Поверхневе зміцнення стали

Для підвищення твердості поверхневих шарів, межі витривалості і опірності стирання багато деталей машин піддають поверхневому уп-рочненію.

Існує три основні методи поверхневого зміцнення: поверхнева гарт, хіміко-термічна обробка і зміцнення пластичним дефор-мування.

7.1. Поверхневе загартування стали

Основне призначення поверхневого гарту: підвищена-шення твердості, зносостійкості і межі витривалий-вості деталей (зубів шестерень, шийок валів, направляю-щих станин металорізальних верстатів і ін.). Серцевина деталі залишається в'язкою і добре сприймає ударні та інші навантаження.

У промисловості при-міняють такі способи поверхневого гарту: загартування з індукційним нагріванням струмами високої частоти (т. В. Ч.); загартування з електроконтакта нагріванням; газоплазмове загартування; загартування в електроліті.

Мал. 7.1. Способи нагрівання при поверхневій за-Калці стали:

а - струмами високої частоти; б - ацетилено - кисневим полум'ям

(1 - деталь, 2 - індуктор; 1 - нагрів; 11 - охолодження; 111 - загартований шар; IV - незагартована серце-вина)

Сутність процесу загартування при нагріванні струмами високої частоти полягає в тому, що на спеціальній установці виробляють нагрівання деталі 1 (рис. 7.1, а) за допомогою виконаного за формою гартує деталі мідного індуктора 2, через який пропускають пере-менний струм високої частоти. Протягом декількох секунд поверхню деталі прогрівається на необхідну глибину, потім струм вимикають, деталь швидко охолоджують. Індуктор в процесі роботи не нагрівається завдяки інтенсивному охолодженню циркулюючої усередині нього водою.

Загартування з газополуменевим нагріванням полягає в тому, що поверхня сталевої деталі нагрівають пла-іменем ацетіленокіслородной пальника до температури гарту і швидко охолоджують струменем холодної води (рис. 7.1. Б). Газовий пальник рухається над поверхно-стю деталі з певною швидкістю, а за нею з тією ж швидкістю переміщається гартівна трубка, через яку подається вода. Цей спосіб гарту заснований на тому, що ацетіленокіслородное полум'я має темпе-ратуру 2500-3200 ° С і нагріває поверхню виробу до температури гарту за дуже короткий проміжок часу, протягом якого нижні шари стали не встигають прогрітися до критичної точки і тому не гартуються. Товщина загартованого шару колеб-нется в межах 2 - 4 мм, а його твердість становить HRC 50-56. Газопламенная гарт викликає менші деформації, ніж об'ємна гарт, і не забруднює поверхню. Для великих деталей цей спосіб гарту часто більш рентабельний, ніж гарт з індукційним нагріванням (т. В. Ч.).

Поверхневе загартування із застосуванням електрокон-тактного нагріву виконується наступним чином. Деталь нагрівають до температури гарту теплом, яке виділяється в місці контакту її з електродом (мідним роликом), спеціального пристосування. Ох-лажденіе гартує поверхні деталі роблять за допомогою душа, який переміщається слідом за рухомим електродом.

Поверхневу загартування при нагріванні в електроліті виконують в 10% - ном розчині кухонної солі, поташу або кальцинованої соди. Деталі, що підлягають загартуванню, занурюють у ванну, і вони є катодом, а корпус ванни - анодом. При пропущенні постійного електричного струму через електроліт навколо катода (деталі) утворюється газова оболонка, яка порушує електричний контакт катода з електролітом, і деталь інтенсивно нагрівається до температури гарту. Після цього струм вимикають; деталь гартується в електроліті, який омиває її з усіх боків.

Крім описаних застосовують ряд інших способів поверхневого гарту, зокрема нагрів деталей під загартування в розплавлених металах або солях. У них гартують дрібні деталі простої геометричної форми, що виготовляються в невеликих кількостях.

Відпустка після виконання поверхневого гарту виробляють з метою зняття напруги, що виникли в зоні гарту. Це зменшує крихкість і підвищує міцність деталей. Твердість підвищується на 2-3 од. в порівнянні зі звичайною загартуванням; поліпшується износо-стійкість; межа витривалості зростає в 1,5-2 рази.

7.2. Хіміко-термічна обробка

Хіміко-термічною обробкою називають процес, що полягає в поєднанні термічного і хімічна-ського впливу для зміни складу, структури і властивостей поверхневого шару сталі.

Хіміко-термічна обробка заснована на диф-фузії (проникненні) в атомно-кристалічну ре-щітка заліза атомів різних хімічних елементів при нагріванні сталевих деталей в середовищі, багатому цими елементами.

