Menetelmät osien pinnan kovettamiseksi. Osien pintakarkaisu Metallien karkaisumenetelmät
PUTKITERÄKSEN VAHVISTUSMENETELMÄT
Elizaveta Vladimirovna Filipenko
opiskelija gr. 3 vuotta, GBOU SPO SO "Pervouralsk Metallurgical College", Pervouralsk
E- postia: cher - ev @ postia . ru
Shcherbinina E.V.
opettaja erikois VKK, Pervouralskin johtaja
Metallurginen teollisuus- yksi kansantalouden suurimmista sektoreista ja on vientituloissa toisella sijalla öljy- ja kaasukompleksin jälkeen.
Viime vuosina Venäjän rautametalurgian kehitystaso on noussut merkittävästi. Tämä johtuu ennen kaikkea alan suurimpien yritysten tuotannon modernisointiin suunnatuista merkittävistä rahoitusinvestoinneista.
Yksi metallurgisen kompleksin päähaaroista on putkien valmistus.
Putket valmistetaan teollisesti metalleista ja seoksista, orgaanisista materiaaleista (muovit, hartsit), betonista, keramiikasta, lasista, puusta ja niiden koostumuksista.
Putkia käytetään erilaisten väliaineiden kuljetukseen, eristämiseen tai muiden johtimien ryhmittelyyn. Metalliputkea käytetään laajalti rakentamisessa, rakenneprofiilina, mekanismeissa - akselina pyörimisen siirtämiseen jne.
Putket luokitellaan tuotantomenetelmien mukaan (valssatut saumattomat, suulakepuristetut, hitsatut teräkset ja valetut).
Eri teräslajeista valmistettuja putkia käytetään laajalti teollisuudessa.
Putkien teräksen kovettamiseksi on useita tapoja, joita käytetään laajasti tuotannossa:
1. Termomekaaninen käsittely koostuu austeniitin plastisesta muodonmuutoksesta, jota seuraa kovettuminen martensiitiksi ja matalakarkaisu.
2. Pinnan kovettuminen koostuu teräspintakerroksen kuumentamisesta Ac 3 -pisteen yläpuolelle ja sitä seuraavaan jäähdyttämiseen korkean kovuuden ja lujuuden saavuttamiseksi osan pintakerroksessa yhdessä viskoosin ytimen kanssa. Lämmitys kovettumista varten suoritetaan suurtaajuisilla virroilla, kaasu- tai happi-asetyleenipolttimien liekillä sekä lasersäteilyllä.
3. Kylmähoito tehdään teräksen kovuuden lisäämiseksi muuntamalla karkaistun teräksen säilynyt austeniitti martensiitiksi. Tämä tehdään jäähdyttämällä teräs alemman martensiittisen pisteen lämpötilaan.
4. Pinnan kovettuminen plastisen muodonmuutoksen seurauksena - Osan pinnan kovettuminen tapahtuu kylmän muodonmuutoksen seurauksena, mikä mahdollistaa sen väsymislujuuden lisäämisen.
5. Kemiallinen lämpökäsittely - metallien lämpökäsittely erilaisissa kemiallisesti aktiivisissa ympäristöissä metallin pintakerroksen kemiallisen koostumuksen ja rakenteen muuttamiseksi ja sen ominaisuuksien parantamiseksi. Näitä hoitoja ovat sementointi, nitrohiiletys nitraus, syanidointi - tavoite: osan pinnan kovuus, kulutuskestävyys ja kestävyysraja; diffuusiometallointi (alitisointi, silikonointi, kromaus jne.) - tavoite: pinnan korroosionkestävyyden lisääminen työskenneltäessä erilaisissa syövyttävissä ympäristöissä.
Innovatiivisia menetelmiä putkiteräksen vahvistamiseen.
Hallittu rullaus.
Tämä on eräänlainen terästen ja metalliseosten korkean lämpötilan termomekaaninen prosessointiprosessi, jolle on ominaista säädellyt, kemiallisesta koostumuksesta riippuen, metallin kuumennusolosuhteet, prosessin lämpötila- ja muodonmuutosparametrit sekä metallin tietyt jäähdytystavat eri vaiheissa. muovin käsittelystä.
Tuloksena: tämä tekniikka mahdollistaa valmiiden valssattujen tuotteiden lujuus- ja sitkeysominaisuuksien optimaaliset yhdistelmät ilman lämpökäsittelyä ja pienemmällä niukalti seostettavien lisäaineiden kulutuksella.
Hallitun valssauksen perusperiaate on jalostaa austeniittia ja sitä kautta ferriittirakeita, mikä johtaa samanaikaisesti teräksen lujuuden ja sitkeyden lisääntymiseen.
Ohjatulla valssauksella on 3 vaihetta putkiteräksen valmistuksessa: muodonmuutos austeniitin uudelleenkiteytysvyöhykkeellä, kiteytymättömän austeniitin muodonmuutos ja muodonmuutos kaksivaiheisella austeniitti-ferriittisellä alueella. Tutkimukset ovat osoittaneet, että valssattaessa viimeistelytelineessä alle Ar 3 -lämpötiloissa mekaanisiin ominaisuuksiin vaikuttavat sijoiltaan siirtyminen, alustan ja rakenteen vahvistuminen. Tärkeimmät erot tavanomaisen ja kontrolloidun valssauksen välillä ovat, että kontrolloidussa valssauksessa muodonmuutosnauhat erottavat austeniittirakeita useiksi lohkoiksi. Kunkin lohkon raja on ferriittirakeiden ydintymisen lähde. Tämän seurauksena samankokoisista austeniittirakeista hallitun valssauksen aikana muodostuu pienempiä ferriittirakeita kuin tavanomaisessa kuumavalssauksessa, jolloin ferriittirakeiden nukleoituminen tapahtuu austeniittirakeiden rajoilla. Lisäksi ferriitin ydintämisen aktiivisten keskusten lukumäärän kasvu kiihdyttää muunnosprosessia, minkä seurauksena todennäköisyys bainiittirakenteen muodostumiselle, joka antaa teräkselle heikkoa sitkeyttä, pienenee. .
