Механико-термическая обработка

При ТМО фазовые и структурные превращения происходят после пластического деформирования. Однако, если изменить последовательность: вначале превращения, а потом деформационное упрочнение (наклеп), то это будет новый вид упрочняющей обработки, называемый механико-термической обработкой (МТО). Если, например, сталь закалить, то она имеет большую прочность и относительно малую пластичность. Однако закаленная сталь обладает способностью дополнительно упрочняться в результате небольших деформаций. Оказалось, что достаточно продеформировать закаленную сталь на 2-5 %, чтобы увеличить ее прочность на 10-25 %. МТО, состоящая из закалки на структуру мартенсита с последующей малой пластической деформацией и низким отпуском, имеет и иное (специальное) название — марформинг. Марформинг означает, что деформации подвергается сталь со структурой мартенсита. МТО, при которой обычной термообработкой получают тонкопластинчатый перлит (троостит охлаждения, а не троостит отпуска) с последующей холодной пластической деформацией, носит название патентирование. Такому упрочнению подвергают обычно тонколистовой прокат и проволоку. При патентировании дают большую степень деформации (до 95 %). В результате достигается на инструментальных сталях самая высокая для них прочность — 4500 МПа ( это почти 1/3 значения теоретической прочности стали). Установлено, что методом деформационно-термической обработки можно в 2-3 раза повысить прочностные свойства сталей по сравнению с нетермообработанным или отожженным состоянием (табл.4). Влияние наиболее распространенных способов упрочняющих обработок на механические свойства стали Термическая обработка Прочность Пластичность Вязкость Отжиг Нормализация Улучшение ВТМО (аусформинг) НТМО (») МТО (марформинг) Самая низкая Низкая Средняя Высокая Самая высокая   Высокая Описанные выше способы ТМО и МТО являются относительно новыми, высокоэффективными и прогрессивными (перспективными для применения в производстве).Поверхностное упрочнение металлических материалов Поверхностным упрочнением называется упрочнение поверхностного слоя детали за счет изменения его химического состава и(или)структуры. Для повышения прочностных свойств (твердости, износостойкости, прочности, сопротивления усталости и т. д.) поверхностных слоев деталей машин обычно применяют следующие методы: — поверхностное деформационное (механическое) упрочнение; — поверхностная закалка; — химико-термическая обработка. Деформационное упрочнение поверхности или поверхностное пластическое деформирование. Упрочнение (наклеп) поверхностного слоя пластическим деформированием осуществляется дробеструйным воздействием или обкаткой твердым роликом под давлением. Поверхностная закалка — поверхностный слой изделия нагревают до заданной температуры. При этом глубина закаленного поверхностного слоя составляет 1-5 мм. Поверхность детали может быть нагрета до температуры закалки различными способами: кратковременным помещением детали в расплавы металлов, солей или электролитов; горелками, лазерным лучом, плазмотроном или токами высокой частоты (ТВЧ). Наибольшее применение имеет поверхностная закалка ТВЧ. После поверхностной закалки и последующего низкого отпуска деталь имеет твердую, износостойкую и прочную поверхность, вязкую и достаточно пластичную сердцевину. Такое сочетание свойств необходимо во многих случаях, в частности, для деталей, работающих в условиях динамических и переменных нагрузок, с изнашиваемыми поверхностями (шестерни, втулки, валы и т. п.). При поверхностной закалке токами высокой частоты деталь помещают внутрь специального индуктора из медной охлаждаемой трубки. Индуктор имеет вид петли, спирали или другую более сложную форму. Через индуктор пропускают электрический ток высокой частоты (от 500 Гц до 10 МГц) и большой силы. Возникающие при этом вихревые токи (токи Фуко) в поверхностном слое детали быстро разогревают его. Глубина нагреваемого слоя зависит в основном от частоты тока и определяется по формуле 1  где  — глубина проникновения тока, см; р — удельное электросопротивление, Ом см;  — магнитная проницаемость, Гс/Э; f— частота тока, Гц. Изменяя частоту тока и время нагрева, достигают требуемой температуры и глубины нагрева, а после быстрого охлаждения получают соответствующую глубину закаленного слоя. Технология обработки деталей закалкой с нагревом токами высокой частоты и последующим низкотемпературным (180-200 °С) отпуском обеспечивает высокую производительность термообработки; ТВЧ не сопровождается окислением и обезуглероживанием поверхности; отсутствует коробление детали; получается более высокая твердость поверхности, чем после обычной закалки и отпуска. Химико-термической обработкой (ХТО) называется технология насыщения поверхности детали углеродом, азотом, алюминием, хромом и другими элементами вещества. ХТО заключается в нагреве и выдержке детали в соответствующих химических реагентах для изменения состава и структуры поверхностных слоев. После химико-термической обработки проводят соответствующую термическую обработку. На практике широко используют следующие способы ХТО: цементацию, азотирование, нитроцементацию (цианирование), си-лицирование, диффузионную металлизацию и др. Цементацией называется высокотемпературная ХТО с насыщением поверхностного слоя стальных, чугунных и иных изделий углеродом для повышения их твердости и износостойкости после закалки и низкого отпуска или после двукратной закалки и низкого отпуска. Различают два вида цементации: твердую и газовую, т. е. в твердом и газообразном карбюризаторах (древесный уголь или природный газ). Карбюризатор — это среда с высоким углеродным содержанием, в которой происходит насыщение поверхности стали углеродом. Цементацию производят при температурах 930-950 °С, когда сталь имеет структуру аустенита с высокой растворимостью в нем углерода. При высоких температурах углерод карбюризатора вступает в химическую реакцию с кислородом воздуха и образует окись углерода по реакции 2С + 02 = 2СО. Но окись углерода при температуре цементации неустойчива, а при контакте с железной поверхностью разлагается на углекислый газ и атомарный углерод 2СО — С02 + С. Атомарный углерод диффундирует вглубь поверхности детали, так как кристаллическая решетка ее (FeY) легко растворяет (поглощает) в себе до 2 % углерода. После науглероживания поверхности детали из малоуглистой стали ее подвергают окончательной термической обработке. Для ответственных и тяжелонагруженных деталей осуществляют двойную закалку: первая (для материала под нацементованным слоем) с нагревом выше температуры Асз, т. е. до температур 850-900 °С, а вторая — с нагревом на 30-50 °С выше температуры Ас1, т. е. до 760-780 °С. Охлаждение производится в воде или масле (для легированных сталей). Менее ответственные детали подвергают закалке с температур нагрева выше Aci. Во всех случаях последней операцией термической обработки является низкотемпературный (180-200 °С) отпуск. В результате цементации и термообработки поверхность детали имеет большую твердость (HRC 58-62), а сердцевина остается достаточно вязкой и пластичной, что обеспечивает высокую сопротивляемость динамическим и переменным нагрузкам. Вернуться в начало

Методы литья Литье в оболочковые формы Повышение качества металлических материалов Технологические методы кузнечно-штамповочного производства Ковка и горячая объемная штамповка Штамповка в закрытых штампах