Найбільшого поширення набули такі види хіміко-термічної обробки.

Цементація - процес, що складається в Диффузион-ном насиченні поверхневого шару стали вуглецем до оптимальної концентрації 0,8-1,1% і отриманні після гарту високої твердості поверхні (HV700 - 800) при збереженні в'язкої серцевини. Цементації піддаються деталі, виготовлені з нізкоуглероді-стих сталей або з легованих низько-вуглецевих сталей. При цементації використовують природні і штучні гази або рідкий Карбо-різатор (бензол, піробензол, гас і ін.), Який подається безпосередньо в робочий простір печі. При нагріванні відбувається розкладання метану. Атомарний вуглець поглинається по-поверхнею сталі і проникає в глибину деталі. Газо-вая цементація деталей проводиться при температурі 930-950 ° С.

Азотування полягає в дифузійному насичена-ванні поверхневого шару азотом. Азотування підвищує твердість поверхневого шару, його знос-кістка, межа витривалості та опір корозії в середовищі атмосферного повітря, води, пара і т. Д. Азотування проводять зазвичай при 500-600 ° С (для вище-ня зносостійкості і міцності) або при 600-800 ° с (для підвищення корозійної стійкості) в середовищі ам-Міака, який при зазначених температурах Діссен-ціірует з утворенням атомарного азоту. Атомарний азот дифундує в ж-лезо.

Нітроцементація і ціанування - поверхност-ве насичення деталей одночасно вуглецем і азо-том. Процес виконують або в газовому середовищі, або в розплавленої ванні з ціаністих солей. У першому випадку процес називають нитроцементацией, у дру-ром - ціануванням. Газова нитроцементация поз-воляет підвищити зносостійкість оброблюваних дета-лей і зробити процес більш рентабельним. При низьких температурах поверхневий шар стали насичується переважно азотом, а при високих - вуглецем.

Газове ціанування (нітроцементації) поділяють нависокотемпературное (при 800-950 ° С) і низькотемпературне (при 550-600 ° С). Високотемпературне ціанування застосовують для отримання високої твердості і зносостійкості поверхонь деталей з конструкційних сталей з отриманням шару глибиною 0,2-1,0 мм. Після нітроцементації деталі гартують і потім піддають низькому відпустки. Низькотемпературне ціанування виконують протягом 5-10 год в середовищі ендогаз або газу, отриманого з синтину (суміш вуглеводнів) з додаванням 12-20% аміаку, або шляхом використання ТЕА. В результаті такої обробки на поверхні стали утворюється тонкий карбонітридним шар (товщиною 0,15 0,20 мм), що володіє високою зносостійкістю. Перед низькотемпературних ціануванням проводиться повна меха-ническая і термічна обробка деталей.

До числа нових методів хіміко-термічної обра-лення відносять насичення поверхні стали бором. Борирование підвищує твердість, сопротив-ня абразивного зносу, корозійну стійкість, теплостійкість і жаростійкість, однак борованої шари мають високу крихкістю. При сульфідування виробляють насичена-ня поверхні стали сірою, азотом і вуглецем на глибину 0,2-0,3 мм для підвищення зносостійкості, прірабативаемості деталей при терті і стійкості їх проти задирів.

Дифузійна металізація - процес насичення поверхні стали алюмінієм (алитирование), хромом (хромування), кремнієм (силицирование). Металеві-зація кремнієм підвищує кислототривкість, хромом або алюмінієм - жаростійкість, хромом, азотом іуглеродом - зносостійкість і т. Д. Метали утворюють з залізом тверді розчини заміщення, тому дифузія їх здійснюється значно важче, ніж дифузія вуглецю або азоту. У зв'язку з цим процеси дифузійної металізації виконують при високих температурах: алитирование - при 900-1000 ° С, сі-ліцірованіе - при 950-1050 ° С.

Застосування дифузійної металізації в багатьох випадках не тільки цілком виправдано, але і є економічно вигідним. Так, деталі жаростійкі при температурі до 1000-1100 ° С, виготовляють з простих вуглецевих сталей, а з поверхні насичують алюми-ням, хромом або кремнієм, що значно вигідніше, ніж застосування спеціальних легованих жаростой-ких сталей.

7.3. Поверхневе зміцнення сталевих виробів

Поверхневе зміцнення методом пластичного деформування - прогресивний технологічний процес, що приводить до зміни властивостей поверхні металевого виробу. При цьому методі пластично деформують тільки поверхню. Деформування осу-ють або обкаткою роликами, або обдуванням дробом.