Valssaustuotannossa ryhdytään toimenpiteisiin osan mittatarkkuuden lisäämiseksi:
1) jäykkien telineiden käyttö, jotka varmistavat vierintätelineen minimaaliset elastiset muodonmuutokset;
2) lämmitysuunien suunnittelun ja lämmityksen laadun parantaminen, mikä mahdollistaa tasaisen lämpötilan ylläpitämisen työkappaleen ja erilaisten työkappaleiden poikkileikkauksella;
3) nauhojen optimaalisen jäähdytyksen käyttö, joka kompensoi telojen lämpötilan nousua kuumennettujen nauhojen lämmön ja plastisen muodonmuutoksen aikana vapautuvan lämmön vaikutuksesta;
4) telan työpinnan kovuuden lisääminen;
5) metallin tasainen muodonmuutos mittareissa ja paineen alentaminen valssauksen aikana käyttämällä valssaustelojen optimaalisia kalibrointeja, käyttämällä nykyaikaisia vierintälaakereita ja nestekitkaa valssaamoissa, varustamalla jatkuvatoimiset valssaamot pysyvillä laitteilla valssattujen tuotteiden telojen välisen jännityksen säätelyyn , jne.
Kuva 1 Kaavio muodonmuutoslämpötilan vaikutuksesta kontrolloidun valssauksen aikana austeniittirakeiden morfologiaan ja ferriitti-perliittirakenteeseen vähähiilisessä mikroseostetussa teräksessä.
Matalahiiliset teräkset, joissa on monimutkainen karkaisu ja heterofaasirakenne, joka sisältää austeniitin matalan lämpötilan hajoamistuotteita.
Teräksillä, joiden rakenne sisältää polygonaalista ferriittiä, bainiittia ja pieniä martensiittisaarekkeita (jäännösausteniittia), on jatkuva vetolujuusdiagrammi ilman myötötasannetta. Toisin kuin teräkset, joissa on ferriitti-perliittirakenne, tämä voi aiheuttaa huomattavaa jännityskarkaisua tuotantoprosessin aikana, mikä paljastaa putkimetallin lujuuden lisääntymisen työkappaleeseen verrattuna, mikä laajentaa tämän luokan terästen käyttömahdollisuuksia. Myöntöaluetta voidaan pienentää ja taipumusta muodostaa tasainen vetolujuusdiagrammi voidaan lisätä korvaamalla perliitti bainiittilla martensiitti-wasteniittikomponentin läsnä ollessa. On huomattava, että muuntokertoimen aleneminen liittyy suurelta osin jäännösjännitysten vaikutukseen makrotasolla. Tässä suhteessa mikrorakenteen vaikutus on monimutkaisempi, mikä vaatii erillistä harkintaa. Jopa 12-15 mm paksuissa levyissä myötöraja voidaan eliminoida, jos seuraava suhde täyttyy:
32,5 Mo + 10 (Mn + Cr) +2,5 Ni > 23
Valitettavasti venäläiset metallurgit eivät ole vielä täysin valmiita levyjen ja kelojen teolliseen tuotantoon tämän luokan teräksistä, kun taas putkilinjan rakentamisen maailmankäytäntö sisältää jo tarkkuusluokan X100 ja X120 putkien käytön.
On selvää, että uuden sukupolven vähähiiliset teräkset, joiden lujuus varmistetaan matalan lämpötilan muunnostuotteiden muodostumisen ansiosta, eroavat ainutlaatuisella ominaisuuksilla verrattuna ferriitti-perliittiteräksiin, joissa on dispersio ja alustavahvistus. Ferriitti-perliitti (matala-perliitti) terästen ominaisuuksien taso määräytyy suurelta osin ferriitin vahvistumisasteella, joka johtuu alusrakenteen muodostumisesta ja karbidonitridien, pääasiassa vanadiinin, vapautumisesta.
Johtopäätös.
Viime aikoina Venäjällä teräsputkien tuotanto on kasvanut tasaisesti. Tiettyjen teräsputkien kulutus jatkaa aiempien vuosien trendejä: pienten ja keskihalkaisijaisten hitsattujen putkien kulutus vähentyy ja tuotannossa käytettävien suurikokoisten hitsattujen putkien ja saumattomien öljylaatuisten putkien kulutus on lisääntynyt. kaasun ja öljyn kuljetus; Saumattomia putkia korvataan jatkossakin hitsatuilla putkilla, joiden tuotanto on saavuttanut jo 64 % putkien kokonaistuotantovolyymista.
Tulevina vuosina venäläiset valmistajat modernisoivat aktiivisesti laitteita, ottavat käyttöön uusia kapasiteettia korkealaatuisten aihioiden ja kansainvälisten standardien mukaisten putkien valmistukseen.
Venäjän globaalin teollisuuden tulevaisuus on ulko- ja kotimarkkinoilla. Ulkomaan markkinoilla taso on jo jopa 25 % maassa valmistetuista putkista; Myös kotimarkkinoilla on hyvät näkymät, kun otetaan huomioon Venäjän johtava asema öljy- ja kaasuvarastoissa, pitkät kuljetusmatkat ja useiden suurten putkihankkeiden toteutus.
Terästen rakenteellisen lujuuden lisäämisen tarve määrittää siirtymisen erittäin tarkkoihin, tietointensiivisiin metallurgisiin teknologioihin. Korkean lujuusluokan putkille mahdollisuus vähähiiliseen teräkseen, jossa on monimutkainen karkaistu ja heterofaasirakenne, joka sisältää austeniitin matalan lämpötilan hajoamistuotteita ja ohjatun valssaustekniikan käyttö, mikä mahdollistaa optimaalisen lujuuden ja sitkeyden yhdistelmien saavuttamisen. Valmiiden valssattujen tuotteiden ominaisuudet ilman lämpökäsittelyä ja vähäisempää seostettavien lisäaineiden kulutusta ovat ilmeisiä.
