خانه » تزئینی » روش های سخت شدن سطح قطعات سخت شدن سطحی قطعات روش های سخت شدن فلزات

روش های سخت شدن سطح قطعات سخت شدن سطحی قطعات روش های سخت شدن فلزات

روش های تقویت لوله های فولادی

الیزاوتا ولادیمیروفنا فیلیپنکو

دانشجو gr. 3 سال، GBOU SPO SO "کالج متالورژی Pervouralsk"، Pervouralsk

E- پست: cher - این @ پست . ru

Shcherbinina E.V.

معلم ویژه رشته های VKK، رئیس Pervouralsk

صنعت متالورژی- یکی از بزرگترین بخش های اقتصاد ملی و بعد از مجتمع نفت و گاز در رتبه دوم درآمد صادراتی قرار دارد.

در سال های اخیر، سطح توسعه متالورژی آهنی روسیه به طور قابل توجهی افزایش یافته است. این، اول از همه، به دلیل حجم قابل توجهی از سرمایه گذاری های مالی است که به سمت نوسازی تولید توسط بزرگترین شرکت های صنعت هدایت می شود.

یکی از شاخه های اصلی مجتمع متالورژی تولید لوله می باشد.

لوله ها به صورت صنعتی از فلزات و آلیاژها، مواد آلی (پلاستیک، رزین)، بتن، سرامیک، شیشه، چوب و ترکیبات آنها تولید می شوند.

از لوله ها برای انتقال رسانه های مختلف، عایق بندی یا گروه بندی سیم های دیگر استفاده می شود. لوله فلزی به طور گسترده ای در ساخت و ساز، به عنوان یک پروفیل ساختاری، در مکانیسم ها - به عنوان شفت برای انتقال چرخش و غیره استفاده می شود.

لوله ها بر اساس روش تولید (نورد بدون درز، اکسترود شده، فولاد جوشی و ریخته گری) طبقه بندی می شوند.

لوله های ساخته شده از گریدهای مختلف فولاد به طور گسترده در صنعت استفاده می شود.

روش های مختلفی برای سخت شدن لوله های فولادی وجود دارد که به طور گسترده در تولید استفاده می شود:

1. عملیات حرارتی مکانیکیشامل تغییر شکل پلاستیکی آستنیت و به دنبال آن سخت شدن به مارتنزیت و تمپر کم است.

2. سخت شدن سطحشامل حرارت دادن لایه سطحی فولاد بالای نقطه Ac 3 با خنک کردن بعدی برای به دست آوردن سختی و استحکام بالا در لایه سطحی قطعه در ترکیب با یک هسته چسبناک است. گرمایش برای سخت شدن با استفاده از جریان های فرکانس بالا، شعله مشعل های گاز یا اکسیژن-استیلن و همچنین تابش لیزر انجام می شود.

3. درمان سرماخوردگیبرای افزایش سختی فولاد با تبدیل آستنیت حفظ شده فولاد سخت شده به مارتنزیت انجام شد. این کار با خنک کردن فولاد تا دمای نقطه مارتنزیتی پایین انجام می شود.

4. سخت شدن سطح توسط تغییر شکل پلاستیک -سخت شدن سطح قطعه در نتیجه تغییر شکل سرد رخ می دهد که باعث افزایش مقاومت خستگی آن می شود.

5. درمان شیمیایی - حرارتی -عملیات حرارتی فلزات در محیط های مختلف فعال شیمیایی به منظور تغییر ترکیب شیمیایی و ساختار لایه سطحی فلز و افزایش خواص آن. این درمان ها شامل سیمان کردن،نیتروکربورسازی نیترید کردن، سیانیداسیون -هدف: سختی، مقاومت در برابر سایش و حد استقامت در سطح قطعه. متالیزاسیون انتشار (آلیزه کردن، سیلیکون کردن، آبکاری کروم و غیره) - هدف: افزایش مقاومت در برابر خوردگی سطح هنگام کار در محیط های خورنده مختلف.

روش های ابتکاری مورد استفاده برای تقویت فولاد لوله.

نورد کنترل شده

این یک نوع فرآیند پردازش حرارتی مکانیکی فولادها و آلیاژها است که با تنظیم، بسته به ترکیب شیمیایی، شرایط گرمایش فلز، پارامترهای دما و تغییر شکل فرآیند و حالت های خنک کننده مشخص فلز در مراحل مختلف مشخص می شود. پردازش پلاستیک

در نتیجه: این فناوری امکان به دست آوردن ترکیبی بهینه از خواص استحکام و چقرمگی محصولات نهایی نورد شده را بدون استفاده از عملیات حرارتی و با مصرف کمتر مواد افزودنی آلیاژی کمیاب می‌دهد.

اصل اساسی نورد کنترل شده، پالایش دانه های آستنیت و در نتیجه فریت است که منجر به افزایش همزمان استحکام و چقرمگی فولاد می شود.

نورد کنترل شده دارای 3 مرحله تولید فولاد لوله است: تغییر شکل در ناحیه تبلور مجدد آستنیت، تغییر شکل آستنیت غیر متبلور و تغییر شکل در ناحیه دو فاز آستنیت-فریتی. تحقیقات نشان داده است که در طول نورد در یک پایه تکمیلی در دمای کمتر از Ar3، خواص مکانیکی تحت تأثیر نابجایی، زیرسازی و تقویت بافت قرار می‌گیرد. تفاوت اصلی بین نورد معمولی و کنترل شده این است که در نورد کنترل شده، نوارهای تغییر شکل دانه های آستنیت را به چند بلوک جدا می کنند. مرز هر بلوک منبع هسته زایی دانه های فریت است. در نتیجه، از دانه‌های آستنیتی با اندازه یکسان در هنگام نورد کنترل‌شده، دانه‌های فریت کوچک‌تری نسبت به نورد گرم معمولی، زمانی که هسته‌زایی دانه‌های فریت در مرز دانه‌های آستنیت اتفاق می‌افتد، تشکیل می‌شود. علاوه بر این، افزایش تعداد مراکز فعال هسته‌زایی فریت، فرآیند تبدیل را تسریع می‌کند، در نتیجه احتمال تشکیل ساختار بینیت که چقرمگی کم به فولاد می‌دهد، کاهش می‌یابد. .

در عمل تولید نورد، اقداماتی برای افزایش دقت ابعادی قطعه انجام می شود:

1) استفاده از پایه های سفت و سخت که حداقل تغییر شکل الاستیک پایه نورد را تضمین می کند.

2) بهبود طراحی کوره های گرمایش و کیفیت گرمایش، اجازه می دهد تا دمای یکنواخت در سطح مقطع قطعه کار و قطعات کار مختلف حفظ شود.

3) استفاده از خنک کننده بهینه نوارها، جبران افزایش دمای رول ها تحت تأثیر گرمای نوارهای گرم شده و گرمای آزاد شده در هنگام تغییر شکل پلاستیک.

4) افزایش سختی سطح کار رول؛

5) تغییر شکل یکنواخت فلز در گیج ها و کاهش فشار در هنگام نورد با استفاده از کالیبراسیون بهینه رول های نورد، استفاده از یاتاقان های نورد مدرن و اصطکاک سیال در غرفه های نورد، تجهیز کارخانه های نورد پیوسته به دستگاه های دائمی برای کنترل کشش بین پایه محصولات نورد. ، و غیره.

شکل 1 طرح تأثیر دمای تغییر شکل در طول نورد کنترل شده بر مورفولوژی دانه های آستنیت و ساختار فریت-پرلیت در فولادهای میکروآلیاژی کم کربن.

فولادهای کم کربن با سخت شدن پیچیده و ساختار هتروفاز حاوی محصولات تجزیه آستنیت در دمای پایین.