Найчастіше застосовують обдування дробом, при якій поверхня піддається ударам бистролетящій коло-лих дробинок розміром 0,2-1,5 мм, виготовлених зі сталі або білого чавуну. Обробку виконують в спе-ціальних дробемет. Удари дробинок призводять до пла-стической деформації і наклепу в мікрооб'ємах по-поверхневого шару. В результаті дрібоструминного обра-лення утворюється наклепаного шар глибиною 0,2-0,4 мм. Крім того, за рахунок збільшення обсягу нак-панного шару на поверхні виробу з'являються залишкові напруги стиску, що сильно підвищує втомну міцність. Наприклад, термін служби кручених пружин автомобіля, що працюють в умовах, викликаю щих втома, підвищується в 50-60 разів, колінчастих валів - в 25-30 разів.

Дробоструйна обробка, так само як і обкатка роликами, є кінцевою технологічною опера-цією, перед якою вироби проходять механічну і термічну обробку.

8. СКЛАДАННЯ ВИРОБІВ

Збірка є заключним етапом при виготовленні машин. Обсяг робіт при складанні в автомобілебудуванні становить до 20% від об-щей трудомісткості виготовлення автомобіля.

Технологічний процес складання - це сукупність операцій по со-єднання деталей в певній послідовності з метою отримати виріб, що відповідає заданим експлуатаційним вимогам.

Виріб складається з основних частин, роль яких можуть виконувати деталі, складальні одиниці, комплекси, комплекти.

Складальна одиниця - частина виробу, складові частини якої біля-жать з'єднанню між собою на складальних операціях на підприємстві-виробнику. Її характерною особливістю є можливість складання відокремлено від інших елементів виробу. Складальна одиниця вироби в залежності від конструкції може збиратися або з окремих деталей, або з складальних одиниць вищих порядків і деталей. Розрізняють сбороч-ні одиниці першого, другого і більш високих порядків. Складальна оди-ка першого порядку входить безпосередньо в виріб. Вона складається або з окремих деталей, або з однієї або декількох складальних одиниць другого порядку і деталей і т.д. Складальну одиницю найвищого порядку розчленовують тільки на деталі. Складальні одиниці називають на практиці вузлами або групами.

Складальна операція - це технологічна операція установки і про-разования з'єднань складальних одиниць вироби. Збірку починають з ус-тановки і закріплення базової деталі. Тому в кожній складальній оди-ниці повинна бути знайдена базова деталь - це деталь, з якої починають збірку вироби, приєднуючи до неї деталі і інші складальні одиниці.

За послідовності виконання розрізняють:

-проміжну збірку - це збірка дрібних елементів на механічних ділянках або збірка 2-х деталей перед остаточною обробкою;

-вузлову збірку - це збірка складальних одиниць вироби;

-загальну збірку - це збірка вироби в цілому.

За наявності переміщень зібраних виробів розрізняють:

-стаціонарну збірку - це збірка вироби або основної його частини на од-ном робочому місці;

-рухливу збірку - збиране виріб переміщається по конвеєру.

За організації виробництва розрізняють:

-потокову збірку, - яка передбачає поділ технологічного процесу на окремі технологічні операції, тривалість ко-торих не перевищує такту випуску вироби;

-групову збірку, - яка передбачає можливість складання раз-особистих однотипних виробів на одному робочому місці.

За ступенем рухливості розрізняють рухомі і нерухомі-єднання.

Рухливі з'єднання мають можливість відносного пе-переміщених в робочому стані відповідно до кінематичної схемою механізму. При цьому використовуються посадки з зазором. Для збірки не тре-буется значних зусиль.

Нерухомі з'єднання не дозволяють переміщатися один відноси-кові одного з'єднуються деталей. У нерухомих з'єднаннях використовуються перехідні посадки або посадки з натягом.

За характером розбірними з'єднання поділяють на роз'ємні і нероз'ємні.

Розумні з'єднання можуть бути повністю розібрані без пошкод-дження деталей, що з'єднуються.

Нероз'ємні з'єднання збираються за допомогою пресових поса-док, зварювання, пайки, склеювання і т.д. Без пошкодження деталей, що збираються їх розібрати неможливо.

Методи збирання - визначаються конструктором вироби шляхом про-становки допусків сполучених деталей.

При складанні завжди відбувається матеріалізація закладених конст-руктором розмірних ланцюгів.

Метод повної взаємозамінності - дозволяє проводити збірку через делия без будь-якого вибору або додаткової обробки деталей. Метод найменш трудомісткий, але необхідно збільшити витрати на механи-чний обробку.