Основні процеси термічної обробки

Термічною обробкою металів і сплавів називають процес зміни їх внутрішньої будови (структури) шляхом нагрівання, витримки і подальшого охолодження з метою отримання необхідних властивостей.

Нижче наведені основні види, термообробки.

Відпал - це операція, при якій сталь нагрівають до певної температури, витримують при цій температурі певний час і потім повільно охолоджують разом з піччю. Відпал підвищує оброблюваність сталі різанням і тиском, зменшує внутрішні напруги, що виникають в результаті механічної обробки та ін.

Нормалізацією називають операцію нагріву стали до певної температури (в залежності від його виду) з витримкою і наступним охолодженням на повітрі. Нормалізації піддають штамповані або ковані заготовки з вуглецевої і легованої сталі з метою поліпшення мікроструктури, підвищення механічних властивостей і підготовки до наступної термічної обробки. Крім того, знімаються напруги у зварному шві (наслідок зварювання).

Для додання сталі підвищеної міцності, зносостійкості і інших властивостей, що підвищують надійність і довговічність деталей, їх піддають загартуванню. Загартуванням, називають процес термічної обробки, при якому сталь нагрівають до температури трохи вище критичної і потім швидко охолоджують у воді, маслі і ін.

Гартуванню піддають сталі з вмістом вуглецю більше 0,3% і в залежності від способу нагрівання отримують гартування об'ємне або гартування поверхневого шару.

Поверхневим загартуванням забезпечують високу твердість, залишаючи в’язькою і м'якою серцевину деталей. Дуже добрий результат дає поверхневе гартування з нагрівом струмами високої частоти (СВЧ). Гартування з нагріванням струмами високої частоти має наступні переваги:

- можна регулювати товщину загартованого шару в межах 0,5-2,5 мм;

- завдяки швидкості нагріву короблення деталей незначне, або відсутнє;

- майже немає окалини;

- нагрівають і гартують тільки ті ділянки поверхні деталей, які потребують термічної обробки;

- термообробка не тільки протікає прискорено, завдяки чому скорочується загальна тривалість операції, і забезпечується висока якість гартування при малій вартості;

- забезпечується можливість повної автоматизації процесу гартування;

На установках для поверхневого загартування з нагріванням СВЧ з успіхом загартовують і чавунні частини станин металорізальних верстатів. Твердість загартованої поверхні HRC48-56, глибина гарту досягає 3, 5 мм. Тривалість гартування, наприклад направляючих верстата 1К62, становить всього 60-70 хв.

Високочастотна загартування подовжує терміни служби деталей у 3-4 рази. Воно особливо, цінне тим, що підвищує, зносостійкість відповідальних деталей, що працюють з ударним навантаженням або з великим тиском (наприклад зубчастих коліс, шліців, гайок, пальці, кулачки та ін.)

Цементація - процес хіміко-термічної обробки, при якій відбувається насичення поверхневого шару сталі вуглецем з метою отримання після гартування та низькотемпературного відпуску, міцного і зносостійкого поверхневого шару деталей. Цементація полягає в нагріві сталевих деталей до температури 900-940 ° С в насиченому вуглецем середовищі (твердим карбюризатором, рідинна та газова), витримка при цій температурі протягом певного часу, необхідного для отримання певної глибини на вуглецьованого шару, та подальшому повільному чи швидкому охолодженні. Цементації піддаються зубчасті колеса, пальці, вісі, вали, шпинделі та інші деталі машин, виготовлені з вуглецевої і легованої сталі з вмістом вуглецю до 0,25-0,3%.

Для запобігання окремих місць деталей від цементації їх ізолюють обмідненням або спеціальними пастами. У деяких випадках такі місця виконуються з припуском, який перевищує глибину цементації і який знімають (механічною обробкою) перед гартуванням. Цементовані і потім загартовані поверхні деталей піддають подальшій механічній обробці шліфуванням відповідно до необхідної посадки.

Азотування - це процес насичення поверхневого шару азотом. Азотування підвищує твердість, зносостійкість, корозійну стійкість і втомну міцність деталі в цілому. Азотування здійснюється в атмосфері аміаку при температурі 500-600 ° С з витримкою в залежності від необхідної глибини насичуємого шару і повільним охолодженням.

Деталі при азотуванні найчастіше виготовляють із сталі марок 38ХМЮА, 35Х10А, а також з хромованадіевої, хромонікель-вольфрамової. Твердість такого шару сталей двох перших марок досягає НRС70-78, а в останніх - НRС60-65.

Процес азотування відрізняється значною тривалістю. При вимозі максимальної поверхневої твердості і мінімальної деформації (для навантажених деталей складної конфігурації) тривалість процесу складає до 80 год. При вимозі декілька зниженої твердості і допущенні певної деформації деталей тривалість процесу можна скоротити до 18 год. Деталі, від яких вимагається тільки стійкість проти корозії, піддають азотуванню при 620-700 ° С без подальшого гартування.

2. Відновлення деталей металізацією.

Процес нанесення на поверхню деталі розплавленого металу називається металізацією.

Розплавлювання металу може здійснюватись електричною дутою, струменем палаючого газу, злектро- чи газовим нагріванням у тиглі.

Розплавлений метал розпорошується струменем стиснутого повітря, повідомляючи дрібними частками металу кінетичну енергію, завдяки чому ці частки з великою швидкістю ударяються о попередньо підготовлену поверхню деталі. При ударі о тверду поверхню, частки рідкого металу деформуються і зчіплюються з поверхнею, що піддається металізації.

Апарат, що забезпечує розплавлювання металу, розпилення і доставку до поверхні відновлюваної деталі, називається металізатором.

Рисунок 4.5— Розпилентильні головки металізатором, в яких рас плавлення припадочних матеріалів здійснюють за допомогою:

а) електричної дуги; б) газового пламені; в) напругою високою частоти; г) плазмой

Металізація майже не викликає нагрівання деталі, а отже, і не викликає деформацію деталі, що дозволяє нарощувати окремі робочі поверхні цілком оброблених деталей.

Відновленню піддаються сталеві і чавунні деталі, що працюють на тертя при спокійному навантаженні зі швидкістю обертання до 25 м/хв. Нарощуваний шар може мати товщину в межах 1,5-12 мм. Матеріалом для нарощування служить сталевий або рідше латунний дріт.

Перед нарощуванням (металізацією) поверхню деталі очищають від масла, бруду, іржі і ін. піскоочистними чи хімічними розчинами. Після очищення поверхні обдувають дробом або обробляють грубим проточуванням для додання шорсткості.

Нарощування деталей тіл обертання можна вести по всій довжині одночасно, для чого супорту верстата, на якому встановлений металізатор, повідомляють зворотно-поступальний рух, а деталі - обертальний.

Основним недоліком металізації є крихкість нанесеного шару металу, внаслідок чого він погано працює при ударних і знакоперемінних навантаженнях.

3. Відновлення деталей пластмасовими композиціями і склеюванням