Tällaisten tuotteiden tuotannon hallitseminen edellyttää laadullista muutosta kotimaisten metallurgisten yritysten pääkapasiteeteissa, jotka perustuvat maailmankäytännössä laajalti käytettyjen nykyaikaisten teknologioiden käyttöön.
Bibliografia:
1. Taloustietotoimisto "Prime"
2. Analyyttinen portaali "Price Monitoring"
3. Bronfin B.M., Emelyanov A.A., Shveikin V.P. Vanadiinikarbideilla vahvistetut kaksifaasiset ferriittis-martensiittiset teräkset / Vanadiiniyhdisteiden kemia, teknologia ja sovellus: Tiivistelmät IV All-Union Conferencesta. Nižni Tagil, 1982. s. 106.
4. Bronfin B.M., Emelyanov A.A., Shveikin V.P. Kaksifaasisten ferriitti-martensiittisten terästen alusrakenteellinen karkaisu // Metallien alusrakenteellinen karkaisu ja diffraktiotutkimusmenetelmät. Kiova: Naukova Dumka. 1985. s. 133-135.
5. Grachev S.V., Baraz V.R., Bogatov A.A., Shveikin V.P. Fyysinen metallurgia. Oppikirja yliopistoille. Jekaterinburg. Ed. 2, lisää. Ja oikein. Kustantaja USTU-UPI, 2001, s. 534.
Monet koneen osat toimivat kitka-olosuhteissa ja ovat alttiita isku- ja taivutuskuormituksille, joten niillä tulee olla kova, kulutusta kestävä pinta, vahva ja samalla viskoosi ja muovinen ydin. Tämä saavutetaan pintakarkaisulla.
Pintakarkaisun tarkoituksena on lisätä osien pintakerrosten lujuutta, kovuutta ja kulutuskestävyyttä säilyttäen samalla viskoosi, muovinen ydin, joka vaimentaa iskukuormituksia.
Dynaamisilla ja syklisillä kuormituksilla toimivissa koneen osissa pintakerroksiin syntyy väsymishalkeamia vetojännityksen vaikutuksesta. Jos pintaan syntyy jäännöspuristusjännitystä, niin kuormituksen aiheuttamat vetojännitykset ovat pienemmät ja kestävyys (väsymis)raja kasvaa. Puristusjännitysten luominen osien pintakerroksiin on pintakarkaisun toinen tarkoitus.
Osan valmistuksen tekniset ehdot määrittelevät kovetetun kerroksen kovuuden ja syvyyden sekä ytimen lujuuden ja sitkeyden.
Pääasialliset pinnan karkaisumenetelmät voidaan jakaa kolmeen ryhmään:
mekaaninen - pintakerrosten plastinen muodonmuutos, kovettumisen luominen (kovettuminen);
lämpö – pinnan kovettuminen;
kemiallinen ja lämpökäsittely (sementointi, nitraus, kromipinnoitus ja muut).
3.1. Pinnan mekaaninen karkaisu
Metallin kovettumista kylmän plastisen muodonmuutoksen vaikutuksesta kutsutaan kylmäkarkaisuksi tai kylmäkarkaisuksi. Tällöin metallin rakenne muuttuu: kidehila vääristyy ja rakeet muuttuvat muotoaan, eli tasaakselisista ne muuttuvat epätasapainoisiksi (kakun, pannukakun muodossa, kuva 1). Tähän liittyy kovuuden ja lujuuden lisääntyminen 1,5 - 3 kertaa. Kovetetussa kerroksessa syntyvät puristusjännitykset lisäävät väsymiskestävyyttä. Pinnan kovettaminen plastisen muodonmuutoksen avulla lisää osien luotettavuutta, vähentää herkkyyttä jännityskeskittimille, lisää kulutuskestävyyttä ja korroosionkestävyyttä sekä eliminoi aiemman käsittelyn jälkiä.
Riisi. 1. Muovisen muodonmuutoksen vaikutus metallin mikrorakenteeseen:
a – ennen muodonmuutosta; b – muodonmuutoksen jälkeen
Useimmat karkaisutoimenpiteet voidaan suorittaa yleisillä metallinleikkauskoneilla (sorvit, höylät, porat) yksinkertaisilla laitteilla. Nämä karkaisutoimenpiteet ovat tehokkaimpia metalleille, joiden kovuus on enintään HB250 - 280.
Pyörittäminen teloilla ja palloilla– toimenpide, jossa karkaistu teräsrulla (pallo), joka pyörii tietyllä kuormituksella (paineella) karkaisevan pinnan ympäri, muuttaa muotoaan eli murskaa metallin pintakerroksen tiettyyn syvyyteen (kuva 2). Kovettumista tapahtuu - kovettumista. Kovetetun kerroksen syvyys on 0,5 – 2,0 mm. Tämä menetelmä vahvistaa pääasiassa osia, kuten pyöriviä kappaleita (akselit, akselit, holkit) tai joissa on suuret tasaiset pinnat.
Haulipuhallus– operaatio, jossa kovametallihiukkaset (hauli), jotka lentävät ulos haulipuhaltimesta suurella nopeudella (90 - 150 m/s), iskevät kovetettavaan pintaan ja kovettuminen tapahtuu. Lujuus, kovuus ja väsymislujuus lisääntyvät. Kovetetun kerroksen paksuus on 0,2 – 0,4 mm. Jouset, jouset, hammaspyörät, vääntöakselit jne. joutuvat kuoritukselle. Esimerkiksi jousilevyille lämpökäsittelyn jälkeen ennen kokoamista pakkaukseen tehdään haukkua, mikä pidentää merkittävästi jousen käyttöikää (kolmesta viiteen kertaan). ).
D 
Kestävä puhallus on osien viimeinen teknologinen toimenpide mekaanisen ja lämpökäsittelyn jälkeen. Varusteet ovat ammuspuhaltimet. Yleisimmät ovat korkean tuottavuuden omaavat mekaaniset puhaltimet. Haulat ovat pallomaisia hiukkasia, jotka on valmistettu kovasta teräksestä tai valkoisesta valuraudasta. Normalisoidun 20-laadun teräksen kuulikiinaus lisää kovuutta 40 % ja 45-luokan teräksen 20 %; jäännöspuristusjännitys pinnassa – jopa 80 MPa.