فولادهای دارای ساختاری حاوی فریت چند ضلعی، بینیت و جزایر کوچک مارتنزیت (آستنیت باقیمانده) دارای نمودار کششی پیوسته بدون فلات تسلیم هستند. در مقایسه با فولادهای با ساختار فریت-پرلیت، این می تواند سخت شدن کرنش قابل توجهی را در طول فرآیند تولید ایجاد کند، که نشان دهنده افزایش استحکام فلز لوله در مقایسه با قطعه کار است که چشم انداز استفاده از فولادهای این کلاس را افزایش می دهد. سطح تسلیم را می توان با جایگزینی پرلیت با بینیت در حضور یک جزء مارتنزیتی-واستنیتی کاهش داد و تمایل به تشکیل نمودار کششی صاف را افزایش داد. لازم به ذکر است که کاهش ضریب تبدیل تا حد زیادی با اثر تنش های پسماند در سطح کلان همراه است. در این راستا، تأثیر ریزساختار پیچیده‌تر است، که نیاز به بررسی جداگانه دارد. در ورق‌هایی با ضخامت 12-15 میلی‌متر، می‌توان فلات تسلیم را حذف کرد، مشروط بر اینکه نسبت زیر رعایت شود:

32.5 Mo + 10 (Mn + Cr) + 2.5 Ni > 23

متأسفانه متالوژیست های روسی هنوز به طور کامل برای تولید صنعتی ورق ها و کویل ها از فولادهای این کلاس آماده نیستند، در حالی که رویه جهانی ساخت خط لوله قبلاً شامل استفاده از لوله های کلاس دقیق X100 و X120 است.

بدیهی است که فولادهای کم کربن نسل جدید که استحکام آنها به دلیل تشکیل محصولات تبدیلی در دمای پایین تضمین می شود، با مجموعه ای از خواص منحصر به فرد در مقایسه با فولادهای فریت-پرلیت با پراکندگی و تقویت زیرساختی متمایز می شوند. سطح خواص فولادهای فریتی-پرلیت (کم پرلیت) تا حد زیادی با درجه تقویت فریت به دلیل ایجاد زیرساخت و آزاد شدن کاربیدونیتریدها، عمدتاً وانادیوم، در آن تعیین می شود.

نتیجه.

اخیراً روسیه شاهد افزایش مداوم تولید لوله های فولادی بوده است. مصرف انواع خاصی از لوله‌های فولادی روند سال‌های گذشته را ادامه می‌دهد: کاهش مصرف لوله‌های جوشی با قطر کوچک و متوسط و افزایش مصرف لوله‌های جوشی با قطر بزرگ و لوله‌های بدون درز بدون درز که برای تولید استفاده می‌شوند. و حمل و نقل گاز و نفت؛ لوله‌های بدون درز با لوله‌های جوشی جایگزین می‌شوند که تولید آن‌ها تاکنون به 64 درصد از کل حجم تولید لوله رسیده است.

در سال های آینده، تولید کنندگان روسی به طور فعال تجهیزات را مدرن می کنند، ظرفیت های جدید را برای تولید بیلت های با کیفیت بالا و تولید لوله هایی که مطابق با استانداردهای بین المللی هستند، راه اندازی خواهند کرد.

آینده صنعت جهانی روسیه در بازارهای خارجی و داخلی نهفته است. در بازار خارجی، این سطح در حال حاضر به 25٪ لوله های تولید شده در کشور می رسد. همچنین با در نظر گرفتن موقعیت پیشرو روسیه در ذخایر نفت و گاز، مسافت های طولانی برای حمل و نقل آنها و اجرای تعدادی از پروژه های خط لوله بزرگ، چشم اندازهای خوبی در بازار داخلی وجود دارد.

نیاز به افزایش استحکام ساختاری فولادها، گذار به فناوری های متالورژی با دقت بالا و دانش بر را تعیین می کند. برای لوله‌های کلاس‌های استحکام بالا، چشم‌انداز فولادهای کم کربن با سخت شدن پیچیده و ساختار هتروفاز حاوی محصولات تجزیه آستنیت در دمای پایین و استفاده از فناوری نورد کنترل‌شده، که به دست آوردن ترکیبی بهینه از استحکام و چقرمگی را ممکن می‌سازد. خواص محصولات نورد نهایی بدون استفاده از عملیات حرارتی و با مصرف کمتر مواد افزودنی آلیاژی کمیاب، آشکار است.

تسلط بر تولید چنین محصولاتی مستلزم تغییر کیفی در ظرفیت های اصلی شرکت های متالورژی داخلی بر اساس استفاده از فناوری های مدرن است که به طور گسترده در عمل جهانی استفاده می شود.

کتابشناسی - فهرست کتب:

1. آژانس اطلاعات اقتصادی "پرایم"

2. پورتال تحلیلی "پایش قیمت"

3. Bronfin B.M., Emelyanov A.A., Shveikin V.P. فولادهای فریتی-مارتنزیتی دو فاز تقویت شده با کاربیدهای وانادیوم / شیمی، فناوری و کاربرد ترکیبات وانادیوم: چکیده‌های کنفرانس IV All-Union. نیژنی تاگیل، 1982. ص 106.

4. Bronfin B.M., Emelyanov A.A., Shveikin V.P. سختی زیر ساختاری فولادهای فریتی-مارتنزیتی دو فازی // روش های تحقیق سختی زیر ساختاری فلزات و پراش. کیف: نائوکوا دومکا. 1985. صص 133-135.

5. Grachev S.V., Baraz V.R., Bogatov A.A., Shveikin V.P. متالورژی فیزیکی کتاب درسی برای دانشگاه ها. اکاترینبورگ اد. 2، اضافه کنید. و درست. انتشارات USTU-UPI، 2001، ص. 534.

بسیاری از قطعات ماشین آلات تحت شرایط اصطکاک کار می کنند و در معرض بارهای ضربه ای و خمشی هستند، بنابراین باید سطح سخت و مقاوم در برابر سایش، هسته ای قوی و در عین حال چسبناک و پلاستیکی داشته باشند. این امر با سخت شدن سطح به دست می آید.

هدف از سخت شدن سطحی افزایش استحکام، سختی و مقاومت در برابر سایش لایه های سطحی قطعات و در عین حال حفظ یک هسته چسبناک و پلاستیکی برای جذب بارهای ضربه ای است.

در قطعات ماشینی که تحت بارهای دینامیکی و سیکلی کار می کنند، ترک های خستگی در لایه های سطحی تحت تأثیر تنش های کششی ظاهر می شوند. اگر تنش های فشاری پسماند بر روی سطح ایجاد شود، آنگاه تنش های کششی ناشی از بارهای در حال کار کمتر و حد استقامت (خستگی) افزایش می یابد. ایجاد تنش های فشاری در لایه های سطحی قطعات دومین هدف سخت کاری سطحی است.

شرایط فنی برای ساخت یک قطعه، سختی و عمق لایه سخت شده و همچنین استحکام و چقرمگی هسته را مشخص می کند.

روش های اصلی سخت شدن سطح را می توان به سه گروه تقسیم کرد:

تغییر شکل مکانیکی - پلاستیکی لایه های سطحی، ایجاد سخت شدن (سخت شدن)؛

حرارتی - سخت شدن سطح؛

عملیات شیمیایی و حرارتی (سیمان کاری، نیتریدینگ، آبکاری کروم و غیره).

