Индуктор представляет собой медные трубки с циркулирующей внутри водой для охлаждения. Скорость нагрева зависит от количества выделившегося тепла, пропорционального квадрату силы тока и сопротивлению металла.
Плотность тока по сечению детали неравномерна, на поверхности она значительно выше, чем в сердцевине. Основное количество тепла выделяется в тонком поверхностном слое. Глубина проникновения тока в металл зависит от свойств нагреваемого металла и обратно пропорциональна квадратному корню из частоты тока. Чем больше частота тока, тем тоньше получается закаленный слой. Обычно применяют машинные генераторы с частотой 500—15 000 Гц и ламповые генераторы с частотой доЮ6 Гц. При использовании машинных генераторов толщина закаленного слоя составляет 2—10 мм, ламповых — от десятых долей миллиметра до 2 мм.
После нагрева в индукторе деталь охлаждается с помощью специального охлаждающего устройства. Через имеющиеся в нем отверстия на поверхность детали разбрызгивается охлаждающая жидкость.
Структура закаленного слоя состоит из мартенсита, а переходной зоны — из мартенсита и феррита. Глубинные слои нагреваются до температур ниже критических и при охлаждении не упрочняются. Для повышения прочности сердцевины перед поверхностной закалкой деталь иногда подвергают нормализации или улучшению. Нагрев длится обычно до 10 с, причем скорость нагрева составляет 100—1000 °С/с.
Преимуществами поверхностной закалки ТВЧ являются регулируемая глубина закаленного слоя; высокая производительность и возможность автоматизации; отсутствие обезуглероживания и окалинообразования; минимальное коробление детали. К недостаткам относится высокая стоимость индуктора, являющегося индивидуальным для каждой детали, и отсюда малая применимость ТВЧ к условиям единичного производства.
Для поверхностной закалки применяют обычно углеродистые стали, содержащие около 0,4 % С. Глубокая прокаливаемость при этом методе не используется, поэтому легированные стали обычно не применяют. После закалки проводят низкий отпуск при 200 °С или даже самоотпуск. После закалки и отпуска твердость стали HRC45—55 на поверхности и HRC25—30 в сердцевине.
Высокочастотной закалке подвергают шейки коленчатых валов, кулачковых валов, гильзы цилиндров, поршневые пальцы, детали гусениц, пальцы рессоры и т. д. Выбор толщины упрочняемого слоя зависит от условий работы детали. Если от детали требуется только высокая износостойкость, толщина упрочняемого слоя составляет 1,5—3 мм, в случае высоких контактных нагрузок и возможной перешлифовки оптимальная толщина возрастает до 5—10 мм.
Для поверхностной закалки может использоваться нагрев лазером. Лазеры — это квантовые генераторы оптического диапазона в основу работы которых положено усиление электромагнитных колебаний за счет индуцированного излучения атомов (молекул). Лазерное излучение распространяется очень узким пучком и характеризуется высокой концентрацией энергии. Источниками генерируемого излучения служат твердые тела (рубины, алюминиевые граниты, иттрий, стекла) и газы (Не, Ne, Аг, СО2 ).
Под действием лазерного излучения поверхность деталей за короткий промежуток времени (10-3 —10-7 с) нагревается до высоких температур. После прекращения облучения нагретые участки быстро охлаждаются благодаря интенсивному отводу тепла холодными объемами металла. Происходит закалка тонкого поверхностного слоя.
Лазерная обработка поверхности стальных и чугунных деталей существенно увеличивает их износостойкость, предел выносливости при изгибе и предел контактной выносливости. Лазерная обработка — перспективный метод поверхностного упрочнения изделий сложной формы, работающих в условиях износа и усталостного нагружения.
www.ronl.ru
Лабораторная работа
Термомеханическая обработка сталей (ТМО)
Высокая прочность в сочетании с удовлетворительной вязкостью, ослабление или даже устранение отпускной хрупкости первого и второго рода достигается применением термомеханической обработки, которая заключается в пластическом деформировании аустенита с последующей закалкой на мартенсит и низким отпуском.
В зависимости от температуры, при которой деформируют аустенит, различают высокотемпературную термомеханическую обработку (ВТМО) и низкотемпературную (НТМО).
При ВТМО деформация аустенита происходит выше, при НТМО — при 400—500 °С, т. е. при температурах относительной стабильности аустенита .
В результате достигается высокая прочность при достаточной пластичности и вязкости.
Причиной упрочнения при ТМО является то, что из предварительно деформированного аустенитного зерна образуются более мелкие пластины мартенсита. При дроблении зерна аустенита создается блочная структура, которая фиксируется при закалке. Углерод при отпуске около 200 °С выделяется в виде дисперсных карбидов.
По сравнению с обычной термообработкой ВТМО повышает прочность примерно па 40 % при одновременном увеличении характеристик пластичности в 2 раза. Возрастает сопротивление усталости, увеличивается ударная вязкость, уменьшается склонность к образованию трещин и порог хладноломкости.
Еще большая прочность достигается при НТМО, но НТМО может применяться только для сталей с широким временным интервалом устойчивости аустенита ниже температуры его рекристаллизации. Сочетание высокого предела упругости и высокой циклической прочности позволяет использовать НТМО при изготовлении высокопрочных пружин, рессор и подвесок.
