П.К. Логинов, О.Ю. Ретюнский - Способы и технологические процессы восстановления изношенных деталей (1038480), страница 32
Текст из файла (страница 32)
температура отпускане должна превышать 727 °С). Цель отпуска – ослабить или полностьюпредотвратить появление внутренних напряжений, возникающих призакалке, уменьшить хрупкость и твердость, а также повысить вязкостьзакаленной стали.При отпуске закаленных сталей в результате нагревания происходит переход от более твердых, но менее устойчивых структур к менеетвердым, но более устойчивым структурам.
В зависимости от температуры нагревания различают низкий, средний и высокий отпуск.Низкий отпуск заключается в нагревании закаленной стали до температуры 150...250 °С, непродолжительной выдержке (от 30 миндо 1,5 ч) при этой температуре и последующем охлаждении деталей вмашинном масле или на воздухе. После низкого отпуска твердость поверхности не изменяется, но уменьшаются остаточные закалочные напряжения и несколько повышается вязкость. Такой вид отпуска применяют для режущего и измерительного инструмента, например сверл,метчиков, плашек, калибров, скоб, шаблонов.Средний отпуск состоит в нагревании деталей до температуры300...500 °С. Детали приобретают упругие свойства при сохранении высокой прочности. Такому виду отпуска подвергают пружины, рессоры,мембраны.При высоком отпуске стальные детали нагревают до температуры450...650 °С, выдерживают при этой температуре, а затем охлаждают.Закалку вместе с последующим высоким отпуском называют улучше168нием стали.
После этого отпуска детали приобретают повышеннуютвердость поверхности. Этому виду отпуска подвергают в основном ответственные детали машин, например валы, оси, зубчатые колеса.Термомеханическая обработка стали (ТМО) – вид обработки, прикотором значительно повышается прочность стали и почти не снижается ее пластичность.
Этот вид обработки состоит в закалке, отпуске и последующем пластическом деформировании детали. Пластическое деформирование при ТМО осуществляют прокаткой, ковкой, штамповкой.Различают высокотемпературную (ВТМО) и низкотемпературную(НТМО) термомеханическую обработку. При ВТМО сталь нагревают дотемпературы выше точки Ас3 (т. е.
до 1000...1100 °С), пластически деформируют при этой температуре (степень деформации 20...30 %), немного охлаждают и проводят закалку.При НТМО сталь нагревают до температуры выше точки Ас2, охлаждают до температуры, более низкой, чем температура рекристаллизации стали (450...550 °С), и подвергают детали пластической деформации при этой температуре (степень деформации 75...95 %). В закалочную среду детали помещают при температуре деформирования.В обоих случаях после закалки следует низкий отпуск.
ВТМОможно подвергать любые стали, а НТМО – только легированные.По сравнению с обычной закалкой при ТМО получают более высокие механические свойства стали.Химико-термическая обработка деталей. В ремонтной практикешироко применяют такие виды химико-термической обработки, как цементация, азотирование, цианирование, диффузионная металлизация.Цементация стали – процесс насыщения поверхностного слоя углеродом при нагревании без доступа воздуха до температуры выше точкиАс3 (до 900...950 °С) в среде углерода или газов, содержащих углерод.Цементацию проводят для получения высокой твердости поверхностного слоя при условии сохранения мягкой и вязкой сердцевины, а такжедля повышения износостойкости и предела выносливости стальных деталей, что обеспечивается термической обработкой после цементации(закалкой и низким отпуском).Обычно цементации подвергаются низкоуглеродистые стали с содержанием углерода до 0,25 %, в результате чего твердость внутреннихслоев детали после закалки не изменяется и остается равной 160...170НВ, а твердость поверхностного слоя повышается до 600 НВ.
Толщинацементованного слоя для деталей 0,5...2 мм, для измерительного инструмента – 0,3...1 мм, а концентрация углерода в поверхностном слое0,8...1,0 %. Различают цементацию твердым карбюризатором и газовую.169Более широко применяют цементацию в газовых средах как высокопроизводительный способ. В качестве карбюризатора используют,например, природные газы метан СН4, пропан или бутан, которые принагревании диссоциируют с выделением атомарного углерода.Детали нагревают до температуры 900...950 °С в специальных герметически закрытых печах, в которые подается карбюризатор.
При цементации газообразным карбюризатором длительность процесса сокращается в 2,5...3 раза по сравнению с цементацией твердым карбюризатором. Заданная концентрация углерода в поверхностном слое обеспечивается автоматическим регулированием состава газа.При цементации твердым карбюризатором детали, насыщаемыеуглеродом, после предварительной очистки от ржавчины и жиров укладывают в металлические ящики и засыпают карбюризатором, состоящим в основном из древесного угля с добавлением углеродистого барияВаСО3, соды Na2CО3, углекислого кальция СаСО3 и крахмала в количестве, составляющем 10...40 % массы угля.
Крышку ящика для его герметизации обмазывают огнеупорной глиной. Продолжительность цементации в печи в зависимости от размеров ящика и количества загруженных деталей составляет 10...20 ч. После цементации детали в ящикахохлаждают вместе с печью или на воздухе, а затем подвергают закалке инизкому отпуску. Цементации подвергают зубчатые колеса, шейки валов, плунжеры насосов, червяки, звездочки и другие детали.Азотирование стали – процесс насыщения поверхностного слоястали азотом при нагревании ее в среде аммиака NH3. Азотированиепроводят для повышения твердости поверхностного слоя деталей,износо- и теплостойкости, а также коррозионной стойкости.Азотированию подвергают детали, прошедшие термическую обработку (закалку с высоким отпуском) и обработку резанием.