3.1. سخت شدن مکانیکی سطح

سخت شدن فلز تحت تاثیر تغییر شکل پلاستیک سرد، سخت شدن سرد یا سخت شدن سرد نامیده می شود. در این مورد، ساختار فلز تغییر می کند: شبکه کریستالی منحرف می شود و دانه ها تغییر شکل می دهند، یعنی از هم محور تبدیل به غیر هم محور می شوند (به شکل کیک، پنکیک، شکل 1). این با افزایش سختی و استحکام 1.5 - 3 برابر همراه است. تنش های فشاری ایجاد شده در لایه سخت شده مقاومت در برابر خستگی را افزایش می دهد. سخت شدن سطح توسط تغییر شکل پلاستیک، قابلیت اطمینان قطعات را افزایش می دهد، حساسیت به متمرکز کننده های تنش را کاهش می دهد، مقاومت به سایش و مقاومت در برابر خوردگی را افزایش می دهد و آثار پردازش قبلی را از بین می برد.

برنج. 1. تأثیر تغییر شکل پلاستیک بر ریزساختار فلز:

الف - قبل از تغییر شکل؛ ب – پس از تغییر شکل

بیشتر عملیات سخت‌کاری را می‌توان بر روی دستگاه‌های برش فلز جهانی (تراش، تراش، دریل) با استفاده از دستگاه‌هایی که طراحی ساده دارند، انجام داد. این عملیات سخت شدن برای فلزات با سختی تا HB250 - 280 موثرتر است.

Knurling با غلطک و توپ– عملیاتی که در آن یک غلتک فولادی سخت شده (توپ)، که در اطراف سطحی که قرار است تحت فشار (فشار) سخت شود، می چرخد، تغییر شکل می دهد، یعنی لایه سطحی فلز را تا عمق مشخصی خرد می کند (شکل 2). سخت شدن اتفاق می افتد - سخت شدن. عمق لایه سخت شده 0.5 - 2.0 میلی متر است. این روش عمدتاً قسمت هایی مانند بدنه های دوار (شفت، محور، آستین) یا داشتن سطوح صاف بزرگ را تقویت می کند.

شات بلاست- عملیاتی که در آن ذرات فلز سخت (شات) که از یک شات بلستر با سرعت بالا (90 تا 150 متر بر ثانیه) به بیرون پرواز می کنند، به سطح در حال سخت شدن برخورد کرده و سخت شدن اتفاق می افتد. استحکام، سختی و استحکام خستگی افزایش می یابد. ضخامت لایه سخت شده 0.2 - 0.4 میلی متر است. فنرها، فنرها، چرخ دنده ها، محورهای پیچشی و غیره تحت شات پینینگ قرار می گیرند، به عنوان مثال، ورق های فنری پس از عملیات حرارتی قبل از مونتاژ در بسته، تحت شات پنینگ قرار می گیرند که عمر مفید فنر را به طور قابل توجهی افزایش می دهد (سه تا پنج برابر). ).

D انفجار قوی آخرین عملیات تکنولوژیکی برای قطعات پس از عملیات مکانیکی و حرارتی است. تجهیزات شات بلستر هستند. رایج ترین آنها شات بلسترهای مکانیکی با بهره وری بالا هستند. شات ها ذرات کروی هستند که از فولاد سخت یا چدن سفید ساخته شده اند. شات پندن فولاد درجه نرمال شده 20 سختی را تا 40% و فولاد درجه 45 را 20% افزایش می دهد. تنش فشاری پسماند در سطح - تا 80 مگاپاسکال.

برنج. 2. طرح های نورد (الف، ب) و نورد (ج، د) سطوح

D انفجار قوی به عنوان یک روش موثر برای افزایش استقامت محصولات فولادی آهنگری و ریخته گری و برای تقویت چدن های با مقاومت بالا استفاده می شود.

این روش های سخت کاری در مهندسی مکانیک رایج ترین هستند. علاوه بر آنها از نورد ارتعاشی (شکل 3)، کالیبراسیون سوراخ (شکل 4)، صاف کردن الماس و غیره استفاده می شود.

برنج. 4. طرح هایی برای کالیبراسیون سوراخ ها: الف - با یک توپ. ب، ج - سنبه

پردازش حرارتی و مکانیکی فولاد

یکی از فرآیندهای فناورانه عملیات سخت شدن است عملیات حرارتی مکانیکی (TMT).

عملیات حرارتی مکانیکی به روش های ترکیبی تغییر ساختار و خواص مواد اشاره دارد.

پردازش حرارتی مکانیکی ترکیبی از تغییر شکل پلاستیک و عملیات حرارتی (سخت شدن فولاد از پیش تغییر شکل یافته در حالت آستنیتی) است.

مزیت عملیات ترمومکانیکی این است که با افزایش قابل توجه استحکام، ویژگی های شکل پذیری اندکی کاهش می یابد و استحکام ضربه 1.5 ... 2 برابر بیشتر از مقاومت ضربه برای همان فولاد پس از کوئنچ با تمپر کم است.

بسته به دمایی که تغییر شکل در آن انجام می‌شود، بین عملیات حرارتی مکانیکی با دمای بالا (HTMT) و عملیات حرارتی مکانیکی دمای پایین (LTMT) تمایز قائل می‌شود.

ماهیت عملیات ترمومکانیکی در دمای بالا گرم کردن فولاد تا دمای آستنیتی (در بالا الف 3). در این دما، فولاد تغییر شکل می دهد که منجر به سخت شدن آستنیت می شود. فولاد با این حالت آستنیت در معرض سخت شدن قرار می گیرد (شکل 16.1 a).

پردازش ترمومکانیکی در دمای بالا عملاً ایجاد شکنندگی مزاج را در محدوده دمایی خطرناک حذف می‌کند، شکنندگی غیرقابل برگشت مزاج را تضعیف می‌کند و چقرمگی را به طور چشمگیری در دمای اتاق افزایش می‌دهد. آستانه دما برای شکنندگی سرد کاهش می یابد. عملیات حرارتی مکانیکی با دمای بالا مقاومت در برابر شکست شکننده را افزایش می دهد و حساسیت به ترک خوردگی را در طی عملیات حرارتی کاهش می دهد.

برنج. 16.1. طرح حالتهای عملیات حرارتی مکانیکی فولاد: الف - عملیات حرارتی مکانیکی با دمای بالا (HTMT). ب - عملیات حرارتی مکانیکی با دمای پایین (LTMT).

پردازش ترمومکانیکی با دمای بالا می تواند به طور موثر برای فولادهای کربن، آلیاژی، ساختاری، فنر و ابزار استفاده شود.

تمپر بعدی در دمای 100 ... 200 درجه سانتیگراد برای حفظ مقادیر مقاومت بالا انجام می شود.

پردازش حرارتی مکانیکی در دمای پایین (Ausforming).

فولاد تا حالت آستنیتی گرم می شود. سپس در دمای بالا نگهداری می شود، تا دمای بالاتر از دمای شروع تبدیل مارتنزیتی (400...600 درجه سانتی گراد)، اما کمتر از دمای تبلور مجدد سرد می شود و در این دما تحت فشار، عملیات تصفیه و کوئنچ انجام می شود. شکل 16.1 ب).

عملیات ترمومکانیکی در دمای پایین، اگرچه استحکام بیشتری می دهد، اما تمایل فولاد به شکنندگی را کاهش نمی دهد. علاوه بر این، به درجات بالایی از تغییر شکل (75 ... 95٪) نیاز دارد، بنابراین تجهیزات قدرتمند مورد نیاز است.

پردازش ترمومکانیکی در دمای پایین برای فولادهای آلیاژی کربن متوسط سخت شده با مارتنزیت که پایداری ثانویه آستنیت را دارند، اعمال می شود.