Riisi. 2. Kaaviot valssauspinnoille (a, b) ja rullalle (c, d).
D 
Robustipuhallusta käytetään tehokkaana menetelmänä taotun ja valuterästuotteiden kestävyyden lisäämiseen ja lujien valurautojen vahvistamiseen.
Nämä karkaisumenetelmät ovat yleisimpiä koneenrakennuksessa. Niiden lisäksi käytetään tärinävalssausta (kuva 3), reiän kalibrointia (kuva 4), timanttitasoitusta jne.
Riisi. 4. Kaaviot reikien kalibroimiseksi: a – pallolla; b, c – kara
Teräksen lämpömekaaninen käsittely
Yksi kovetuskäsittelyn teknisistä prosesseista on lämpömekaaninen käsittely (TMT).
Termomekaanisella käsittelyllä tarkoitetaan yhdistettyjä menetelmiä materiaalien rakenteen ja ominaisuuksien muuttamiseksi.
Termomekaanisessa käsittelyssä yhdistyvät plastinen muodonmuutos ja lämpökäsittely (esimuotoillun teräksen karkaisu austeniittisessa tilassa).
Termomekaanisen käsittelyn etuna on, että lujuuden merkittävällä lisäyksellä sitkeysominaisuudet pienenevät hieman ja iskulujuus on 1,5...2 kertaa suurempi kuin saman teräksen iskulujuus matalakarkaisun jälkeen.
Sen mukaan, missä lämpötilassa muodonmuutos suoritetaan, erotetaan korkean lämpötilan termomekaaninen käsittely (HTMT) ja matalan lämpötilan lämpömekaaninen käsittely (LTMT).
Korkean lämpötilan termomekaanisen käsittelyn ydin on teräksen kuumentaminen austeniittisen tilan lämpötilaan (yllä A 3). Tässä lämpötilassa teräs vääntyy, mikä johtaa austeniitin kovettumiseen. Tässä austeniittitilassa olevaa terästä kovetetaan (kuva 16.1 a).
Korkean lämpötilan termomekaaninen prosessointi eliminoi käytännöllisesti katsoen lämpötilahaurauden kehittymisen vaarallisella lämpötila-alueella, heikentää peruuttamatonta temperhaurautta ja lisää dramaattisesti sitkeyttä huoneenlämpötilassa. Kylmän haurauden lämpötilakynnys laskee. Korkean lämpötilan termomekaaninen käsittely lisää vastustuskykyä hauraita murtumia vastaan ja vähentää herkkyyttä halkeilulle lämpökäsittelyn aikana.
Riisi. 16.1. Teräksen termomekaanisten käsittelytapojen kaavio: a – korkean lämpötilan lämpömekaaninen käsittely (HTMT); b – matalan lämpötilan termomekaaninen käsittely (LTMT).
Korkean lämpötilan termomekaanista käsittelyä voidaan käyttää tehokkaasti hiili-, seos-, rakenne-, jousi- ja työkaluteräksille.
Myöhempi karkaisu 100...200 o C lämpötilassa suoritetaan korkeiden lujuusarvojen ylläpitämiseksi.
Matalalämpötilainen termomekaaninen käsittely (ausforming).
Teräs kuumennetaan austeniittiseen tilaan. Sitten se pidetään korkeassa lämpötilassa, jäähdytetään martensiittisen muutoksen alkamislämpötilan yläpuolelle (400...600 o C), mutta uudelleenkiteytyslämpötilan alapuolelle, ja tässä lämpötilassa suoritetaan painekäsittely ja sammutus ( Kuva 16.1 b).
Matalan lämpötilan termomekaaninen käsittely, vaikka se antaakin vahvemman vahvistuksen, ei vähennä teräksen taipumusta karkaista haurautta. Lisäksi se vaatii suuria muodonmuutosasteita (75...95%), joten tarvitaan tehokkaat laitteet.
Matalan lämpötilan termomekaanista käsittelyä sovelletaan martensiittikarkaistuihin keskihiiliseosteräksiin, joilla on austeniitin toissijainen stabiilisuus.
Lujuuden kasvu termomekaanisen käsittelyn aikana selittyy sillä, että austeniitin muodonmuutoksen seurauksena sen rakeet (lohkot) murskautuvat. Lohkojen mitat pienenevät 2-4 kertaa perinteiseen karkaisuun verrattuna. Myös dislokaatiotiheys kasvaa. Tällaisen austeniitin myöhemmässä sammutuksessa muodostuu pienempiä martensiittilevyjä ja jännitykset vähenevät.
Konepajaterästen erityyppisten TMT-käsittelyjen jälkeen mekaanisilla ominaisuuksilla on keskimäärin seuraavat ominaisuudet (katso taulukko 16.1):
Taulukko 16.1. Terästen mekaaniset ominaisuudet TMT:n jälkeen
Termomekaanista käsittelyä käytetään myös muille metalliseoksille.
Teräsosien pintakarkaisu
Rakennelujuus riippuu usein materiaalin kunnosta osan pintakerroksissa. Yksi teräsosien pintakarkaisumenetelmistä on pinnan kovettumista.
Pintakarkaisun seurauksena tuotteen pintakerrosten kovuus kasvaa samalla, kun kulutuskestävyys ja kestävyysraja kasvavat.
Kaikille pintakarkaisuille yhteistä on kappaleen pintakerroksen kuumentaminen karkaisulämpötilaan, jota seuraa nopea jäähdytys. Nämä menetelmät eroavat osien lämmitysmenetelmistä. Kovetetun kerroksen paksuus pintakarkaisun aikana määräytyy kuumennussyvyyden mukaan.
Yleisimpiä ovat sähköterminen karkaisu kuumentamalla tuotteita suurtaajuusvirroilla (HFC) ja kaasuliekkikarkaisu kuumentamalla kaasu-happi- tai happikerosiiniliekillä.
Karkaisu suurtaajuusvirroilla.
Menetelmän kehitti Neuvostoliiton tiedemies V. P. Vologdin.