Хотя при НТМО достигается наибольшее упрочнение, но ее проведение более сложно по сравнению с ВТМО. При температурах 400—500 °С аустенит менее пластичен, что требует применения
Упрочнение поверхности методом пластического деформирования
Эффективными способами упрочнения поверхностного слоя являются дробеструйная обработка, позволяющая прорабатывать стальные детали на глубину до 0,7мм и обкатка поверхности роликами на глубину до 15мм. При этом происходит наклеп поверхности детали, позволяющий повысить ее усталостную прочность, не меняя материала и ее ТО. При дробеструйной обработке на поверхность деталей из специальных дробеметов с большой скоростью направляют поток стальной или реже чугунной дроби диаметром 0,5-1,5мм. Удары дроби вызывают пластическую деформацию поверхностного слоя, вследствие чего он становится более твердым, в нем остаются остаточные напряжения сжатия и тем самым повышается усталостная прочность. Такой обработке подвергаются поверхности рессор, пружин, зубчатых колес, звеньев гусениц, гильз и поршней.
Обкатку роликами проводят на токарных станках с помощью специальных приспособлений. Давление на ролики осуществляется гидравлически или с помощью пружин. Применяют для обработки шеек валов, осей железнодорожных вагонов. Коленчатых валов и других деталей. Помимо упрочнения, обкатка повышает чистоту обработки поверхности.
Поверхностная закалка
Поверхностная закалка состоит в нагреве поверхностного слоя стали выше Ас3 с последующим охлаждением для получения высокой твердости и прочности в поверхностном слое детали в сочетании с вязкой сердцевиной.
Нагрев под закалку производят токами высокой частоты (ТВЧ) — наиболее распространенным способом, в расплавленных металлах или солях, пламенем газовых или кислородно-ацетиленовых горелок, а также лазерным излучением.
При нагреве ТВЧ магнитный поток, создаваемый переменным током, проходящим по проводнику (индуктору), индуцирует вихревые токи в металле детали, помещенной внутри индуктора. Форма индуктора соответствует внешней форме изделия. Индуктор представляет собой медные трубки с циркулирующей внутри водой для охлаждения. Скорость нагрева зависит от количества выделившегося тепла, пропорционального квадрату силы тока и сопротивлению металла.
Плотность тока по сечению детали неравномерна, на поверхности она значительно выше, чем в сердцевине. Основное количество тепла выделяется в тонком поверхностном слое. Глубина проникновения тока в металл зависит от свойств нагреваемого металла и обратно пропорциональна квадратному корню из частоты тока. Чем больше частота тока, тем тоньше получается закаленный слой. Обычно применяют машинные генераторы с частотой 500—15 000 Гц и ламповые генераторы с частотой доЮ6 Гц. При использовании машинных генераторов толщина закаленного слоя составляет 2—10 мм, ламповых — от десятых долей миллиметра до 2 мм.
После нагрева в индукторе деталь охлаждается с помощью специального охлаждающего устройства. Через имеющиеся в нем отверстия на поверхность детали разбрызгивается охлаждающая жидкость.
Структура закаленного слоя состоит из мартенсита, а переходной зоны — из мартенсита и феррита. Глубинные слои нагреваются до температур ниже критических и при охлаждении не упрочняются. Для повышения прочности сердцевины перед поверхностной закалкой деталь иногда подвергают нормализации или улучшению. Нагрев длится обычно до 10 с, причем скорость нагрева составляет 100—1000 °С/с.
Преимуществами поверхностной закалки ТВЧ являются регулируемая глубина закаленного слоя; высокая производительность и возможность автоматизации; отсутствие обезуглероживания и окалинообразования; минимальное коробление детали. К недостаткам относится высокая стоимость индуктора, являющегося индивидуальным для каждой детали, и отсюда малая применимость ТВЧ к условиям единичного производства.
Для поверхностной закалки применяют обычно углеродистые стали, содержащие около 0,4 % С. Глубокая прокаливаемость при этом методе не используется, поэтому легированные стали обычно не применяют. После закалки проводят низкий отпуск при 200 °С или даже самоотпуск. После закалки и отпуска твердость стали HRC45—55 на поверхности и HRC25—30 в сердцевине.
Высокочастотной закалке подвергают шейки коленчатых валов, кулачковых валов, гильзы цилиндров, поршневые пальцы, детали гусениц, пальцы рессоры и т. д. Выбор толщины упрочняемого слоя зависит от условий работы детали. Если от детали требуется только высокая износостойкость, толщина упрочняемого слоя составляет 1,5—3 мм, в случае высоких контактных нагрузок и возможной перешлифовки оптимальная толщина возрастает до 5—10 мм.
Для поверхностной закалки может использоваться нагрев лазером. Лазеры — это квантовые генераторы оптического диапазона в основу работы которых положено усиление электромагнитных колебаний за счет индуцированного излучения атомов (молекул). Лазерное излучение распространяется очень узким пучком и характеризуется высокой концентрацией энергии. Источниками генерируемого излучения служат твердые тела (рубины, алюминиевые граниты, иттрий, стекла) и газы (Не, Ne, Аг, СО2 ).
Под действием лазерного излучения поверхность деталей за короткий промежуток времени (10-3 —10-7 с) нагревается до высоких температур. После прекращения облучения нагретые участки быстро охлаждаются благодаря интенсивному отводу тепла холодными объемами металла. Происходит закалка тонкого поверхностного слоя.
Лазерная обработка поверхности стальных и чугунных деталей существенно увеличивает их износостойкость, предел выносливости при изгибе и предел контактной выносливости. Лазерная обработка — перспективный метод поверхностного упрочнения изделий сложной формы, работающих в условиях износа и усталостного нагружения.
www.ronl.ru
Лабораторная работа
Термомеханическая обработка сталей (ТМО)
Высокая прочность в сочетании с удовлетворительной вязкостью, ослабление или даже устранение отпускной хрупкости первого и второго рода достигается применением термомеханической обработки, которая заключается в пластическом деформировании аустенита с последующей закалкой на мартенсит и низким отпуском.