افزایش استحکام در طی عملیات حرارتی مکانیکی با این واقعیت توضیح داده می شود که در نتیجه تغییر شکل آستنیت، دانه ها (بلوک) آن خرد می شوند. ابعاد بلوک ها در مقایسه با سخت کاری معمولی دو تا چهار برابر کاهش می یابد. تراکم دررفتگی نیز افزایش می یابد. با خاموش کردن بعدی چنین آستنیتی، صفحات مارتنزیت کوچکتر تشکیل شده و تنش ها کاهش می یابد.

خواص مکانیکی پس از انواع مختلف TMT برای فولادهای مهندسی به طور متوسط دارای مشخصات زیر است (جدول 16.1 را ببینید):

جدول 16.1. خواص مکانیکی فولادها پس از TMT

پردازش حرارتی مکانیکی برای سایر آلیاژها نیز استفاده می شود.

سخت شدن سطحی قطعات فولادی

استحکام سازه اغلب به وضعیت مواد در لایه های سطحی قطعه بستگی دارد. یکی از روش های سخت کاری سطحی قطعات فولادی می باشد سخت شدن سطح.

در نتیجه سخت شدن سطح، سختی لایه های سطحی محصول با افزایش همزمان مقاومت سایشی و حد استقامت افزایش می یابد.

رایج در همه انواع سختی سطحی، گرم کردن لایه سطحی قطعه تا دمای سخت شدن است و به دنبال آن خنک شدن سریع است. این روش ها در روش های گرمایش قطعات متفاوت است. ضخامت لایه سخت شده در هنگام سخت شدن سطحی با عمق گرمایش تعیین می شود.

رایج ترین آنها سخت شدن الکتروترمال با گرم کردن محصولات با جریان فرکانس بالا (HFC) و سخت شدن با شعله گاز با حرارت دادن با شعله گاز-اکسیژن یا اکسیژن- نفت سفید است.

سخت شدن با جریان های فرکانس بالا.

این روش توسط دانشمند شوروی V.P. Vologdin توسعه داده شد.

بر این اساس است که اگر یک قطعه فلزی در یک میدان مغناطیسی متناوب ایجاد شده توسط یک هادی-سلف قرار گیرد، جریان های گردابی در آن القا می شود و باعث گرم شدن فلز می شود. هر چه فرکانس جریان بیشتر باشد، لایه سخت شده نازکتر می شود.

به طور معمول از ژنراتورهای ماشینی با فرکانس 50...15000 هرتز و ژنراتورهای لوله ای با فرکانس بیش از 10 6 هرتز استفاده می شود. عمق لایه سخت شده تا 2 میلی متر است.

سلف ها از لوله های مسی ساخته شده اند که آب در داخل آنها به گردش در می آید، بنابراین گرم نمی شوند. شکل سلف با شکل خارجی محصول مطابقت دارد، در حالی که فاصله بین سلف و سطح محصول باید ثابت باشد.

نمودار فرآیند فن آوری سخت شدن HDTV در شکل نشان داده شده است. 16.2.

برنج. 16.2. طرح فرآیند تکنولوژیکی سخت شدن با فرکانس بالا

پس از گرم کردن سلف 2 به مدت 3 ... 5 ثانیه، قطعه 1 به سرعت به یک دستگاه خنک کننده مخصوص - سمپاش 3 منتقل می شود که از طریق سوراخ های آن مایع خاموش کننده بر روی سطح گرم شده اسپری می شود.

نرخ گرمایش بالا، تبدیل فاز را به دماهای بالاتر منتقل می کند. دمای سخت شدن هنگام گرم کردن با جریان های فرکانس بالا باید بیشتر از گرمایش معمولی باشد.

در شرایط گرمایش صحیح، پس از سرد شدن، ساختار مارتنزیت سوزنی ریز به دست می آید. سختی 2...4 HRC در مقایسه با سخت شدن معمولی افزایش می یابد، مقاومت در برابر سایش و حد استقامت افزایش می یابد.

قبل از سخت شدن با حرارت فرکانس بالا، محصول در معرض نرمالیزاسیون و پس از سخت شدن، تلطیف کم در دمای 150...200 درجه سانتی گراد (خود تلطیف) قرار می گیرد.

استفاده از این روش برای محصولات فولادی با محتوای کربن بیش از 0.4٪ توصیه می شود.

مزایای روش:

· راندمان بیشتر، نیازی به گرم کردن کل محصول نیست.

· خواص مکانیکی بالاتر.

· عدم کربنزدایی و اکسیداسیون سطح قطعه.

· کاهش عیوب در تاب برداشتن و ایجاد ترک های سخت شونده.

· امکان اتوماسیون فرآیند.

· استفاده از سخت شدن با فرکانس بالا، جایگزینی فولادهای آلیاژی را با فولادهای کربنی ارزانتر امکان پذیر می سازد.

· امکان سخت شدن تک تک قطعات قطعه را فراهم می کند.

عیب اصلی روش- هزینه بالای تاسیسات القایی و سلف.

توصیه می شود در تولید سریال و انبوه استفاده شود.

سخت شدن شعله گاز.

گرمایش با شعله استیلن-اکسیژن، گاز-اکسیژن یا نفت سفید-اکسیژن با دمای 3000...3200 درجه سانتی گراد انجام می شود.

ساختار لایه سطحی پس از سخت شدن از مارتنزیت، مارتنزیت و فریت تشکیل شده است. ضخامت لایه سخت شده 2...4 میلی متر، سختی 50...56 HRC است.

این روش برای سخت شدن محصولات بزرگ با سطح پیچیده (دنده های حلزونی، کرم ها)، برای سخت شدن رول های نورد فولاد و چدن استفاده می شود. در تولید انبوه و انفرادی و همچنین برای تعمیر کار استفاده می شود.

هنگام گرم کردن محصولات بزرگ، مشعل ها و وسایل خنک کننده در امتداد محصول حرکت می کنند یا برعکس.

معایب روش:

· بهره وری پایین؛

· مشکل در تنظیم عمق لایه سخت شده و دمای گرمایش (احتمال گرم شدن بیش از حد).

سالخورده

تمپر برای آلیاژهایی که با تبدیل چندشکل خاموش شده اند اعمال می شود.

برای موادی که در معرض سخت شدن بدون تبدیل چندشکلی قرار می گیرند، کاربرد دارد. سالخورده.

سخت شدن بدون تبدیل چندشکلی یک عملیات حرارتی است که در دمای پایین‌تر حالت آلیاژ را در دماهای بالاتر ثابت می‌کند (محلول جامد فوق اشباع).

سالخورده- عملیات حرارتی، که در آن فرآیند اصلی تجزیه یک محلول جامد فوق اشباع است.

در نتیجه پیری، خواص آلیاژهای سخت شده تغییر می کند.

بر خلاف تمپر کردن، پس از پیری، استحکام و سختی افزایش یافته و شکل پذیری کاهش می یابد.

پیری آلیاژها با حلالیت متغیر فاز اضافی همراه است و سخت شدن در طول پیری در نتیجه رسوب پراکندگی در طی تجزیه محلول جامد فوق اشباع و تنش های داخلی ناشی از آن رخ می دهد.

در آلیاژهای پیری، رسوب از محلول های جامد به اشکال اصلی زیر رخ می دهد:

· صفحه نازک (دیسکی شکل)؛

· هم محور (کروی یا مکعبی)؛

· سوزنی شکل.

شکل رسوبات توسط عوامل رقیب تعیین می شود: انرژی سطحی و انرژی تغییر شکل الاستیک، که تمایل به حداقل دارند.

انرژی سطحی برای رسوبات هم محور حداقل است. انرژی اعوجاج الاستیک برای رسوبات به شکل صفحات نازک حداقل است.

هدف اصلی از پیری افزایش قدرت و تثبیت خواص است.

پیری بین طبیعی، مصنوعی و پس از تغییر شکل پلاستیکی متمایز می شود.