Se perustuu siihen, että jos metalliosa asetetaan johdin-induktorin luomaan vaihtomagneettikenttään, siinä indusoituu pyörrevirtoja, jotka aiheuttavat metallin kuumenemisen. Mitä suurempi virtataajuus, sitä ohuempi on kovettunut kerros.
Tyypillisesti käytetään konegeneraattoreita, joiden taajuus on 50...15000 Hz ja putkigeneraattoreita, joiden taajuus on yli 10 6 Hz. Kovetetun kerroksen syvyys on jopa 2 mm.
Induktorit on valmistettu kupariputkista, joiden sisällä vesi kiertää, joten ne eivät kuumene. Induktorin muoto vastaa tuotteen ulkomuotoa, kun taas induktorin ja tuotteen pinnan välisen raon tulee olla vakio.
HDTV-karkaisun teknologinen prosessikaavio on esitetty kuvassa. 16.2.
Riisi. 16.2. Kaavio korkeataajuisen kovetuksen teknologisesta prosessista
Induktorin 2 kuumentamisen jälkeen 3...5 s, osa 1 siirretään nopeasti erityiseen jäähdytyslaitteeseen - ruiskuun 3, jonka reikien kautta sammutusneste ruiskutetaan kuumennetulle pinnalle.
Suuri kuumennusnopeus siirtää vaihemuutokset korkeampiin lämpötiloihin. Korkeataajuisilla virroilla lämmitettäessä kovettumislämpötilan tulee olla korkeampi kuin tavanomaisen lämmityksen aikana.
Oikeissa lämmitysolosuhteissa jäähdytyksen jälkeen saadaan hienoneulaisen martensiitin rakenne. Kovuus kasvaa 2...4 HRC verrattuna perinteiseen karkaisuun, kulutuskestävyys ja kestävyysraja lisääntyvät.
Ennen korkeataajuisella lämmöllä karkaisua tuote normalisoidaan ja kovettamisen jälkeen alhainen karkaisu lämpötilassa 150...200 o C (itsekarkaisu).
On suositeltavaa käyttää tätä menetelmää terästuotteille, joiden hiilipitoisuus on yli 0,4 %.
Menetelmän edut:
· suurempi hyötysuhde, koko tuotetta ei tarvitse lämmittää;
· paremmat mekaaniset ominaisuudet;
· osan pinnan hiilenpoiston ja hapettumisen puuttuminen;
· vääntymisvirheiden ja kovettuvien halkeamien muodostumisen vähentäminen;
· prosessiautomaation mahdollisuus;
· suurtaajuuskarkaisun käyttö mahdollistaa seosterästen korvaamisen halvemmilla hiiliteräksillä;
· mahdollistaa osan yksittäisten osien karkaisun.
Menetelmän suurin haitta– induktioasennusten ja induktorien korkeat kustannukset.
On suositeltavaa käyttää sarja- ja massatuotannossa.
Kaasuliekkikarkaisu.
Kuumennus suoritetaan asetyleeni-happi-, kaasu-happi- tai kerosiini-happiliekillä, jonka lämpötila on 3000...3200 o C.
Pintakerroksen rakenne kovettumisen jälkeen koostuu martensiitista, martensiitista ja ferriitistä. Kovetetun kerroksen paksuus on 2...4 mm, kovuus 50...56 HRC.
Menetelmää käytetään suurten, monimutkaisen pinnan omaavien tuotteiden (kierrehammaspyörät, kierukka) karkaisuun, teräs- ja valurautavalssaustelojen karkaisuun. Käytetään massa- ja yksittäistuotannossa sekä korjaustöissä.
Isoja tuotteita lämmitettäessä polttimet ja jäähdytyslaitteet liikkuvat tuotteen mukana tai päinvastoin.
Menetelmän haitat:
· alhainen tuottavuus;
· vaikeudet kovetetun kerroksen syvyyden ja lämmityslämpötilan säätelyssä (ylikuumenemisen mahdollisuus).
Ikääntyminen
Karkaisua sovelletaan metalliseoksiin, jotka on sammutettu polymorfisella muutoksella.
Koskee materiaaleja, jotka kovettuvat ilman polymorfista muutosta. ikääntyminen.
Karkaisu ilman polymorfista muutosta on lämpökäsittely, joka kiinnittää alemmassa lämpötilassa seokselle ominaisen tilan korkeammissa lämpötiloissa (ylikyllästetty kiinteä liuos).
Ikääntyminen– lämpökäsittely, jossa pääprosessi on ylikyllästyneen kiinteän liuoksen hajoaminen.
Vanhenemisen seurauksena kovetettujen metalliseosten ominaisuudet muuttuvat.
Toisin kuin karkaisu, vanhenemisen jälkeen lujuus ja kovuus kasvavat ja sitkeys heikkenee.
Seosten ikääntymiseen liittyy ylimääräisen faasin vaihteleva liukoisuus, ja vanhenemisen aikaista kovettumista tapahtuu ylikyllästyneen kiinteän liuoksen hajoamisen aikana tapahtuvan dispersion saostumisen ja siitä aiheutuvien sisäisten jännitysten seurauksena.
Vanhenemisseoksissa saostuminen kiinteistä liuoksista tapahtuu seuraavissa päämuodoissa:
· ohut levy (levyn muotoinen);
· tasaakselinen (pallomainen tai kuutiomainen);
· neulan muotoinen.
Saostumien muodon määräävät kilpailevat tekijät: pintaenergia ja elastinen muodonmuutosenergia, jotka pyrkivät minimiin.
Pintaenergia on minimaalinen tasasuuntaisille saostumille. Elastisten vääristymien energia on minimaalinen ohuiden levyjen muodossa oleville saostumille.
Ikääntymisen päätarkoitus on lisätä lujuutta ja stabiloida ominaisuuksia.
Ikääntyminen erotetaan luonnollisesta, keinotekoisesta ja plastisen muodonmuutoksen jälkeen.
Luonnollinen ikääntyminen on spontaani kovetetun lejeeringin lujuuden ja sitkeyden heikkeneminen, joka tapahtuu sen altistuksen aikana normaalilämpötilassa.
