Файл: Кондратьев, Е. Т. Термическая обработка в ремонтном деле.pdf

Закалка ТВЧ имеет ряд преимуществ: индук­ ционный нагрев обеспечивает высокое качество термической обработки и уменьшает обезуглеро­ живание поверхности детали; малое время нагре­ ва снижает возможность перегрева; повышает твердость и предел усталости; значительно умень­ шает деформацию деталей; обеспечивает высокую производительность труда; создает возможность автоматизации закалки и включения ее в поточиѵю линию механической обработки: улучшает условия труда обслуживающего персонала.

При нагреве ТВЧ деталь помещают в индук­ тор, но которому течет переменный ток высокой или промышленной частоты. На поверхности де­ тали индуктируется вихревой ток, который вызы­ вает ее нагрев.

Глубина закаленного слоя зависит от частоты тока, скорости и температуры нагрева. Чем мень­ ше скорость нагрева и выше температура, тем больше глубина закаленного слоя. Чем выше ча­ стота тока, тем меньше глубина закалки.

Большие скорости нагрева, свойственные ин­ дукционному методу, приводят к получению после закалки структуры мелкоигольного мартенсита.

Детали, поверхностно закаленные ТВЧ, имеют твердость на 2--3 единицы по Роквеллу больше, чем детали, закаленные обычным способом, и от­ личаются более высокой износостойкостью.

Отпуском называется процесс нагрева закален-

94

ной стали ниже критической точки Асі, выдержки при этой температуре и последующего быстрого или медленного охлаждения. Его применяют с целью уменьшения остаточных напряжений, ча­ стичного снижения твердости, повышения вязко­ сти. Отпуск изделий производят в селитровых или масляных отпускных ваннах, а также в электро-

, печах.

Различают три вида отпуска: низкий, средний, высокий. Низкий заключается в том, что закален­ ные изделия нагревают до температуры 130—250°С. При этом снижаются остаточные на­ пряжения, уменьшается хрупкость мартенсита и твердость на 2—4 единицы по Роквеллу. Приме­ няют его для цементированных, цианированных и закаленных изделий, а также для инструментов, изготовленных из легированной и углеродистой стали.

Средний отпуск сопровождается распадом мартенсита и образованием мелкодисперсной фер­ рито-цементной смеси (троостита). Его производят при температуре 250—450°С. Средний отпуск при­ меняют для пружин, рессорных полос и других деталей с целью уменьшить внутренние напряже­ ния, улучшить пластические и упругие свойства.

При высоком отпуске, кроме распада мартен­ сита, наблюдается коагуляция цементита; мелкие частицы сливаются в более крупные и получается структура сорбит. Высокий отпуск производится

95

при температуре 450—700°С. При этом повышает­ ся пластичность, понижается твердость и проч­ ность закаленной стали; внутренние напряжения снимаются почти полностью.

Механические свойства стали, закаленной на мартенсит и отпущенной на сорбит, лучше, чем у отожженной, пластичность при равной прочности значительно выше.

Операция закалки с последующим высоким от­ пуском носит название —• улучшение.

Старение — это изменение структуры сплавов в сторону равновесного состояния за счет выделе­ ния из пересыщенного твердого раствора избы­ точных фаз в виде мелких частиц. Процесс сопро­ вождается изменением физических и механических свойств сплава.

Различают два вида старения: естественное, протекающее при комнатной температуре в тече­ ние длительного времени; искусственное, осуще­ ствляемое термической обработкой при повышен, ной температуре в течение небольшого времени.

Обработка холодом — этот вид термической обработки заключается в охлаждении закаленных сталей до температур от —70 до —150°С с после­ дующим их нагревом на воздухе до комнатной температуры. При охлаждении происходит допол­ нительное превращение аустенита закаленной ста­ ли в мартенсит, сопровождающееся повышением твердости, прочности н износостойкости.

96

Обработка холодом повышает стойкость режу­ щего инструмента, улучшает износостойкость це­ ментированных и закаленных изделий, стабилизи­ рует размеры инструмента.

4.Химико-термическая обработка

Поверхностное упрочнение стальных деталей, помимо поверхностной закалки, может быть осу­ ществлено с помощью процессов химико-термиче­ ской обработки, заключающихся в насыщении по­ верхности стали при соответствующей температу­ ре углеродом, азотом, хромом и другими элементами или несколькими элементами одновре­ менно. ‘

В зависимости от элемента, которым насыщают поверхность стали, различают следующие виды химико-термической обработки: цементация ( на­ сыщение углеродом), азотирование (насыщение азотом), цианирование и нитроцементация (одно­ временное насыщение углеродом и азотом); диф­ фузионная металлизация (насыщение стали дру­ гими элементами, преимущественно металлами: хромом, алюминием, кремнием, бором и др.).

