Лекция 15 Сущность процесса поверхностной закалки

Задача: ответить на вопросы , сфоткать лекцию, подписать свою фамилию и прислать на
serggapon@mail.ru, либо вк
Лекция 15
Сущность процесса поверхностной закалки
Очень часто к поверхностному слою детали предъявляются иные требования, чем для
всей детали в целом. Поверхностное упрочнение детали, повышение твердости,
износостойкости может быть получено не только методами наплавки, но и посредством
поверхностной термической обработки - закалки.
Поверхностной закалкой улучшаются, как правило, стальные изделия. Принцип
поверхностной закалки заключается в нагреве некоторого поверхностного слоя до
температуры выше критической АСз с последующим охлаждением этого слоя со
скоростью большей, чем критическая скорость охлаждения металла обрабатываемой
детали. Для достижения необходимой глубины закаленного слоя требуется его прогрев до
температуры 820-900° С, в зависимости от состава стали, с последующим быстрым
охлаждением струей воды или воздуха. Такой нагрев осуществляется либо индукционным
нагревом токами высокой частоты (высокочастотная поверхностная закалка), либо
пламенем (газопламенная поверхностная закалка). При газопламенной закалке для
получения необходимой температуры закалки на некоторой глубине (обычно 3-5 мм) сама
поверхность должна быть нагрета примерно до 1000-1150° С.
Высокочастотная закалка требует применения специального оборудования и является
целесообразной в основном при массовом производстве. Для газопламенной
поверхностной закалки используются простейшие приспособления и аппаратура. Такая
закалка является широко применяемым производственным процессом.
В качестве источника нагрева при газопламенной закалке используется в основном
ацетилено-кислородное пламя, хотя могут применяться и заменители ацетилена. Степень
нагрева поверхностного слоя регулируется мощностью пламени и длительностью его
воздействия. Необходимое распределение температур к моменту начала охлаждения
показано на рис. 129. Охлаждение производится водой при ее различной начальной
температуре или различными водными растворами.
Газопламенной закалкой могут обрабатываться все углеродистые, низколегированные
стали, подвергаемые обычной закалке, и, кроме того, стали с малым содержанием
углерода и чугуны.
Твердость поверхностного закаленного слоя при газопламенной закалке, как правило,
выше твердости, получаемой при общей закалке, примерно на НВ 50 вследствие большей
скорости охлаждения (сердцевина детали, будучи холодной, увеличивает скорость
охлаждения). Так, например, при поверхностной закалке углеродистой стали с 0,15% С
твердость достигает НВ 250; при 0,3% С - НВ до 400; с 0,4-0,45% С - НВ 550 и с 0,65% С НВ до 650-700. В связи с характером нагрева и охлаждения твердость закаленного слоя по
направлению от поверхности к внутренним частям детали обычно изменяется в
достаточной степени плавно (рис. 129, в). Однако в случае закалки легированных сталей,
особенно при значительном перегреве поверхности (рис. 129, б, кривая 2), большая
скорость охлаждения может привести к снижению твердости на поверхности в связи с
сохранением остаточного аустенита (рис. 129, в, кривая 2). Это следует рассматривать как
брак, вызываемый неправильным режимом закалки.
При поверхностной закалке деформации и напряжения меньше, чем при общей
закалке. Так, при общей закалке изделия длиной 1600 мм и сечением 370X 190 мм
величина деформации составляет 1-1,3 мм, а при поверхностной закалке она снижается до
0,08-0,25 мм. В связи с этим удается получить поверхностную закалку чугуна без трещин,
которые всегда имеют место при общей закалке.
Газопламенная закалка является средством повышения качества и срока службы таких
изделий, как зубчатые колеса, шестерни, прокатные валки, шпиндели, муфты,
направляющие станков, шкивы и др.
Способы газопламенной закалки
В зависимости от воздействия пламенного нагрева и охлаждения существуют четыре
способа газопламенной закалки (рис. 130), характеризуемые циклическими и
непрерывными процессами.
Циклические процессы заключаются в нагреве сначала всего объема металла,
подлежащего закалке, и последующем охлаждении при выключенном или отведенном в
сторону пламени. При циклическом процессе применяются два способа: стационарный для закалки концов рельсов, зубьев цепных колес, клапанов и подобных им деталей и
быстрого вращения - для тел вращения с небольшой шириной закаливаемой части и при
небольшом диаметре (цапфы валов, осей и пр.).
Циклические процессы дают равномерно закаленный слой с одинаковой твердостью,
особенно при применении способа быстрого вращения, когда изделие, вращаясь со
скоростью 75-150 об/мин, перед охлаждением равномерно прогревается по всей
поверхности, проходящей в области воздействия пламени.
Непрерывные процессы характеризуются единовременным воздействием источника
нагрева и охлаждающей струи, причем охлаждение осуществляется с некоторым
запаздыванием по сравнению с нагревом.