پیری طبیعیافزایش خود به خودی در استحکام و کاهش شکل پذیری آلیاژ سخت شده است که در طول قرار گرفتن در معرض آن در دمای معمولی رخ می دهد.

حرارت دادن آلیاژ باعث افزایش تحرک اتم ها می شود که این فرآیند را سرعت می بخشد.

افزایش قدرت در هنگام قرار گرفتن در معرض دماهای بالا نامیده می شود پیری مصنوعی.

استحکام کششی، استحکام تسلیم و سختی آلیاژ با افزایش مدت زمان پیری افزایش می یابد، به حداکثر می رسد و سپس کاهش می یابد (پدیده پیری بیش از حد).

با پیری طبیعی، پیری بیش از حد اتفاق نمی افتد. با افزایش دما، مرحله پیری زودتر می رسد.

اگر یک آلیاژ سخت شده با ساختار محلول جامد فوق اشباع در معرض تغییر شکل پلاستیکی قرار گیرد، فرآیندهایی که در طول پیری رخ می دهند نیز تسریع می شوند - این فشار پیری.

پیری تمام فرآیندهایی را که در محلول جامد فوق اشباع اتفاق می‌افتد، پوشش می‌دهد: فرآیندهایی که جداسازی را آماده می‌کنند و خود فرآیندهای جداسازی.

برای عمل، دوره جوجه کشی از اهمیت زیادی برخوردار است - زمانی که طی آن فرآیندهای آماده سازی در یک آلیاژ سخت شده انجام می شود، زمانی که انعطاف پذیری بالا حفظ می شود. این اجازه می دهد تا تغییر شکل سرد پس از خاموش کردن.

اگر فقط فرآیندهای دفع در طول پیری اتفاق بیفتد، این پدیده نامیده می شود سخت شدن پراکندگی

پس از پیری، استحکام افزایش می یابد و شکل پذیری فولادهای کم کربن در نتیجه رسوب پراکنده سمنتیت و نیتریدهای درجه سوم در فریت کاهش می یابد.

پیری روش اصلی تقویت آلیاژهای آلومینیوم و مس و همچنین بسیاری از آلیاژهای با دمای بالا است.

فرآوری سرد فولاد

فولادهای پرکربن و بسیاری از فولادهای آلیاژی دمای تبدیل انتهایی مارتنزیتی دارند (م به) زیر صفر درجه سانتیگراد بنابراین در ساختار فولاد پس از سخت شدن مقدار قابل توجهی آستنیت باقی مانده مشاهده می شود که باعث کاهش سختی محصول و همچنین بدتر شدن خصوصیات مغناطیسی می شود. برای از بین بردن آستنیت باقیمانده، خنک سازی اضافی قطعه در منطقه دمای منفی، تا دمای زیر t انجام می شود. م ک(- 80 درجه سانتیگراد). معمولاً برای این کار از یخ خشک استفاده می شود.

این پردازش نامیده می شود پردازش سرد فولاد.

برای جلوگیری از تثبیت آستنیت، درمان سرما باید بلافاصله پس از کوئنچ انجام شود. افزایش سختی پس از درمان سرد معمولاً 1...4 HRC است.

پس از عملیات سرد، فولاد در معرض حرارت کم قرار می گیرد، زیرا عملیات سرد تنش های داخلی را کاهش نمی دهد.

بخش‌هایی از بلبرینگ‌ها، مکانیسم‌های دقیق و ابزار اندازه‌گیری تحت عملیات سرد قرار می‌گیرند.

سخت شدن با تغییر شکل پلاستیک

هدف اصلی روش های سخت کاری مکانیکی سطح افزایش استحکام خستگی است.

روش های سخت شدن مکانیکی - سخت شدن لایه سطحی تا عمق 0.2 ... 0.4 میلی متر.

انواع آن شامل شات بلاست و پردازش غلتکی است.

شات بلاست –پردازش شات سطح قطعات تمام شده.

این کار با استفاده از واحدهای شات بلاست مخصوص انجام می شود که گلوله های فولادی یا چدنی را روی سطح قطعات در حال پردازش پرتاب می کنند. قطر شات - 0.2 … 4 میلی متر. ضربه های شات باعث تغییر شکل پلاستیک تا عمق 0.2 تا 0.4 میلی متر می شود.

برای تقویت قطعات در شیارها و برآمدگی ها استفاده می شود. محصولاتی مانند فنرها، فنرها، حلقه های زنجیر، آهنگ ها، آسترها، پیستون ها، چرخ دنده ها در معرض قرار گرفتن هستند.

در پردازش غلتکیتغییر شکل با فشار دادن یک غلتک فلزی سخت بر روی سطح قطعه کار انجام می شود.

هنگامی که نیروهای وارد بر غلتک از قدرت تسلیم ماده در حال پردازش بیشتر شود، سخت شدن تا عمق مورد نیاز رخ می دهد. پردازش ریزهندسه را بهبود می بخشد. ایجاد تنش های فشاری پسماند باعث افزایش حد خستگی و دوام محصول می شود.

نورد غلتکی هنگام پردازش ژورنال های شفت، سیم و هنگام کالیبراسیون لوله ها و میله ها استفاده می شود.

نیازی به تجهیزات خاصی نیست، می توان از ماشین تراش یا رنده استفاده کرد.

جدول 1.3.5.1

کلاس و روش

1. تقویت با ایجاد یک لایه بر روی سطح

1.2 استحکام بخشی با تغییر ساختار لایه سطحی

درمان فیزیکی و حرارتی

پردازش الکتروفیزیکی

1.3 پردازش مکانیکی

1.4 تقویت با روش های فیزیکی

1.5 سخت شدن با تغییر زبری سطح

پولیش الکتروشیمیایی

ماشینکاری

تغییر شکل پلاستیک

پولیش الکتروپلاسما

روش های سخت کاری سطحی

اکسیداسیون، سولفیداسیون، فسفاته کردن

سخت شدن لیزر، سخت شدن پلاسما

ماشینکاری پالس الکتریکی، ماشینکاری تماس الکتریکی، ماشینکاری تخلیه الکتریکی، ماشینکاری اولتراسونیک

سخت شدن ارتعاش، عملیات سخت شدن اصطکاکی، شات پینینگ، عملیات انفجار، عملیات ترمومکانیکی، نورد متقاطع گوه، نورد، کشیدن، کاهش

پردازش یون، لیزر، پلاسما

غوطه ور شدن در حمام در جریانی از الکترولیت

سنگ زنی، فوق فینیشینگ، سنگ زنی

Knurling، نورد، پردازش شات

2. روش های سخت شدن سطوح با اعمال پوشش

2.1 پاشش ترکیبات مقاوم در برابر سایش

2.2 رسوب الکترولیتی

رسوب جامدات و بخارات

2.4 روکش با فلز آلیاژی

پاشش پودر پلاسما

مواد، پاشش انفجار، پاشش قوس الکتریکی، پاشش لیزر

آبکاری کروم، آبکاری نیکل، الکتروفورز، فسفاته کردن نیکل، بریدینگ، آبکاری بروکروم، آبکاری کروموفسفر

آلیاژ الکتروسپارک، تبخیر حرارتی ترکیبات نسوز، بمباران یون کاتدی، تبخیر مستقیم پرتو الکترونی، تبخیر الکتروشیمیایی

شعله گاز، قوس الکتریکی، پلاسما، پرتو لیزر، پرتو یونی

تقویت با روش های فیزیکی و فیزیکی و شیمیایی

برای افزایش مقاومت به سایش و سختی سطح قطعات ماشینی که در دماهای بالا در گازهای بی اثر عمل می کنند، مقاومت حرارتی و مقاومت در برابر خوردگی سطح، سخت شدن با استفاده از روش های پردازش جرقه الکتریکی استفاده می شود. این روش شامل آلیاژ کردن لایه سطحی فلز محصول (کاتد) با ماده الکترود (آند) در هنگام تخلیه جرقه در یک محیط هوا است. در نتیجه واکنش‌های شیمیایی فلز آلیاژی با نیتروژن، کربن و فلز قطعه، ساختارهای سخت‌کننده و ترکیبات شیمیایی پیچیده در لایه‌های سطحی ایجاد می‌شود و یک لایه سخت‌شده مقاوم در برابر سایش با سختی بالا ظاهر می‌شود. برای اعمال پوشش های چند لایه، از روش های پردازش یون پلاسما استفاده می شود.