В зависимости от температуры, при которой деформируют аустенит, различают высокотемпературную термомеханическую обработку (ВТМО) и низкотемпературную (НТМО).
При ВТМО деформация аустенита происходит выше , при НТМО — при 400—500 °С, т. е. при температурах относительной стабильности аустенита .
В результате достигается высокая прочность при достаточной пластичности и вязкости.
Причиной упрочнения при ТМО является то, что из предварительно деформированного аустенитного зерна образуются более мелкие пластины мартенсита. При дроблении зерна аустенита создается блочная структура, которая фиксируется при закалке. Углерод при отпуске около 200 °С выделяется в виде дисперсных карбидов.
По сравнению с обычной термообработкой ВТМО повышает прочность примерно па 40 % при одновременном увеличении характеристик пластичности в 2 раза. Возрастает сопротивление усталости, увеличивается ударная вязкость, уменьшается склонность к образованию трещин и порог хладноломкости.
Еще большая прочность достигается при НТМО, но НТМО может применяться только для сталей с широким временным интервалом устойчивости аустенита ниже температуры его рекристаллизации. Сочетание высокого предела упругости и высокой циклической прочности позволяет использовать НТМО при изготовлении высокопрочных пружин, рессор и подвесок.
Хотя при НТМО достигается наибольшее упрочнение, но ее проведение более сложно по сравнению с ВТМО. При температурах 400—500 °С аустенит менее пластичен, что требует применения
Упрочнение поверхности методом пластического деформирования
Эффективными способами упрочнения поверхностного слоя являются дробеструйная обработка, позволяющая прорабатывать стальные детали на глубину до 0,7мм и обкатка поверхности роликами на глубину до 15мм. При этом происходит наклеп поверхности детали, позволяющий повысить ее усталостную прочность, не меняя материала и ее ТО. При дробеструйной обработке на поверхность деталей из специальных дробеметов с большой скоростью направляют поток стальной или реже чугунной дроби диаметром 0,5-1,5мм. Удары дроби вызывают пластическую деформацию поверхностного слоя, вследствие чего он становится более твердым, в нем остаются остаточные напряжения сжатия и тем самым повышается усталостная прочность. Такой обработке подвергаются поверхности рессор, пружин, зубчатых колес, звеньев гусениц, гильз и поршней.
Обкатку роликами проводят на токарных станках с помощью специальных приспособлений. Давление на ролики осуществляется гидравлически или с помощью пружин. Применяют для обработки шеек валов, осей железнодорожных вагонов. Коленчатых валов и других деталей. Помимо упрочнения , обкатка повышает чистоту обработки поверхности.
Поверхностная закалка
Поверхностная закалка состоит в нагреве поверхностного слоя стали выше Ас3 с последующим охлаждением для получения высокой твердости и прочности в поверхностном слое детали в сочетании с вязкой сердцевиной.
Нагрев под закалку производят токами высокой частоты (ТВЧ) — наиболее распространенным способом, в расплавленных металлах или солях, пламенем газовых или кислородно-ацетиленовых горелок, а также лазерным излучением.
При нагреве ТВЧ магнитный поток, создаваемый переменным током, проходящим по проводнику (индуктору), индуцирует вих
ревые токи в металле детали, помещенной внутри индуктора. Форма индуктора соответствует внешней форме изделия. Индуктор представляет собой медные трубки с циркулирующей внутри водой для охлаждения. Скорость нагрева зависит от количества выделившегося тепла, пропорционального квадрату силы тока и сопротивлению металла.Плотность тока по сечению детали неравномерна, на поверхности она значительно выше, чем в сердцевине. Основное количество тепла выделяется в тонком поверхностном слое. Глубина проникновения тока в металл зависит от свойств нагреваемого металла и обратно пропорциональна квадратному корню из частоты тока. Чем больше частота тока, тем тоньше получается закаленный слой. Обычно применяют машинные генераторы с частотой 500—15 000 Гц и ламповые генераторы с частотой доЮ6 Гц. При использовании машинных генераторов толщина закаленного слоя составляет 2—10 мм, ламповых — от десятых долей миллиметра до 2 мм.
После нагрева в индукторе деталь охлаждается с помощью специального охлаждающего устройства. Через имеющиеся в нем отверстия на поверхность детали разбрызгивается охлаждающая жидкость.
Структура закаленного слоя состоит из мартенсита, а переходной зоны — из мартенсита и феррита. Глубинные слои нагреваются до температур ниже критических и при охлаждении не упрочняются. Для повышения прочности сердцевины перед поверхностной закалкой деталь иногда подвергают нормализации или улучшению. Нагрев длится обычно до 10 с, причем скорость нагрева составляет 100—1000 °С/с.
Преимуществами поверхностной закалки ТВЧ являются регулируемая глубина закаленного слоя; высокая производительность и возможность автоматизации; отсутствие обезуглероживания и окалинообразования; минимальное коробление детали. К недостаткам относится высокая стоимость индуктора, являющегося индивидуальным для каждой детали, и отсюда малая применимость ТВЧ к условиям единичного производства.
Для поверхностной закалки применяют обычно углеродистые стали, содержащие около 0,4 % С. Глубокая прокаливаемость при этом методе не используется, поэтому легированные стали обычно не применяют. После закалки проводят низкий отпуск при 200 °С или даже самоотпуск. После закалки и отпуска твердость стали HRC45—55 на поверхности и HRC25—30 в сердцевине.
Высокочастотной закалке подвергают шейки коленчатых валов, кулачковых валов, гильзы цилиндров, поршневые пальцы, детали гусениц, пальцы рессоры и т. д. Выбор толщины упрочняемого слоя зависит от условий работы детали. Если от детали требуется только высокая износостойкость, толщина упрочняемого слоя составляет 1,5—3 мм, в случае высоких контактных нагрузок и возможной перешлифовки оптимальная толщина возрастает до 5—10 мм.