Насыщение поверхностного слоя хромом на­ зывается хромированием, алюминием — алитиро­ ванием, бором — борированием, кремнием — силицированием и т. д.

Цементация. В зависимости от источника по­ лучения углерода различают три ее вида: цемен­ тацию твердыми углеродосодержащими смесями (карбюризаторами); газовую и жидкую.

Основной целью цементации является получе­ ние твердой износостойкой поверхности. Это до­ стигается обогащением поверхностного слоя угле­ родом до концентрации 0 ,8 —1,1 % и последующей закалкой. Одновременно повышается предел вы­ носливости.

Для цементации используют низкоуглеродистые стали, содержащие 0,1—0,18%С. Для крупногаба­ ритных деталей применяют стали с более высо­ ким содержанием углерода — 0,2—0,3%. Выбор таких незакаливающихся сталей объясняется тем, что нижележащие слои и сердцевина изделия, не насыщающиеся углеродом при цементации, долж­ ны сохранять вязкость после закалки.

На цементацию детали поступают после меха­ нической обработки с припуском на шлифование 0,05—0,1 мм. В случаях, когда цементации под­ вергается только часть детали, участки, не подле­ жащие упрочнению, защищают тонким слоем меди (0,02—0,04 мм), наносимым электролитиче­ ским способом или специальными обмазками. Обмазки составляют из линита (смесь талька с тонко растертой белой глиной, замешанной на жидком стекле), смеси огнеупорной глины, песка и асбеста, замешанных на жидком стекле, и др.

98

Таблица 15

Продолжительность цементации в зависимости от глубины цементованного слоя

Цементацию проводят при температурах 900—950°С в течение времени, необходимого для получения заданного слоя. Обычно для получения слоя глубиной около 1 мм требуется 5— 6 часов (для деталей весом 1—2 кг). Определить продол­ жительность такого процесса вам поможет таб­ лица 15.

стигаются в результате термической обработки, выполняемой после цементации.

Часто применяют закалку с 820—850РС. После газовой и жидкой цементации изделия закалива­ ют непосредственно из цементационной печи, по­ сле подстуживания до 840—860°С.

Заключительной операцией термической обра­ ботки цементованных изделий во всех случаях является низкий отпуск при 160—180°С.

В результате термической обработки поверхно­ стный слой приобретает структуру мартенсита с избыточными карбидами в виде глобулей. Его твердость составляет 59-63 HRC.

Азотирование относится к числу процессов химико-термического упрочнения. Применяется как для повышения износостойкости поверхности деталей, так и для защиты ёе от коррозии. Для азотирования обычно применяют стали, содержа­ щие хром, молибден, алюминий (38ХМЮА, 38ХВФЮ и др.). Такие стали называются нитраллоями.

Для защиты от коррозии азотированию под­ вергают детали из легированных и углеродистых сталей. Поковки перед механической обработкой улучшают с целью повышения прочности стали и создания подслоя, хорошо защищающего азотиро­

100

0,5 мм необходимо вести процесс в течение 40 ча­ сов в две ступени: первая — при температуре 500—550°С и вторая —> при температуре 550—600°С. Затем детали охлаждают в печи до 200°С. Деформации деталей практически не про­ исходит. Твердость азотированного слоя около

1200 НѴ.

Цианирование. Различают цианирование жид­ кое и газовое. Газовое цианирование называется также нитроцементацией. При жидком цианирова­ нии изделие нагревают до 820—960°С ■в расплав­ ленных солях, содержащих цианистый натрий NaCN. Для получения слоя небольшой толщины

(0,15—0,35 мм) процесс ведут при 820—860°С в ваннах, содержащих 20—25% NaCN, 25—50% NaCI и 25—50% Na2C0 3 . Продолжительность про­ цесса определяется требуемой толщиной слоя и составляет 30—90 мин.

Цианирование при температурах 840—860°С позволяет выполнять закалку непосредственно из цианистой ванны. После закалки следует низко­ температурный отпуск (180—200°С). Твердость после термической обработки 58-62 HRC.

Этот вид цианирования применяют для мелких деталей: шестерни привода масляного насоса, спи­ дометра автомобиля, пальцев задних рессор, ва­ ликов и др.

Для получения слоя большой толщины (0,5—2,0 мм) цианирование ведут при 930—960°С

101