تقویت با روش های تغییر شکل پلاستیک

سخت شدن با هدف افزایش مقاومت در برابر خستگی و سختی لایه سطحی فلز و ایجاد تنش های داخلی هدایت شده در آن، عمدتاً تنش های فشاری و همچنین تسکین تنظیم شده ریز زبری روی سطح انجام می شود.

عملیات سخت شدن توسط تغییر شکل پلاستیک سطحی به طور موثر در عملیات تکمیلی فرآیند فن آوری ساخت قطعات ماشین آلات به جای عملیات پردازش نهایی با برش با تیغه یا ابزار ساینده استفاده می شود.

تغییر شکل پلاستیک سطحی که بدون استفاده از حرارت خارجی و حصول اطمینان از ایجاد مجموعه مشخصی از خواص لایه سطحی انجام می شود، سخت شدن سرد نامیده می شود.

لایه فلزی که این ویژگی ها در آن ظاهر می شود، بر این اساس، کار سرد نامیده می شود.

در نتیجه سخت شدن سرد، تمام ویژگی های مقاومت فلز در برابر تغییر شکل افزایش می یابد، شکل پذیری آن کاهش می یابد و سختی آن افزایش می یابد.

هرچه فولاد نرمتر باشد، شدت سخت شدن بیشتر است. در فولادهای سخت نشده، در نتیجه تغییر شکل سطح، افزایش سختی بیش از 1000٪ و در فولادهای سخت شده فقط 10-15٪ امکان پذیر است. افزایش سختی توسط ساختار فولاد تغییر شکل داده شده تعیین می شود.

سخت شدن سطح با بمباران آن با یک جت فولادی یا چدنی، گلوله ها یا سوسپانسیون حاوی ذرات ساینده انجام می شود. غلت زدن با غلطک، توپ یا ابزار چرخشی، تعقیب.

شات پینینگ تغییر شکل پلاستیکی کم عمق تا 0.5-0.7 میلی متر را ایجاد می کند. برای سطوح قطعات کوچک با اشکال پیچیده و همچنین قسمت هایی با استحکام کم مانند فنرها، فنرهای برگ و غیره استفاده می شود.

بیشتر شات فولادی با قطر 0.8-2 میلی متر استفاده می شود. عمق سخت شدن در حین شات بلاست از 0.8 میلی متر تجاوز نمی کند.

سطح قطعه مقداری زبری پیدا می کند و تحت پردازش بیشتر قرار نمی گیرد.

حالت پردازش با نرخ تغذیه شات، مصرف شات در واحد زمان و نوردهی تعیین می شود - زمانی که در طی آن سطح تحت درمان در معرض ضربه های شات قرار می گیرد. سطح قطعه باید کاملاً با آثار فرورفتگی پوشانده شود.

سختی سطح مواد پردازش شده و عمق تغییر شکل پلاستیک به حالت های سخت شدن، خواص فیزیکی و مکانیکی، ساختار و ترکیب شیمیایی مواد بستگی دارد. بیشترین تأثیر را بر سختی سطح، فشار خاص عنصر تغییر شکل در تماس با قطعه کار و دفعات اعمال این فشار اعمال می کند. تجاوز از حداکثر فشار مجاز یا تعداد چرخه های بارگذاری با توقف رشد سختی و کاهش آن به دلیل سخت شدن، یعنی تخریب لایه سطحی فلز ناشی از رسیدن به حد مجاز تغییر شکل پلاستیک شبکه کریستالی آن همراه است. .

برای سخت شدن محصولات با سختی تا HRC65 از روش براق کردن الماس استفاده می شود. می تواند جایگزین عملیات سنگ زنی نهایی و پرداخت سطح شود. این روش به طور گسترده ای جهانی است. برای پردازش قطعات فولادی سخت شده و سخت نشده حرارتی، با و بدون پوشش سطح، و همچنین قطعات ساخته شده از فلزات و آلیاژهای غیر آهنی منطقی است.

سخت شدن لایه سطحی با جت سوسپانسیون (مایع + ذرات ساینده) برای مواردی استفاده می شود که بیشترین عمق لایه سخت شده مورد نیاز باشد.

تقویت با انرژی انفجار می تواند مقاومت به سایش را در هنگام سایش، سختی لایه سطحی، محدودیت های استحکام و تسلیم، استحکام استاتیکی (اتصالات جوش داده شده در نتیجه سخت شدن محل جوش و منطقه متاثر از حرارت) را افزایش دهد، استحکام چرخه ای را افزایش دهد و بهبود بخشد. کیفیت لایه سطحی فلز

استحکام تحت بارهای ضربه ای توسط انفجار به طور قابل توجهی با سخت شدن در شرایط عادی متفاوت است.

هنگامی که با سرعت بالاتر مرتبط با انفجار برخورد می شود، با افزایش سرعت ضربه، اثر سخت شدن افزایش می یابد. دمای محلی بالا ممکن است در فلز ایجاد شود و باعث تغییر فاز در مناطق محلی شود. در عین حال، فرآیندهای ذاتی سخت شدن در نرخ کرنش معمولی، مانند دوقلو، برش و تکه تکه شدن، عمل می کنند.

سطوح تیغه ها پس از عملیات مکانیکی و حرارتی نهایی در معرض سخت شدن قرار می گیرند.

استحکام بخشی با میکروبیدها به شما امکان می دهد:

الف) ایجاد سختی نازک در قسمت هایی که دارای لبه های تیز یا شعاع های کوچک فرورفتگی و شیارهای فیله هستند.

ب) تنش های کششی پسماند ممکن پس از عملیات مکانیکی در لایه سطحی را حذف کرده و تنش های پسماند فشاری ایجاد می کند.

ج) افزایش سختی سطح.

د) افزایش و تثبیت حد استقامت؛

ه) تمیزی سطح را یک یا دو کلاس افزایش دهید تا 0.63  0.32

سخت شدن اولتراسونیک جایگاه ویژه ای در بین فناوری های سخت کاری دارد. تقویت فلز با پردازش اولتراسونیک دارای تعدادی ویژگی است - سرعت، راندمان بالا و توانایی پردازش محصولاتی که با روش های دیگر سخت نمی شوند. علاوه بر این، ترکیب اولتراسونیک با برخی از درمان‌های سخت‌کننده دیگر اغلب می‌تواند اثربخشی دومی را افزایش دهد. از مزایای سخت کاری اولتراسونیک نیز می توان به امکان ایجاد سختی سطحی و حجمی برای دسته خاصی از قطعات و همچنین ترکیب آنها اشاره کرد. در این حالت، توزیع مطلوب تنش‌های داخلی در فلز و حالت ساختاری حاصل می‌شود که در آن می‌توان حاشیه ایمنی قطعاتی که تحت بارهای متغیر کار می‌کنند تا 2-3 برابر افزایش داد و عمر مفید آنها را ده‌ها برابر افزایش داد.

درمان سخت شدن مافوق صوت می تواند در مایعی که ارتعاشات اولتراسونیک در آن منتشر می شود یا با کمک اجسام تغییر شکل دهنده که در فرکانس اولتراسونیک ارتعاش می کنند انجام شود.