Непрерывные процессы закалки используются в виде непрерывно-последовательного
и комбинированного способов.
Непрерывно-последовательный способ характеризуется перемещением пламени и
охлаждающего устройства относительно обрабатываемого изделия. При этом происходит
закалка полосы по ширине примерно равной ширине закалочной горелки и зоны
воздействия охлаждающих струй. Закалку широкой поверхности изделия в один проход
обеспечить довольно трудно (горелка должна быть слишком широкой и большой
мощности; изделие при одновременном нагреве всей поверхности получит значительные
коробления). Поэтому закалку выполняют последовательными проходами по ряду полос.
Однако при этом нужно учитывать, что между этими закаленными полосами будут
полоски отпуска в результате вторичного нагрева при прохождении пламени по соседней
зоне.
Таким же образом можно закаливать поверхность тел вращения большого диаметра
(например, шкивов и пр.) при их относительно медленном вращении, неподвижном
пламени и охлаждающем устройстве. Однако и в этом случае получается смягченная
отпуском полоска в месте замыкания начала и конца закаливаемой поверхности.
Несмотря на некоторые недостатки закаленного слоя, закалка непрерывнопоследовательным способом применяется достаточно широко в различных
видоизменениях.
Комбинированный способ совмещает линейное перемещение закалочного устройства
(пламени и охлаждающих струй) и вращение закаливаемой детали. Этот способ получил
наибольшее применение для деталей большой длины, причем детали малого диаметра
закаливают обычно в горизонтальном положении, а детали большего диаметра - в
вертикальном.
При использовании в комбинированном способе быстрого вращения твердость
закаленного слоя получается достаточно равномерной.
Закалочное оборудование
Закалочное оборудование включает закалочные горелки, охлаждающие устройства и
станки, позволяющие механизировать перемещения горелки и охлаждающего устройства
относительно закаливаемой детали.
Закалочные горелки, так же как и сварочные, представляют собой инжекторные
горелки обычно со сменными наконечниками, позволяющими регулировать мощность
пламени в достаточно широких пределах. Сменные наконечники присоединяются к
рукоятке (стволу) горелки с помощью накидной гайки.
Форма мундштуков закалочных горелок должна соответствовать профилю
закаливаемой детали. На рис. 131 показаны горелки со сменными наконечниками для
закалки плоских поверхностей и тел вращения, а также для закалки шестерен с различным
модулем.
Вопросы:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
Сущность процесса поверхностной закалки
Для достижения необходимой глубины закаленного слоя требуется
Высокочастотная закалка требует применения
В качестве источника нагрева при газопламенной закалке используется
Газопламенной закалкой могут обрабатываться
Твердость поверхностного закаленного слоя при газопламенной закалке
Газопламенная закалка является
Способы газопламенной закалки
Циклические процессы заключаются в нагреве
Циклические процессы дают равномерно закаленный
слой
Непрерывные процессы характеризуются
Непрерывно-последовательный способ характеризуется
Комбинированный способ совмещает
Закалочное оборудование включает
Форма мундштуков закалочных горелок должна
Лекция 16
Общие сведения. Старением называют изменение свойств сплавов с течением
времени. В результате старения изменяются физико-механические свойства. Прочность и
твердость повышаются, а пластичность и вязкость понижаются. Старение может
происходить при температуре 20° С (естественное старение) или при нагреве до
невысоких температур (искусственное старение).
Различают два вида старения: 1) термическое, протекающее в закаленном сплаве; 2)
деформационное (механическое), происходящее в сплаве, пластически деформированном
при температуре ниже температуры рекристаллизации.
Термическому старению подвергаются сплавы, обладающие ограниченной
растворимостью в твердом состоянии, когда растворимость одного компонента в другом
уменьшается с понижением температуры. Деформационное старение не связано с
диаграммой состояния сплава. К старению склонны многие сплавы железа и сплавы
цветных металлов. Результаты старения могут быть разными. В одних случаях старение
является положительным и его используют: 1) при термической обработке алюминиевых,
магниевых, титановых и некоторых других цветных сплавов для повышения их прочности
и твердости (термическое старение); 2) для упрочнения деталей из пружинных сталей,
которые при эксплуатации должны обладать высокими упругими прочностными и
усталостными свойствами (деформационное старение). В других случаях старение
является отрицательным: резкое снижение ударной вязкости и повышение порога
хладноломкости в результате старения (особенно деформационного) могут явиться
причиной разрушения конструкции; ухудшение штампуемосги листовой стали; изменение
размеров закаленных деталей и инструмента при естественном старении, что осбенно
вредно для точного измерительного инструмента и прецизионных деталей (например,
подшипников); размагничивание в процессе эксплуатации стальных закаленных
постоянных магнитов; преждевременное разрушение рельсов в пути.
Задание – переписать лекцию.