Для поверхностной закалки может использоваться нагрев лазером. Лазеры — это квантовые генераторы оптического диапазона в основу работы которых положено усиление электромагнитных колебаний за счет индуцированного излучения атомов (молекул). Лазерное излучение распространяется очень узким пучком и характеризуется высокой концентрацией энергии. Источниками генерируемого излучения служат твердые тела (рубины, алюминиевые граниты, иттрий, стекла) и газы (Не, Ne, Аг, СО2 ).
Под действием лазерного излучения поверхность деталей за короткий промежуток времени (10-3 —10-7 с) нагревается до высоких температур. После прекращения облучения нагретые участки быстро охлаждаются благодаря интенсивному отводу тепла холодными объемами металла. Происходит закалка тонкого поверхностного слоя.
Лазерная обработка поверхности стальных и чугунных деталей существенно увеличивает их износостойкость, предел выносливости при изгибе и предел контактной выносливости. Лазерная обработка — перспективный метод поверхностного упрочнения изделий сложной формы, работающих в условиях износа и усталостного нагружения.
www.litsoch.ru
Лабораторная работа
Термомеханическая обработка сталей (ТМО)
Высокая прочность в сочетании с удовлетворительной вязкостью, ослабление или даже устранение отпускной хрупкости первого и второго рода достигается применением термомеханической обработки, которая заключается в пластическом деформировании аустенита с последующей закалкой на мартенсит и низким отпуском.
В зависимости от температуры, при которой деформируют аустенит, различают высокотемпературную термомеханическую обработку (ВТМО) и низкотемпературную (НТМО).
При ВТМО деформация аустенита происходит выше, при НТМО — при 400—500 °С, т. е. при температурах относительной стабильности аустенита .
В результате достигается высокая прочность при достаточной пластичности и вязкости.
Причиной упрочнения при ТМО является то, что из предварительно деформированного аустенитного зерна образуются более мелкие пластины мартенсита. При дроблении зерна аустенита создается блочная структура, которая фиксируется при закалке. Углерод при отпуске около 200 °С выделяется в виде дисперсных карбидов.
По сравнению с обычной термообработкой ВТМО повышает прочность примерно па 40 % при одновременном увеличении характеристик пластичности в 2 раза. Возрастает сопротивление усталости, увеличивается ударная вязкость, уменьшается склонность к образованию трещин и порог хладноломкости.
Еще большая прочность достигается при НТМО, но НТМО может применяться только для сталей с широким временным интервалом устойчивости аустенита ниже температуры его рекристаллизации. Сочетание высокого предела упругости и высокой циклической прочности позволяет использовать НТМО при изготовлении высокопрочных пружин, рессор и подвесок.
Хотя при НТМО достигается наибольшее упрочнение, но ее проведение более сложно по сравнению с ВТМО. При температурах 400—500 °С аустенит менее пластичен, что требует применения
Упрочнение поверхности методом пластического деформирования
Эффективными способами упрочнения поверхностного слоя являются дробеструйная обработка, позволяющая прорабатывать стальные детали на глубину до 0,7мм и обкатка поверхности роликами на глубину до 15мм. При этом происходит наклеп поверхности детали, позволяющий повысить ее усталостную прочность, не меняя материала и ее ТО. При дробеструйной обработке на поверхность деталей из специальных дробеметов с большой скоростью направляют поток стальной или реже чугунной дроби диаметром 0,5-1,5мм. Удары дроби вызывают пластическую деформацию поверхностного слоя, вследствие чего он становится более твердым, в нем остаются остаточные напряжения сжатия и тем самым повышается усталостная прочность. Такой обработке подвергаются поверхности рессор, пружин, зубчатых колес, звеньев гусениц, гильз и поршней.
Обкатку роликами проводят на токарных станках с помощью специальных приспособлений. Давление на ролики осуществляется гидравлически или с помощью пружин. Применяют для обработки шеек валов, осей железнодорожных вагонов. Коленчатых валов и других деталей. Помимо упрочнения, обкатка повышает чистоту обработки поверхности.
Поверхностная закалка
Поверхностная закалка состоит в нагреве поверхностного слоя стали выше Ас3 с последующим охлаждением для получения высокой твердости и прочности в поверхностном слое детали в сочетании с вязкой сердцевиной.
Нагрев под закалку производят токами высокой частоты (ТВЧ) — наиболее распространенным способом, в расплавленных металлах или солях, пламенем газовых или кислородно-ацетиленовых горелок, а также лазерным излучением.
При нагреве ТВЧ магнитный поток, создаваемый переменным током, проходящим по проводнику (индуктору), индуцирует вихревые токи в металле детали, помещенной внутри индуктора. Форма индуктора соответствует внешней форме изделия. Индуктор представляет собой медные трубки с циркулирующей внутри водой для охлаждения. Скорость нагрева зависит от количества выделившегося тепла, пропорционального квадрату силы тока и сопротивлению металла.
Плотность тока по сечению детали неравномерна, на поверхности она значительно выше, чем в сердцевине. Основное количество тепла выделяется в тонком поверхностном слое. Глубина проникновения тока в металл зависит от свойств нагреваемого металла и обратно пропорциональна квадратному корню из частоты тока. Чем больше частота тока, тем тоньше получается закаленный слой. Обычно применяют машинные генераторы с частотой 500—15 000 Гц и ламповые генераторы с частотой доЮ6 Гц. При использовании машинных генераторов толщина закаленного слоя составляет 2—10 мм, ламповых — от десятых долей миллиметра до 2 мм.