Seoksen kuumennus lisää atomien liikkuvuutta, mikä nopeuttaa prosessia.
Lujuuden kasvua altistuksen aikana korkeissa lämpötiloissa kutsutaan keinotekoinen ikääntyminen.
Seoksen vetolujuus, myötöraja ja kovuus kasvavat vanhenemisajan pidentyessä, saavuttavat maksimin ja laskevat sitten (ylivanhenemisen ilmiö)
Luonnollisen ikääntymisen myötä yli-ikääntymistä ei tapahdu. Lämpötilan noustessa ylivanhenemisvaihe saavutetaan aikaisemmin.
Jos kovettunut metalliseos, jolla on ylikylläisen kiinteän liuoksen rakenne, joutuu plastiselle muodonmuutokselle, myös vanhenemisen aikana tapahtuvat prosessit kiihtyvät - tämä on rasittaa ikääntymistä.
Vanhentaminen kattaa kaikki ylikyllästetyssä kiinteässä liuoksessa tapahtuvat prosessit: prosessit, jotka valmistelevat erotuksen, sekä itse erotusprosessit.
Käytännön kannalta inkubointiaika on erittäin tärkeä - aika, jonka aikana valmisteluprosessit tapahtuvat kovetetussa seoksessa, kun korkea plastisuus säilyy. Tämä mahdollistaa kylmämuodonmuutoksen sammutuksen jälkeen.
Jos ikääntymisen aikana tapahtuu vain erittymisprosesseja, niin ilmiötä kutsutaan ns dispersiokovettuminen.
Vanhenemisen jälkeen vähähiilisten terästen lujuus kasvaa ja sitkeys heikkenee tertiäärisen sementiitin ja nitridien hajanaisen saostumisen seurauksena ferriitissä.
Vanhentaminen on tärkein menetelmä alumiinin ja kupariseosten sekä monien korkean lämpötilan metalliseosten lujittamiseksi.
Teräksen kylmäkäsittely
Korkeahiilisellä teräksellä ja monilla seosteräksillä on martensiittisen loppulämpötila (M to) alle 0 o C. Tästä syystä teräksen rakenteessa karkaisun jälkeen havaitaan huomattava määrä austeniittia, joka alentaa tuotteen kovuutta ja huonontaa myös magneettisia ominaisuuksia. Jäännösausteniitin poistamiseksi osan lisäjäähdytys suoritetaan negatiivisten lämpötilojen alueella alle t:n lämpötilaan. M k(-80 o C). Tähän käytetään yleensä kuivajäätä.
Tätä käsittelyä kutsutaan teräksen kylmäkäsittely.
Kylmäkäsittely on suoritettava välittömästi sammutuksen jälkeen austeniitin stabiloitumisen estämiseksi. Kovuuden lisäys kylmäkäsittelyn jälkeen on yleensä 1...4 HRC.
Kylmäkäsittelyn jälkeen teräs altistetaan matalakarkaisulle, koska kylmäkäsittely ei vähennä sisäisiä jännityksiä.
Kuulalaakereiden osat, tarkkuusmekanismit ja mittauslaitteet altistetaan kylmäkäsittelylle.
Kovettuminen plastisen muodonmuutoksen seurauksena
Mekaanisten pintakarkaisumenetelmien päätarkoitus on lisätä väsymislujuutta.
Mekaanisen karkaisun menetelmät - pintakerroksen karkaisu 0,2...0,4 mm syvyyteen.
Lajikkeita ovat suihkupuhallus ja telakäsittely.
Haulipuhallus - Valmiiden osien pinnan ammuskäsittely.
Se suoritetaan erityisillä ruiskupuhallusyksiköillä, jotka suihkuttavat teräs- tai valurautakuulia työstettävien osien pinnalle. Laukun halkaisija – 0,2…4 mm. Iskut aiheuttavat plastisen muodonmuutoksen 0,2...0,4 mm syvyyteen.
Käytetään osien vahvistamiseen urissa ja ulkonemissa. Tuotteet, kuten jouset, jouset, ketjun lenkit, telat, vaipat, männät, vaihteet altistuvat.
klo telan käsittely muodonmuutos suoritetaan painamalla kovametallitela työkappaleen pintaan.
Kun telaan kohdistuvat voimat ylittävät työstettävän materiaalin myötörajan, kovettuu vaadittuun syvyyteen. Käsittely parantaa mikrogeometriaa. Jäännöspuristusjännitysten syntyminen lisää tuotteen väsymisrajaa ja kestävyyttä.
Rullavalssausta käytetään akselitappien, langan ja putkien ja tankojen kalibroinnissa.
Erikoislaitteita ei tarvita, voidaan käyttää sorveja tai höyliä.
Taulukko 1.3.5.1
|
Vahvistaminen fysikaalisilla ja fysikaalis-kemiallisilla menetelmillä
Korotetuissa lämpötiloissa inertissä kaasussa toimivien koneenosien kulutuskestävyyden ja pintakovuuden, pinnan lämmönkestävyyden ja korroosionkestävyyden lisäämiseksi käytetään karkaisua sähkökipinäkäsittelymenetelmillä. Tämä menetelmä koostuu tuotteen metallin (katodin) pintakerroksen seostamisesta elektrodin (anodin) materiaalin kanssa kipinäpurkauksen aikana ilmaympäristössä. Seosmetallin kemiallisten reaktioiden seurauksena typen, hiilen ja osan metallin kanssa pintakerroksiin muodostuu kovettuvia rakenteita ja monimutkaisia kemiallisia yhdisteitä ja syntyy diffuusiota kestävä, kovakovuusinen karkaistu kerros. Monikerroksisten pinnoitteiden levittämiseen käytetään ioni-plasmakäsittelymenetelmiä.
Vahvistus plastisilla muodonmuutosmenetelmillä
Karkaisun tavoitteena on lisätä metallin pintakerroksen väsymiskestävyyttä ja kovuutta ja siihen suunnattujen sisäisten jännitysten, lähinnä puristusjännitysten, muodostumista sekä pinnan mikrokarheuden säädeltyä helpotusta.