فرآیند امواج اولتراسونیک در یک مایع با ظهور تعداد بیشتری از پارگی ها، به شکل حباب های ریز در طول نیم دوره کشش، و فروپاشی آنها در طول نیم دوره فشرده سازی - کاویتاسیون همراه است. در لحظه فروپاشی حباب ها، فشارهای آنی محلی ایجاد می شود که به صدها اتمسفر می رسد. حباب های کاویتاسیون در درجه اول از سطح محصولات قرار داده شده در مایع منشا می گیرند. هنگامی که حباب ها فرو می ریزند، سخت شدن سطح قطعه رخ می دهد. عمق سخت شدن، سختی و در نتیجه مقاومت در برابر سایش لایه سخت شده.

سخت شدن التراسونیک قطعات با استفاده از بدنه های تغییر شکل را می توان طبق دو طرح تکنولوژیکی انجام داد:

الف) با ضربه مستقیم به سطح تحت درمان با ابزار؛

ب) قرار گرفتن سطح تحت درمان با محیط کار (گلوله های فولادی).

بسیاری از قطعات تحت شرایط افزایش سایش سطح کار می کنند. بنابراین نیاز به محافظت از این سطح وجود دارد. این امر با روش های سخت کاری سطحی به دست می آید.

سخت شدن سطح به معنای افزایش خواص سطح است: سختی، مقاومت در برابر سایش، مقاومت در برابر خوردگی. اگر نیاز به تغییر خواص باشد، به این معنی است که ساختار لایه سطحی باید تغییر کند. برای تغییر ساختار می توان از تغییر شکل، عملیات حرارتی با گرمایش به روش های مختلف، تغییر ترکیب شیمیایی سطح و اعمال لایه های محافظ استفاده کرد.
اغلب روش های سخت شدن سطحرا می توان به دو گروه اصلی تقسیم کرد:
1) تقویت محصول بدون تغییر ترکیب شیمیایی سطح، اما با تغییر در ساختار. سخت شدن با سخت شدن سطح، تغییر شکل پلاستیک سطح و روش های دیگر به دست می آید.
2) تقویت محصول با تغییر در ترکیب شیمیایی لایه سطحی و ساختار آن. استحکام بخشی با روش های مختلف عملیات شیمیایی- حرارتی و اعمال لایه های محافظ انجام می شود.

روش های تغییر ساختار

از روش های سخت کاری بدون تغییر ترکیب شیمیایی سطح، اما با تغییر در ساختار آن، متداول ترین روش ها سخت کاری سطحی و انواع مختلف است. انواع تغییر شکل پلاستیک سطحی (SPD).
در اصل، تغییر شکل سطح ساده ترین روشی است که در آن ویژگی های مقاومت یک سطح افزایش می یابد. در اینجا از اصل زیر استفاده می شود. اگر منحنی سخت شدن کرنش را به خاطر بیاوریم، معلوم می شود که هر چه فلز را بیشتر کشش دهیم، مقاومت فلز بیشتر می شود، نیروی کششی P max بیشتر می شود (البته تا حد معینی). این فلز هم در هنگام پیچش و هم در هنگام فشرده سازی تقویت می شود. در فناوری های SPD، لایه سطحی فلز به روش های مختلف تغییر شکل (سخت) می شود.
هدف اصلی PPD افزایش استحکام خستگی با سخت کردن سطح تا عمق 0.2-0.4 میلی متر است. انواع PPD عبارتند از شات بلاست، پردازش غلتکی، آسیاب سوزنی، نورد ریلیف و غیره.
شات بلاست- پردازش شات از سطح قطعات تمام شده. برای سخت شدن قطعات و از بین بردن رسوب استفاده می شود. محصولاتی مانند فنرها، فنرهای برگ، حلقه‌های زنجیری، آهنگ‌ها، آسترها، پیستون‌ها و چرخ دنده‌ها تحت شات بلاست قرار می‌گیرند.
هنگام پردازش با غلتک، تغییر شکل با فشار دادن یک غلتک فلزی سخت بر روی سطح قطعه کار انجام می شود. هنگامی که نیروهای وارد بر غلتک از قدرت تسلیم ماده در حال پردازش بیشتر شود، سخت شدن تا عمق مورد نیاز رخ می دهد.
پردازش غلتکیریزهندسه محصول را بهبود می بخشد. ایجاد تنش های فشاری پسماند باعث افزایش حد خستگی و دوام محصول می شود. نورد غلتکی هنگام پردازش شفت ها، کالیبراسیون لوله ها و میله ها استفاده می شود. در شکل شکل 1 لایه سطحی سخت شده نمونه ای از محور فولادی یک واگن راه آهن ساخته شده از فولاد 45 را نشان می دهد. ریزساختار لایه از دانه های تغییر شکل یافته فریت و پرلیت تشکیل شده است. نورد با یک غلتک ساختار را تصفیه کرد؛ در لایه سطحی، دانه های جداگانه قابل تشخیص نیستند (شکل 1، a). در جایی که تغییر شکل کمتر بود، می توان ساختاری را که دارای مشخصه جهت دهی تغییر شکل است تشخیص داد (شکل 1، b). عمق سخت شدن با تغییرات ریزسختی کنترل می شود (شکل 2).


آ	ب

شکل 1. ریزساختار لایه سطحی فولاد 45 پس از نورد با غلتک

شکل 2. تغییر ریزسختی در امتداد عمق مقطع شفت با قطرهای مختلف.

فرز سوزنی با استفاده از کاترها که بر روی سطح آن از 200 هزار تا 40 میلیون سوزن با فاصله متراکم ساخته شده از مفتول فولادی با استحکام بالا با قطر 0.2-0.8 میلی متر وجود دارد، امکان سخت شدن سطح قطعات را نیز فراهم می کند. آسیاب سوزنی استفاده می شودبرای پردازش سطوح صاف و استوانه ای و همچنین برای تمیز کردن قطعات از مقیاس. در طول آسیاب سوزنی، یک لایه سطحی سخت شده نیز تشکیل می شود (شکل 3). در این مورد، لایه تقویت شده از دانه های تغییر شکل یافته فریت و پرلیت تشکیل شده است (شکل 3، a). روی سطحی که پردازش شد، آثار برش قابل مشاهده است (شکل 3، ب).

شکل 3. ریزساختار لایه تقویت شده فولاد 20ХНР (a)، حالت اولیه - نرمال سازی. سطح پس از آسیاب سوزنی (ب).

ماهیت سخت شدن سطحی این است که لایه های سطحی یک قطعه فولادی به سرعت بالاتر از دمای سخت شدن گرم می شوند و سپس با سرعتی بالاتر از دمای بحرانی سرد می شوند. هدف اصلی از سخت شدن سطح:افزایش سختی، مقاومت در برابر سایش و حد استقامت سطح با حفظ یک هسته چسبناک. گرمایش، در اصل، می تواند به روش های مختلف انجام شود. در صنعت، متداول‌ترین روش سخت‌کاری سطحی، سخت‌کاری القایی با حرارت دادن توسط جریان‌های فرکانس بالا است. به عنوان یک قاعده، لایه تقویت شده در طول تجزیه و تحلیل کلان ساختاری قابل مشاهده است (شکل 4). در سمت چپ یک بخش از نمونه نشان داده نشده است. هنگام عکاسی نور را بیشتر منعکس می کند، بنابراین تاریک به نظر می رسد. در سمت راست ناحیه بعد از اچ است. لایه سخت شده به وضوح قابل مشاهده است.

