Поверхневе гартування сталі

Поверхневе гартування відбувається внаслідок швидкого нагрівання поверхневого шару сталі до температури вище критичної і наступне охолодження з метою одержання в поверхневому шарі структури мартенситу.

Поверхневе гартування використовують для підвищення зносостійкості деталей при збереженні високого опору динамічним навантаженням, зростанню міцності втомлювання. Поверхневе гартування відбувається дуже швидко і тому на поверхні деталі не утворюється окалини.

Методи нагрівання можуть бути різними – струмами високої частоти (СВЧ), полум’ям газової горілки, в електролітах. Нагрів СВЧ є найбільш продуктивним.

Відпуском називають процес нагрівання загартованої сталі до температури не вище точки Ас₁ (727 ^оС), витримування при цій температурі і подальшого охолодження. Відпуск виконують для зниження або повного усунення внутрішніх напружень, зменшення крихкості загартованої сталі та отримання необхідної структури і механічних властивостей.

Низькотемпературний відпуск проводять з нагріванням сталі до температури 150-250^о С протягом 1…3 годин. Цей відпуск знижує внутрішні напруження в сталі при збереженні високої твердості (58-63 HRC). Він використовується переважно для інструментів з вуглецевих і низьколегованих сталей, а також для деталей, які підлягають поверхневому гартуванню, цементації і нітроцементації, до яких пред’являють високі вимоги по твердості і зностостійкості. При охолодженні одержують структуру мартенситу відпуску.

Середньотемпературний відпуск здійснюють при температурах 350-500 ^оС. Метою цього відпуску є покращення структури трооститу. Твердість загартованої сталі при цьому знижується до 40-50 HRC, межа пружності досягає максимальної величини. Середньому відпуску підлягають ресори, пружини і ударні інструменти.

Високотемпературний відпуск здійснюють при темпе-ратурах 500-650 ^оС. Сталь при цьому набуває структурі сорбіту (сорбіт відпуску). Твердість загартованої сталі знижується до 250-350 НВ, міцність зменшується в 1,5-2 рази, пластичність і в’язкість збільшуються в декілька разів, внутрішні напруження повністю знімаються. Гартування з високим відпуском називають поліпшенням. Поліпшена сталь в порівнянні з відпаленою або нормалізованою має більш високі показники міцності, пластичності і в’язкості.

Хіміко-термічною обробкою (ХТО)називають процес, який представляє собою поєднання термічного і хімічного впливу з метою зміни хімічного складу, мікроструктури і властивостей поверхневого шару заготовки.

Для зміни хімічного складу заготовку нагрівають у середовищі, збагаченому дифузантом (елементом, який насичує), витримують протягом певного часу при заданій температурі, а потім охолоджують. Під час цього відбувається дифузійне збагачення поверхневого шару заготовок неметалами або металами з метою поверхневого зміцнення. В результаті утворюється дифузійний шар,що відрізняється від основного металу хімічним складом, структурою та властивостями. Товщина дифузійного шару за­лежить від температури та тривалості процесу, виду утворюва­ного твердого розчину і концентрації дифузанту на поверхні заготовки. З підвищенням температури та часу витримки товщина дифузійного шару зрос­тає.

ХТО змінює хімічний склад і структуру поверхневого шару, тоді як поверхневе гартування — лише структуру. Тому різни­ця у властивостях поверхні та осердя в деталях після хіміко-термічної обробки більша, ніж у поверхнево загартованих дета­лях. Результати ХТО не залежать від форми деталей. Проте поверх­неве гартування продуктивніше.

До найпоширеніших способів ХТО належать цементація, азотування, ціанування, нітроцементація, алітування, силіцію­вання та інші.

Цементацією називають процес дифузійного насичення вуг­лецем поверхневого шару сталевих заготовок. Мета цементації в комплексі з подальшою термообробкою — надати поверхні деталі високої твердості та зносостійкості, зберігши в'язке осер­дя. Як правило, цементують сталі з низькою масовою часткою вуглецю в межах від 0,1 до 0,25 %. Перед цементацією заготов­ки попередньо обробляють різанням, залишивши припуск (0,05...0,1 мм) на шліфування.

Після ХТО концентрація вуглецю найвища на поверхні за­готовки (0,8...1,0 %) і поступово зменшується в глибину. Значення ефективної глибини лежить в інтервалі від 0,5 до 2 мм.