После нагрева в индукторе деталь охлаждается с помощью специального охлаждающего устройства. Через имеющиеся в нем отверстия на поверхность детали разбрызгивается охлаждающая жидкость.
Структура закаленного слоя состоит из мартенсита, а переходной зоны — из мартенсита и феррита. Глубинные слои нагреваются до температур ниже критических и при охлаждении не упрочняются. Для повышения прочности сердцевины перед поверхностной закалкой деталь иногда подвергают нормализации или улучшению. Нагрев длится обычно до 10 с, причем скорость нагрева составляет 100—1000 °С/с.
Преимуществами поверхностной закалки ТВЧ являются регулируемая глубина закаленного слоя; высокая производительность и возможность автоматизации; отсутствие обезуглероживания и окалинообразования; минимальное коробление детали. К недостаткам относится высокая стоимость индуктора, являющегося индивидуальным для каждой детали, и отсюда малая применимость ТВЧ к условиям единичного производства.
Для поверхностной закалки применяют обычно углеродистые стали, содержащие около 0,4 % С. Глубокая прокаливаемость при этом методе не используется, поэтому легированные стали обычно не применяют. После закалки проводят низкий отпуск при 200 °С или даже самоотпуск. После закалки и отпуска твердость стали HRC45—55 на поверхности и HRC25—30 в сердцевине.
Высокочастотной закалке подвергают шейки коленчатых валов, кулачковых валов, гильзы цилиндров, поршневые пальцы, детали гусениц, пальцы рессоры и т. д. Выбор толщины упрочняемого слоя зависит от условий работы детали. Если от детали требуется только высокая износостойкость, толщина упрочняемого слоя составляет 1,5—3 мм, в случае высоких контактных нагрузок и возможной перешлифовки оптимальная толщина возрастает до 5—10 мм.
Для поверхностной закалки может использоваться нагрев лазером. Лазеры — это квантовые генераторы оптического диапазона в основу работы которых положено усиление электромагнитных колебаний за счет индуцированного излучения атомов (молекул). Лазерное излучение распространяется очень узким пучком и характеризуется высокой концентрацией энергии. Источниками генерируемого излучения служат твердые тела (рубины, алюминиевые граниты, иттрий, стекла) и газы (Не, Ne, Аг, СО2 ).
Под действием лазерного излучения поверхность деталей за короткий промежуток времени (10-3 —10-7 с) нагревается до высоких температур. После прекращения облучения нагретые участки быстро охлаждаются благодаря интенсивному отводу тепла холодными объемами металла. Происходит закалка тонкого поверхностного слоя.
Лазерная обработка поверхности стальных и чугунных деталей существенно увеличивает их износостойкость, предел выносливости при изгибе и предел контактной выносливости. Лазерная обработка — перспективный метод поверхностного упрочнения изделий сложной формы, работающих в условиях износа и усталостного нагружения.
www.ronl.ru
Лекция №9
9. ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКАЯ И ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СТАЛИ
9.1. Термомеханическая обработка стали
9.2. Химико-термическая обработка стали
9.2.1 Цементация
9.2.2. Азотирование
9.2.3. Нитроцементация (цианирование) сталей
9.2.4. Диффузионное насыщение металлами
9. ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКАЯ И ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СТАЛИ
9.1. Термомеханическая обработка стали
Термомеханическая обработка позволяет повысить механические свойства стали по сравнению с полученными при обычной закалке и отпуске. Она сочетает пластическую деформацию стали в аустенитом состоянии с закалкой. Различают два основных способа термомеханической обработки:
высокотемпературную термомеханическую обработку (ВТМО) - сталь деформируется при температуре выше точки А3, при которой сталь имеет аустенитную структуру (степень деформации при этом 20-30%) с последующей немедленной закалкой (во избежание процесса рекристаллизации) (Рис. 25).
и низкотемпературную термомеханическую обработку (НТМО) - сталь деформируют в температурной зоне существования переохлажденного аустенита (400-600 С), температура деформации должна быть выше точки Мн, но ниже точки температуры рекристаллизации. Степень деформации обычно составляет 75-95%. Закалку осуществляют сразу после деформации. После закалки в общих случаях следует низкотемпературный отпуск (100-300С).
Высокотемпературная термомеханическая обработка практически устраняет развитие отпускной хрупкости в опасном интервале температур, резко повышает ударную вязкость при комнатных и пониженных температурах, понижает температурный порог хланоломкости, повышает сопротивление хрупкому разрушению стали, уменьшает чувствительность к трещинообразованию при термической обработке.
Низкотемпературная термомеханическая обработка позволяет получить более высокую прочность, но не устраняет отпускную хрупкость. Поэтому на машиностроительных заводах применяют в основном ВТМО. Высокие механические свойства после термической обработки объясняются большой плотностью дислокаций в мартенсите, дроблением его кристаллов на отдельные фрагменты. Дислокационная структура формирующаяся в аустените при деформации унаследуется после закалки
мартенситом. После деформации аустенита последующая закалка приводит к образованию плотных скоплений дислокаций. ВТМО эффективно использовать для углеродистых, легированных, конструкционных и инструментальных сталей. Деформирование может осуществляется различными способами - прокаткой, ковкой, волочением и кручением.