Kovetuskäsittelyä pintaplastisella muodonmuutoksella käytetään tehokkaasti koneenosien valmistusteknologisen prosessin viimeistelyoperaatioissa terällä tai hiomatyökaluilla leikkaavan loppukäsittelyn sijaan.
Pinnan plastista muodonmuutosta, joka suoritetaan ilman ulkoisen lämmön käyttöä ja jolla varmistetaan pintakerroksen määritetyn ominaisuuksien luominen, kutsutaan kylmäkarkaisuksi.
Metallikerrosta, jossa nämä ominaisuudet ilmenevät, kutsutaan vastaavasti kylmätyöstetyksi.
Kylmäkarkaisun seurauksena metallin kaikki muodonmuutoskestävyyden ominaisuudet kasvavat, sen sitkeys heikkenee ja kovuus kasvaa.
Mitä pehmeämpi teräs, sitä korkeampi karkaisu on; karkaisemattomilla teräksillä pinnan muodonmuutoksen seurauksena on mahdollista saada kovuuden lisäys yli 1000%, ja karkaisuilla teräksillä vain 10-15%. Kovuuden kasvu määräytyy muotoaan muuttavan teräksen rakenteen mukaan.
Pinnan kovettaminen suoritetaan pommittamalla sitä teräs- tai valurauta-suihkulla, kuulilla tai suspensiolla, joka sisältää hankaavia hiukkasia; rullaus teloilla, palloilla tai pyörivällä työkalulla, takaa-ajo.
Ruiskuleikkaus mahdollistaa matalan plastisen muodonmuutoksen jopa 0,5-0,7 mm. Käytetään pienten, monimutkaisten osien pinnoille, sekä vähäjäykkisille osille, kuten jousille, lehtijousille jne.
Enimmäkseen käytetään terästä, jonka halkaisija on 0,8-2 mm. Kovettumissyvyys ruiskupuhalluksen aikana ei ylitä 0,8 mm.
Osan pinta saa jonkin verran karheutta, eikä sitä käsitellä jatkossa.
Prosessointitapa määräytyy laukauksen syöttönopeuden, laukauksen kulutuksen aikayksikköä kohden ja valotuksen mukaan - aika, jonka aikana käsitelty pinta altistuu laukausiskuille. Osan pinnan tulee olla kokonaan peitetty kolhuilla.
Käsiteltävän materiaalin pinnan kovuus ja plastisen muodonmuutoksen syvyys riippuvat materiaalin kovettumistavoista, fysikaalisista ja mekaanisista ominaisuuksista, rakenteesta ja kemiallisesta koostumuksesta. Suurin vaikutus pinnan kovuuteen on työkappaleen kanssa kosketuksissa olevan muotoaan muuttavan elementin ominaispaineella ja tämän paineen kohdistamistiheydellä. Suurimman sallitun paineen tai kuormitusjaksojen lukumäärän ylittämiseen liittyy kovuuden kasvun pysähtyminen ja sen väheneminen kovettumisesta, eli metallin pintakerroksen tuhoutuminen sen kidehilan plastisen muodonmuutoksen saavutetun rajan seurauksena. .
Tuotteet, joiden kovuus on HRC65, käytetään timanttikiillotusmenetelmää. Se voi korvata loppuhionta- ja pintakiillotustoimenpiteet. Menetelmä on laajalti universaali. Se on järkevää käsitellä teräksestä karkaistuja ja lämpökarkaistumattomia osia, pintapinnoitteilla tai ilman, sekä ei-rautametallien ja metalliseosten osia.
Pintakerroksen kovettumista suspensiosuihkulla (neste + hankaavia hiukkasia) käytetään tapauksissa, joissa vaaditaan kovetetun kerroksen suurinta syvyyttä.
Räjähdysenergialla vahvistaminen voi lisätä kulutuskestävyyttä hankauksen aikana, pintakerroksen kovuutta, lujuus- ja myötöraja-arvoja, staattista lujuutta (hitsattujen liitosten hitsin ja lämpövaikutusten vyöhykkeen kovettumisen seurauksena), syklistä lujuutta ja parantaa metallin pintakerroksen laatu.
Räjähdysvoimalla tapahtuva pulssikuormituksen alainen lujittaminen eroaa merkittävästi normaaliolosuhteissa tapahtuvasta karkaisusta.
Kun räjähdykseen liittyy suurempi nopeus, kovettumisvaikutus kasvaa iskunopeuden kasvaessa. Metalliin voi nousta korkeita paikallisia lämpötiloja, mikä aiheuttaa faasimuutoksia paikallisilla alueilla. Samaan aikaan prosessit, jotka ovat luontaisia kovettumiseen normaaleissa jännitysnopeuksissa, kuten twinning, leikkaus ja pirstoutuminen, toimivat.
Terien pinnat kovettuvat lopullisen mekaanisen ja lämpökäsittelyn jälkeen.
Osan vahvistaminen mikrohelmillä mahdollistaa:
a) luo ohut kovettuminen osiin, joissa on terävät reunat tai pienet särmien ja urien säteet;
b) eliminoi pintakerroksen mekaanisen käsittelyn jälkeen mahdolliset jäännösvetolujoitukset ja luo puristusjäännösjännityksiä;
c) lisätä pinnan kovuutta;
d) nostaa ja vakauttaa kestävyysrajaa;
e) lisää pinnan puhtautta yhdellä tai kahdella luokalla arvoon 0,63 ...0,32
Ultraäänikarkaisulla on erityinen paikka karkaisutekniikoiden joukossa. Metallin vahvistamisessa ultraäänikäsittelyllä on useita ominaisuuksia - nopeus, korkea hyötysuhde ja kyky käsitellä tuotteita, joita ei voida kovettaa muilla menetelmillä. Lisäksi ultraäänen yhdistäminen johonkin muuhun kovetushoitoon voi usein parantaa jälkimmäisen tehoa. Ultraäänikarkaisun etuja ovat myös mahdollisuus luoda pinta- ja tilavuuskarkaisu tietyn luokan osille sekä niiden yhdistelmille. Tällöin saavutetaan metallin sisäisten jännitysten suotuisa jakautuminen ja rakenteellinen tila, jossa on mahdollista nostaa vaihtelevalla kuormituksella toimivien osien turvamarginaaleja 2-3 kertaa ja pidentää niiden käyttöikää kymmeniä kertoja.