На неазотируемые участки наносят электролитическое покрытие оловом. Внутренние резьбы и отверстия защищают обмазками. Детали укладывают равномерно в герметически закрытый муфель (реторту), который помещают в электропечь. В муфель из баллонов подается аммиак, который принагревании разлагается, образуя атомарный азот.
Азот, внедряясь в поверхность деталей, взаимодействует с железом, образуя нитриды Fe2N,Fe4N.Процесс азотирования продолжается 3...90 ч, а последующее медленное охлаждение печи с деталями – 4...5 ч. Глубина азотированногослоя зависит от температуры и времени выдержки (0,25...0,65 мм).Различают прочностное азотирование, которое проводят для повышения твердости, износостойкости и усталостной прочности, и про170тивокоррозионное азотирование (декоративное) – для повышения коррозионной стойкости во влажной атмосфере и пресной воде.Прочностному азотированию подвергают хромоникелевые конструкционные стали, а также легированные стали 38ХМЮА и 35ХМЮА,у которых легирующие элементы Cr, А1, Мо способствуют образованию твердых нитридов.
Температура азотирования довольно низкая(500...520 °С). Углеродистые стали не подвергают прочностному азотированию, так как образующийся поверхностный слой получается хрупким, недостаточно твердым. Этот вид азотирования применяют дляштампов, пуансонов, цилиндров моторов и насосов, зубчатых колес, золотниковых пар насосов, шеек валов и других деталей.Противокоррозионному азотированию в основном подвергаютсяуглеродистые стали. Процесс протекает при температуре 600...700 °С свыдержкой при этой температуре 0,5...1 ч.Азотирование по сравнению с цементацией имеет следующие преимущества: твердость и износостойкость азотированного слоя значительно выше цементированного закаленного слоя; после азотированиязакалку деталей не выполняют, что предотвращает их коробление; азотированная поверхность более устойчива к коррозии.
Однако азотирование – процесс более длительный и сложный, поэтому его применяюттолько для легированных сталей. Азотированные детали мало пригодныдля работы в условиях высоких удельных нагрузок из-за недостаточнойтолщины азотированного слоя.Цианирование (нитроцементация) стали – процесс одновременногонасыщения поверхности стальной детали азотом и углеродом. Цианированию подвергают детали из сталей, содержащих 0,2...0,4 % углерода.Цианирование может производиться в твердых, жидких и газообразныхсредах.
Твердое цианирование применяют крайне редко, как менее эффективное по сравнению с жидким и газовым. Наиболее часто используют цианирование в жидкой среде.Детали, прошедшие механическую обработку, погружают в специальную ванну с расплавом солей, состоящим из 20...25 % NaCN, остальное – NaCl и Na2CО3. В зависимости от необходимой толщины получаемого слоя детали нагревают до температуры 820...960 °С. Образующиеся при нагревании атомарный азот и углерод диффундируют всталь, поверхность детали насыщается азотом (до 1...2 %) и углеродом(до 0,7 %).
При температуре расплава 820...860 °С получают слой толщиной до 0,3 мм, при температуре расплава 930...960 °С – до 2 мм; продолжительность процесса 10...40 мин. После цианирования проводят закалку и низкий отпуск, в результате твердость полученного слоя со171ставляет 59...63 HRC. Этот процесс называют высокотемпературнымцианированием.Цианирование при температуре 550...600 °С по существу являетсяазотированием в жидких средах, поскольку науглероживания, т. е. насыщения углеродом, не происходит.
Этот процесс проводят в неразбавленных другими веществами расплавах цианистых солей, содержащих40 % (массовая доля) KCN и 60 % NaCN. Высокотемпературное цианирование применяют для средне- и низкоуглеродистых сталей (обыкновенных углеродистых и легированных), низкотемпературное цианирование – для быстрорежущего инструмента. Глубина цианированногослоя зависит от времени выдержки.Газовое цианирование (нитроцементация) проводят в смеси науглероживающих и азотирующих газов, например, в смеси светильногоили природного газа (90...97 %) и аммиака (3...10 %).Детали нагревают до температуры 850...870 °С, длительность нитроцементации – 2...10 ч. После нитроцементации детали подвергают закалке и низкому отпуску; твердость полученного слоя 61...63 HRC.Диффузионная металлизация – процесс насыщения поверхностейстальных деталей различными металлами.
Наиболее часто применяютметаллизацию алюминием (алитирование), хромом (хромирование),кремнием (силицирование) и бором (борирование). Одновременное насыщение поверхностей хромом и алюминием или хромом и вольфрамомназывают хромо-алитированием, хромо-вольфрамированием. В результате диффузионной металлизации повышаются жаростойкость (окалиностойкость) до 1100 °С, износостойкость, твердость (до HV 2000) икоррозионная стойкость стальных деталей. Насыщение проводят втвердых, жидких и газообразных средах при температуре 1000...1200 °С.Процесс диффузии при металлизации происходит значительномедленнее, чем при других видах химико-термической обработки, поэтому получение даже очень тонких слоев, протекает при высоких температурах и длительных выдержках.Алитирование стали проводят для повышения жаростойкости (окалиностойкости) деталей, работающих при температурах до 900 °С.Алитирование деталей осуществляют в порошкообразной смеси,содержащей 49 % (массовая доля) алюминия, 39 % оксида алюминия и12 % хлористого аммония.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