Новыми методами упрочняющей обработки является термомеханико-магнитная обработка, при которой ВТМО происходит при наложении магнитного поля, содействующее дроблению блоков и термоультразвуковая обработка, она заключается в закалке в жидкости, в которой возбуждены ультразвуковые колебания разрушающие паровую рубашку(что увеличивает прокаливаемость и повышает механические свойства
9.2. Химико-термическая обработка стали
Химико-термической обработкой - называют поверхностное насыщение стали соответствующим элементом путем его диффузии в атмосферном состоянии из внешней среды при высокой температуре. При ХТО происходят следующие процессы:
-диссоциация химических соединений, в состав которых входит насыщающий элемент;
-адсорбция (поглощение) поверхностью металла свободных атомов и растворения их в металле;
-диффузия проникновение насыщенного элемента вглубь металла;
В результате диффузии на поверхности образуется максимальная концентрация диффундирующего элемента, которая понижается по мере удаления от поверхности.
При определении толщины диффузионного слоя, полученного при насыщении стали элементами обычно указывается не полная толщина слоя с измененным составом а только толщина до определенной твердости (концентрации диффузионного элемента) - эффективная толщина диффузионного слоя.
9.2.1 Цементация
Целью цементации является получение твердой и износостойкой поверхности что достигается обогащением поверхностного слоя углеродом и последующей закалкой с низким отпуском. Для цементации используют низкоуглеродистые стали (0,12-0,23%C). Выбор таких сталей необходим для того, чтобы сердцевина изделия не насыщающаяся углеродом при цементации сохраняла высокую вязкость после закалки.
Различают два основных вида цементации: твердыми углеродосодержащими сталями и газовую. В первом случае изделие укладывают в металлические ящики и пересыпают твердым карбюризатором (древесный уголь). Сверху ящик закрывают крышкой и щели замазывают огнеупорной глиной. Ящики укладывают в печь и выдерживают при Т=930-950С (на каждое 0,1-0,12 мм требуется 1 час при Т=930(С)
Процесс газовой цементации осуществляется в печах с герметичной камерой, наполненной газовым карбюризатором. Цементирующими газами являются углеводороды содержащие большое количество металла (природный газ).
Термическая обработка деталей после цементации. В зависимости от условий работы детали, а также от выбранной для нее стали режим упрочняющей термической обработки может быть различен.Для тяжело нагруженных и испытывающих динамическое нагружение деталей необходимо обеспечить не только высокую поверхностную твердость, но и высокую прочность, ударную вязкость.
Для достижения указанных свойств требуется получить мелкое зерно как на поверхности, так и середине, поэтому в таких случаях цементированные детали подвергают сложной термической обработке-двум последовательно проводимым закалкам и низкому отпуску.
При первой закалке деталь нагревают до температуры на 30-50 С выше температуры Ас3 цементируемой стали. Это вызывает кристаллизацию сердцевины детали с образованием мелкого аустенитного зерна, что и обеспечит мелкозернистость продуктов распада.
При второй закалке деталь нагревают до температуры Ас1 с превышением на 30-50 С. В процессе нагрева мартенсит полученный в результате первой закалки отпускается, что сопровождается образованием глобулярных карбидов.
Окончательной операцией термической обработки является низкий отпуск, уменьшающий остаточные напряжения и не снижающий твердость стали.
Детали менее ответственного назначения после цементации подвергают одной закалке и низкому отпуску.
Если для цементации выбираются природно мелкозернистые стали и содержание углерода на поверхности близко к эвтектоидному, то и при одной закалке получают удовлетворительные свойства как в сердцевине, так и цементированном слое.
9.2.2. Азотирование
При азотировании осуществляют насыщение поверхностного слоя стали азотом, с целью повышения твердости , износостойкости, предела выносливости и коррозийной стойкости.
Твердость азотированного слоя заметно выше чем цементированной стали и сохраняется при нагреве до высоких темпертур (550-600 С), тогда как твердость цементированного слоя имеющего мартенситую структуру сохраняется только до 200-225 С.
Азотированию подвергают среднеуглеродистые легированные стали. Азотирование железа и нелегированной стали не приводит к получению высокой твердости. Это объясняется тем что легирующие элементы имеют большее сродство с азотом, чем железо с азотом. (вокруг скоплений азота повышается концентрация легирующих элементов, возникающие при этом упругие искажения пространственной решетки твердого раствора приводят к получению наивысшей твердости азотированного слоя).
Технология процесса азотирования. Состоит из нескольких стадий:
1) Предварительной термической обработки заготовок - состоит из закалки и высокого отпуска стали для получения повышенной прочности и вязкости в сердцевине изделия.
2) Механической обработки деталей для придания окончательных размеров.
3) Защиты участков не подлежащих азотированию нанесением тонкого слоя олова или жидкого стекла.
4) Азотирования.
Азотирование рекомендуется выполнять при Т=500-520(С. Оно осуществляется в печах через рабочее пространство которых пропускается аммиак. Диффузия азота в глубь детали идет с малой скоростью поэтому для получения слоев толщиной 0,4-0,6 мм требуется выдержка 50-80 часов.В последнее время начинают использовать в промышленности азотирование в тлеющем разряде - азотируемая деталь служащая катодом непрерывно бомбардируется ионами азота и при этом разогревается до температуры азотирования 500-520С. Анодом служит контейнер. Сокращается время процесса и получается менее хрупкий слой.
Тенифер-процесс - азотирование проводят в жидких средах 40%CNO+60%NaCl при 570С в течении 0,5-3,0 часа пропусканием через расплав сухого воздуха. Недостаток - токсичность.
Азотированию подвергают цилиндры двигателей, насосов, втулки, клапана внутреннего сгорания, матрицы и пуансоны штампов.
9.2.3. Нитроцементация (цианирование) сталей
Нитроцементация - процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя одновременно углеродом и азотом при Т=840-860 С в газовой среде состоящей из науглероживающего газа и аммиака. После нитроцементации применяют закалку и низкий отпуск при Т=160-180С. Нитроцементации подвергаются детали сложной конфигурации склонные к короблению (за счет того, что процесс проходит при более низкой температуре 840-860С вместо 910-930С при цементации получается меньшая деформация и коробление. Цементацию широко применяют на автомобильных и тракторных заводах.