شکل 4. قطعه قطعه یک خودرو. ساختار کلان

هر دو تحلیل کلان ساختاری و ریزساختاری (شکل 5a) نشان می دهد که ناحیه تقویت شده از 2 لایه تشکیل شده است: نور در سطح بسیار و سپس تیره تر. لایه نور بالایی دارای ساختار مارتنزیت خاموش شده است (شکل 5b). مارتنزیت زمانی تشکیل شد که سطح به سرعت سرد شد. لایه تیره تر مارتنزیت تمپر شده است (شکل 5c). این مارتنزیت است که در طول خنک شدن سریع نیز تشکیل شد، اما مدت طولانی تری در دمای بالا باقی ماند، که معلوم شد برای انجام تمپر کافی است. هسته قطعه ممکن است حاوی سوربیتول یا تروستیت در اعماق مختلف باشد (شکل 5d).

شکل 5. ریزساختار لایه (در شکل 4) به دست آمده از کوئنچ با فرکانس بالا: الف - لایه های مارتنزیت کوئنچ شده و تمپر شده، ب - مارتنزیت خاموش شده، ج - مارتنزیت تمپر شده، د - تروستیت و مارتنزیت در هسته.

روش های تغییر ساختار و ترکیب

روش های سخت شدن با تغییر در ترکیب شیمیایی و ساختار سطح شامل عملیات شیمیایی- حرارتی (CHT) می باشد. این شامل اشباع لایه سطحی فولاد با عناصر مختلف در دمای بالا است. بسته به عنصر اشباع، انواع عملیات شیمیایی - حرارتی زیر وجود دارد: کربورسازی، نیتریدینگ، نیتروکربوری شدن (سیانیداسیون)، بریدینگ، متالیزاسیون انتشاری(آلیتیزاسیون، آبکاری کروم، سیلیکون و غیره). رایج در همه انواع سخت شدن سطح، افزایش سختی لایه سطحی است. انتخاب روش سخت شدن سطحی برای قطعه به شرایط عملیاتی، شکل، اندازه، عیار فولاد انتخابی و عوامل دیگر بستگی دارد.
پرکاربردترین کربوریزاسیون - اشباع سطح فولاد با کربن.کربن‌سازی به سطح فولاد سختی و مقاومت بالایی در برابر سایش می‌دهد و در عین حال یک هسته سخت و انعطاف‌پذیر را حفظ می‌کند. محصولات سیمانی پس از سخت شدن و تلطیف کم خواص نهایی خود را به دست می آورند. سیمان کاری معمولاً بر روی قطعات ساخته شده از فولاد با محتوای کربن تا 0.25٪ انجام می شود که در شرایط سایش تماس و اعمال بارهای متناوب کار می کنند: چرخ دنده های اندازه متوسط، بوشینگ ها، پین های پیستون، بادامک ها، محورهای گیربکس خودرو، فردی. قطعات فرمان و غیره د.
لایه سیمانی دارای غلظت کربن متغیر در سرتاسر ضخامت خود است که از سطح تا هسته قطعه فولادی کاهش می یابد. بنابراین ساختاری که در حین سیمان کاری در لایه سطحی تشکیل می شود نسبت پرلیت، فریت و سمنتیت متفاوتی خواهد داشت. چهار منطقه اصلی یک محصول فولادی پس از کربورسازی وجود دارد (شکل 6):

برنج. 6. ریزساختار فولاد هیپویوتکتوئید کربنی 10 پس از کربورسازی.

1 - ناحیه هیپریوتکتوئید، متشکل از مش پرلیت و سمنتیت (شکل 7a).
2 - ناحیه یوتکتوئیدی که پرلیت است (شکل 7b).
3 - ناحیه هیپویوتکتوئیدی که در آن با نزدیک شدن به هسته، مقدار کربن و پرلیت کاهش می یابد و مقدار فریت افزایش می یابد (شکل 7c).
4- اورجینال، بدون تغییر پس از کربوریزاسیون، ساختار محصول فولادی.
عمق لایه سیمانی "h" به صورت مجموع هایپریوتکتوئید، یوتکتوئید و نیمی از ناحیه هیپویوتکتوئید در نظر گرفته می شود که میزان فریت و پرلیت هر کدام 50% است.

شکل 7. ساختار زون های یک قسمت سیمانی: a - ناحیه هیپریوتکتوئید (سمنتیت + پرلیت)، ب - منطقه یوتکتوئید (پرلیت)، ج - ناحیه هیپویوتکتوئید (پرلیت + فریت).

شکل 8. تغییر سختی در لایه سطحی پس از کربوریزاسیون و عملیات حرارتی

نیتریدینگفرآیند اشباع لایه سطحی فولاد با نیتروژن است و اغلب در دمای 500 تا 600 درجه سانتیگراد انجام می شود. نیتریدینگ مانند کربوریزاسیون باعث افزایش سختی و مقاومت در برابر سایش سطح فولاد می شود. شکل 9 مجموعه ای از فرورفتگی ها را هنگام اندازه گیری ریزسختی بر روی مقطع عرضی نمونه نیترید شده نشان می دهد. در بالا یک لایه سخت شده (نوار تیره) وجود دارد. قطر چاپ ها با نزدیک شدن به سطح کاهش می یابد. سختی اونجا بیشتره

شکل 9. "ردیف" ردیابی ریزسختی. بخش فولادی پس از نیتریدینگ

لایه نیترید شده معمولاً سفید است. خود لایه در طول اچ متالوگرافی تغییر نمی کند و در زیر فولاد ساختاری مطابق با عملیات حرارتی دارد (شکل 10). شکل 11 یک قطعه خودرو و تغییر ریزسختی را در امتداد "دندان" های مختلف نشان می دهد.

شکل 10. لایه نیترید شده روی فولاد 40ХГНМ


آ	ب

شکل 11. بخش خودرو (الف) و تغییر ریزسختی (ب) لایه سطحی آن پس از نیتریدینگ

در حال حاضر، نیتریدینگ پلاسما و یون پلاسما به طور گسترده ای استفاده می شود. ساختار لایه سطحی پس از چنین عملیاتی، مارتنزیت ریز پراکنده است (1)، که در زیر آن یک منطقه انتقال وجود دارد (2). ساختار بدون تغییر (3) در عمق بیشتری قرار دارد (شکل 12).

شکل 12. ساختار لایه سطحی پس از درمان با پلاسمای نیتروژن. فولاد U8A

Boriding فرآیندی از عملیات شیمیایی- حرارتی، اشباع نفوذی سطح فلزات و آلیاژها با بور هنگام گرم شدن است. Boriding منجر به افزایش قابل توجهی در سختی سطح می شود. بوریدینگ در مخلوط های پودری با الکترولیز انجام می شود. همچنین بریدینگ بدون الکترولیز مایع، بریدگی یونی و بریدینگ از پوشش ها (خمیرها) وجود دارد. بوریداسیون اغلب با الکترولیز بوراکس مذاب (Na 2 B 4 O 7 ) انجام می شود. این محصول به عنوان کاتد عمل می کند. دمای اشباع 930-950 درجه سانتیگراد، زمان نگهداری 2-6 ساعت.
پس از سوراخ کردن، یک لایه سفید متراکم از بوریدها بر روی سطح نمونه تشکیل می شود (شکل 13). لایه سفید متشکل از بلورهای ستونی درهم تنیده با ترکیب FeB و Fe 2 B است. ساختار لایه بورید تحت تأثیر ترکیب فولاد است. در فولاد 25KhGT (شکل 13، a) و در فولاد 45 (شکل 13، b) یک منطقه محلول جامد بین بلورهای بورید وجود دارد. در فولاد 40X (شکل 13، ج) این لایه فقط از سوزن های کشیده بورید تشکیل شده است. یک رابط زیگزاگی بین لایه بوردار و هسته تشکیل شده است.