Цианирование- процесс диффузионного насыщения азотом и углеродом при Т=820-950 С в расплавленных солях содержащих группу CN.
Различают среднетемпературное цианирование- 820-860С 20-25%NaCN,25-50%NaCl, 25-50% Na2Co3 с последующей закалкой и низким отпуском (180-200С) применяется для упрочнения мелких деталей и режущего инструмента (толщина слоя 0,15-0,35 мм).
Высокотемпертурное цианирование- 930-950С (8%NaCN,82% BaCl2, 10% NaCl) охлаждение на воздухе закалка в соляной ванне и низкотемпературный отпуск. Позволяет получить слои большой толщины 0,5-2,0 мм.
Если за 100% принять стоимость газовой цементации то стоимость цианирования состовляет 134%, а нитроцементация-70%.
9.2.4. Диффузионное насыщение металлами
Производится с целью упрочения или придания особых физико-химических свойств поверхностному слою изделия. Диффузионная металлизация может проводиться в твердых жидких и газовых средах.
Диффузионное насыщение проводят при высоких температурах 900-1100 С. При этом существует два способа переноса диффузионного элемента на насыщаемую поверхность:
1) перенос путем испарения диффундирующих элементов в вакууме или в среде нейтральных газов.
2) перенос в результате обменных или обратимых химических реакций.
Диффузионное алитирование - проводят с целью повышения окалиностойкости до 850-900 С.
Осуществляется в расплавленном амоните при 750-800 С. Алитированию подвергаются чехлы термопар клапаны и другие детали работающие при высокой температуре.
Диффузионное хромирование - применяется для повышения окалиностойкости до 800С и коррозионной стойкости. Промышленное применение нашел процесс вакуумного хромирования. Хромированию подвергают детали паропроводной арматуры, а также детали работающие на износ в агрессивных средах.
Силицирование - насыщение поверхности изделий кремнием для повышения коррозийной стойкости в морской воде в азотной и соляной кислоте.
Применение комплексной диффузионной металлизации сталей аллюминием и кремнием повышает пластичность жаростойкость и износостойкость покрытий.
Бороалитирование повышает пластичность жаростойкость и износостойкость борированного слоя.
Упрочнение методом пластической деформации (наклепом)-применяется для повышения усталостной прочности изделий. Осуществляется двумя способами: дробеструйной обработкой и обработкой роликами. Подвергаются изделия типа пружин и рессор, звеньев цепей, зубчатые колеса. Сущность упрочения сводится к повышению плотности дислокации.
Основные положения на память
9.1. Различают два основных способа термомеханической обработки: высокотемпературную термомеханическую обработку(ВТМО) и низкотемпературную термомеханическую обработку (НТМО) .
9.2. Высокотемпературная термомеханическая обработка практически устраняет развитие отпускной хрупкости в опасном интервале температур, резко повышает ударную вязкость при комнатных и пониженных температурах, понижает температурный порог хланоломкости, повышает сопротивление хрупкому разрушению стали, уменьшает чувствительность к трещинообразованию при термической обработке.
Низкотемпературная термомеханическая обработка позволяет получить более высокую прочность, но не устраняет отпускную хрупкость.
9.3. Целью цементации является получение твердой и изностойкой поверхности что достигается обогащением поверхностного слоя углеродом и последующей закалкой с низким отпуском. Для цементации используют низкоуглеродистые стали (0,12-0,23%C). Выбор таких сталей необходим для
9.4. При азотировании осуществляют насыщение поверхностного слоя стали азотом, с целью повышения твердости ,износостойкости, предела выносливости и коррозийной стойкости. Азотированию подвергают среднеуглеродистые легированные стали.
9.5. Нитроцементация - процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя одновременно углеродом и азотом при Т=840-860 С в газовой среде состоящей из науглероживающего газа и аммиака. Нитроцементации подвергаются детали сложной конфигурации склонные к короблению.
refleader.ru
Лабораторная работа
Термомеханическая обработка сталей (ТМО)
Высокая прочность в сочетании с удовлетворительной вязкостью, ослабление или даже устранение отпускной хрупкости первого и второго рода достигается применением термомеханической обработки, которая заключается в пластическом деформировании аустенита с последующей закалкой на мартенсит и низким отпуском.
В зависимости от температуры, при которой деформируют аустенит, различают высокотемпературную термомеханическую обработку (ВТМО) и низкотемпературную (НТМО).
При ВТМО деформация аустенита происходит выше, при НТМО — при 400—500 °С, т. е. при температурах относительной стабильности аустенита .
В результате достигается высокая прочность при достаточной пластичности и вязкости.
Причиной упрочнения при ТМО является то, что из предварительно деформированного аустенитного зерна образуются более мелкие пластины мартенсита. При дроблении зерна аустенита создается блочная структура, которая фиксируется при закалке. Углерод при отпуске около 200 °С выделяется в виде дисперсных карбидов.
По сравнению с обычной термообработкой ВТМО повышает прочность примерно па 40 % при одновременном увеличении характеристик пластичности в 2 раза. Возрастает сопротивление усталости, увеличивается ударная вязкость, уменьшается склонность к образованию трещин и порог хладноломкости.
Еще большая прочность достигается при НТМО, но НТМО может применяться только для сталей с широким временным интервалом устойчивости аустенита ниже температуры его рекристаллизации. Сочетание высокого предела упругости и высокой циклической прочности позволяет использовать НТМО при изготовлении высокопрочных пружин, рессор и подвесок.
Хотя при НТМО достигается наибольшее упрочнение, но ее проведение более сложно по сравнению с ВТМО. При температурах 400—500 °С аустенит менее пластичен, что требует применения
Упрочнение поверхности методом пластического деформирования
Эффективными способами упрочнения поверхностного слоя являются дробеструйная обработка, позволяющая прорабатывать стальные детали на глубину до 0,7мм и обкатка поверхности роликами на глубину до 15мм. При этом происходит наклеп поверхности детали, позволяющий повысить ее усталостную прочность, не меняя материала и ее ТО. При дробеструйной обработке на поверхность деталей из специальных дробеметов с большой скоростью направляют поток стальной или реже чугунной дроби диаметром 0,5-1,5мм. Удары дроби вызывают пластическую деформацию поверхностного слоя, вследствие чего он становится более твердым, в нем остаются остаточные напряжения сжатия и тем самым повышается усталостная прочность. Такой обработке подвергаются поверхности рессор, пружин, зубчатых колес, звеньев гусениц, гильз и поршней.
Обкатку роликами проводят на токарных станках с помощью специальных приспособлений. Давление на ролики осуществляется гидравлически или с помощью пружин. Применяют для обработки шеек валов, осей железнодорожных вагонов. Коленчатых валов и других деталей. Помимо упрочнения, обкатка повышает чистоту обработки поверхности.
Поверхностная закалка
Поверхностная закалка состоит в нагреве поверхностного слоя стали выше Ас3 с последующим охлаждением для получения высокой твердости и прочности в поверхностном слое детали в сочетании с вязкой сердцевиной.
Нагрев под закалку производят токами высокой частоты (ТВЧ) — наиболее распространенным способом, в расплавленных металлах или солях, пламенем газовых или кислородно-ацетиленовых горелок, а также лазерным излучением.
При нагреве ТВЧ магнитный поток, создаваемый переменным током, проходящим по проводнику (индуктору), индуцирует вихревые токи в металле детали, помещенной внутри индуктора. Форма индуктора соответствует внешней форме изделия. Индуктор представляет собой медные трубки с циркулирующей внутри водой для охлаждения. Скорость нагрева зависит от количества выделившегося тепла, пропорционального квадрату силы тока и сопротивлению металла.
Плотность тока по сечению детали неравномерна, на поверхности она значительно выше, чем в сердцевине. Основное количество тепла выделяется в тонком поверхностном слое. Глубина проникновения тока в металл зависит от свойств нагреваемого металла и обратно пропорциональна квадратному корню из частоты тока. Чем больше частота тока, тем тоньше получается закаленный слой. Обычно применяют машинные генераторы с частотой 500—15 000 Гц и ламповые генераторы с частотой доЮ6 Гц. При использовании машинных генераторов толщина закаленного слоя составляет 2—10 мм, ламповых — от десятых долей миллиметра до 2 мм.
После нагрева в индукторе деталь охлаждается с помощью специального охлаждающего устройства. Через имеющиеся в нем отверстия на поверхность детали разбрызгивается охлаждающая жидкость.
Структура закаленного слоя состоит из мартенсита, а переходной зоны — из мартенсита и феррита. Глубинные слои нагреваются до температур ниже критических и при охлаждении не упрочняются. Для повышения прочности сердцевины перед поверхностной закалкой деталь иногда подвергают нормализации или улучшению. Нагрев длится обычно до 10 с, причем скорость нагрева составляет 100—1000 °С/с.
Преимуществами поверхностной закалки ТВЧ являются регулируемая глубина закаленного слоя; высокая производительность и возможность автоматизации; отсутствие обезуглероживания и окалинообразования; минимальное коробление детали. К недостаткам относится высокая стоимость индуктора, являющегося индивидуальным для каждой детали, и отсюда малая применимость ТВЧ к условиям единичного производства.
Для поверхностной закалки применяют обычно углеродистые стали, содержащие около 0,4 % С. Глубокая прокаливаемость при этом методе не используется, поэтому легированные стали обычно не применяют. После закалки проводят низкий отпуск при 200 °С или даже самоотпуск. После закалки и отпуска твердость стали HRC45—55 на поверхности и HRC25—30 в сердцевине.
Высокочастотной закалке подвергают шейки коленчатых валов, кулачковых валов, гильзы цилиндров, поршневые пальцы, детали гусениц, пальцы рессоры и т. д. Выбор толщины упрочняемого слоя зависит от условий работы детали. Если от детали требуется только высокая износостойкость, толщина упрочняемого слоя составляет 1,5—3 мм, в случае высоких контактных нагрузок и возможной перешлифовки оптимальная толщина возрастает до 5—10 мм.
Для поверхностной закалки может использоваться нагрев лазером. Лазеры — это квантовые генераторы оптического диапазона в основу работы которых положено усиление электромагнитных колебаний за счет индуцированного излучения атомов (молекул). Лазерное излучение распространяется очень узким пучком и характеризуется высокой концентрацией энергии. Источниками генерируемого излучения служат твердые тела (рубины, алюминиевые граниты, иттрий, стекла) и газы (Не, Ne, Аг, СО2 ).
Под действием лазерного излучения поверхность деталей за короткий промежуток времени (10-3 —10-7 с) нагревается до высоких температур. После прекращения облучения нагретые участки быстро охлаждаются благодаря интенсивному отводу тепла холодными объемами металла. Происходит закалка тонкого поверхностного слоя.
Лазерная обработка поверхности стальных и чугунных деталей существенно увеличивает их износостойкость, предел выносливости при изгибе и предел контактной выносливости. Лазерная обработка — перспективный метод поверхностного упрочнения изделий сложной формы, работающих в условиях износа и усталостного нагружения.
www.ronl.ru