Ultraäänikarkaisukäsittely voidaan suorittaa joko nesteessä, jossa ultraäänivärähtelyt leviävät, tai ultraäänitaajuudella värähtelevien muotoaan muuttavien kappaleiden avulla.
Ultraääniaaltoprosessiin nesteessä liittyy suurempi määrä repeämiä pienten kuplien muodossa venytyspuolijakson aikana ja niiden romahtaminen puristuspuolijakson aikana - kavitaatio. Tällä hetkellä kuplat romahtavat, kehittyy paikallisia hetkellisiä paineita, jotka saavuttavat satoja ilmakehyksiä. Kavitaatiokuplat syntyvät pääasiassa nesteeseen asetettujen tuotteiden pinnalta. Kun kuplat romahtavat, osan pinta kovettuu. Karkaisun syvyys, kovuus ja siten karkaistun kerroksen kulutuskestävyys.
Osien ultraäänikarkaisu käyttämällä muotoaan muuttavia kappaleita voidaan suorittaa kahden teknisen järjestelmän mukaisesti:
a) iskemällä suoraan työkalulla käsiteltävään pintaan;
b) käsitellyn pinnan altistaminen työväliaineelle (teräspallot).
Monet osat toimivat lisääntyneen pinnan kulumisen olosuhteissa. Siksi tämä pinta on jotenkin suojattava. Tämä saavutetaan pintakarkaisumenetelmillä.
Pinnan kovettaminen tarkoittaa pinnan ominaisuuksien lisäämistä: kovuus, kulutuskestävyys, korroosionkestävyys. Jos ominaisuuksia on tarpeen muuttaa, tämä tarkoittaa, että pintakerroksen rakenteen on muututtava. Rakenteen muuttamiseksi voit käyttää muodonmuutosta, lämpökäsittelyä lämmittämällä eri tavoin, muuttamalla pinnan kemiallista koostumusta ja levittämällä suojakerroksia.
Enimmäkseen pinnan kovetusmenetelmiä voidaan jakaa kahteen pääryhmään:
1) tuotteen vahvistaminen muuttamatta pinnan kemiallista koostumusta, mutta muuttamalla rakennetta. Karkaisu saadaan aikaan pintakarkaisulla, pinnan plastisella muodonmuutoksella ja muilla menetelmillä.
2) tuotteen vahvistaminen pintakerroksen ja sen rakenteen kemiallisen koostumuksen muutoksella. Vahvistaminen tapahtuu erilaisilla kemiallis-lämpökäsittelymenetelmillä ja suojakerrosten levityksellä.
Menetelmät rakenteen muuttamiseen
Kovetusmenetelmistä muuttamatta pinnan kemiallista koostumusta, mutta muuttaen sen rakennetta, yleisimmät menetelmät ovat pintakarkaisu ja erilaiset pinnan plastisen muodonmuutoksen tyypit (SPD).
Pohjimmiltaan pinnan muodonmuutos on yksinkertaisin tapa, jolla pinnan lujuusominaisuudet lisääntyvät. Tässä käytetään seuraavaa periaatetta. Jos muistetaan jännityskovetuskäyrä, niin käy ilmi, että mitä enemmän metallia venytetään, sitä enemmän metalli vastustaa, sitä suurempi on vetovoima P max (tietysti tiettyyn rajaan asti). Metalli vahvistuu sekä vääntö- että puristusvaiheessa. SPD-teknologioissa metallin pintakerros deformoituu (karkaistu) eri tavoin.
PPD:n päätarkoituksena on lisätä väsymislujuutta kovettamalla pinta 0,2–0,4 mm:n syvyyteen. PPD-lajikkeita ovat suihkupuhallus, telakäsittely, neulajyrsintä, helpotusvalssaus jne.
Haulipuhallus- valmiiden osien pinnan ammuskäsittely. Käytetään osien kovettamiseen ja kalkin poistamiseen. Tuotteet, kuten jouset, lehtijouset, ketjulenkit, telat, vaipat, männät ja hammaspyörät, altistetaan puhalluspuhalluksella.
Teloilla työstössä muodonmuutos suoritetaan painamalla kovametallitela työkappaleen pintaan. Kun telaan kohdistuvat voimat ylittävät työstettävän materiaalin myötörajan, kovettuu vaadittuun syvyyteen.
Rullan käsittely parantaa tuotteen mikrogeometriaa. Jäännöspuristusjännitysten syntyminen lisää tuotteen väsymisrajaa ja kestävyyttä. Rullavalssausta käytetään akseleiden käsittelyyn, putkien ja tankojen kalibrointiin. Kuvassa Kuvassa 1 on esitetty teräksestä 45 valmistetun rautatievaunun teräsakselin näytteen karkaistu pintakerros. Kerroksen mikrorakenne koostuu epämuodostuneista ferriitin ja perliitin rakeista. Telalla valssaus jalosti rakennetta, pintakerroksessa yksittäisiä rakeita ei voi erottaa (kuva 1, a). Siellä missä muodonmuutos oli pienempi, voidaan erottaa rakenne, jolla on muodonmuutokselle ominaista suuntaavuus (kuva 1, b). Kovettumisen syvyyttä säätelevät mikrokovuuden muutokset (kuva 2).
 |
|
| A | b |
Kuva 1. Teräksen 45 pintakerroksen mikrorakenne telalla valssauksen jälkeen
Kuva 2. Mikrokovuuden vaihtelu halkaisijaltaan erilaisten akselien poikkileikkauksen syvyyden mukaan.
Neulajyrsintä jyrsijöillä, joiden pinnalla on 200 000 - 40 miljoonaa tiheästi sijoitettua neulaa, jotka on valmistettu erittäin lujasta teräslangasta, jonka halkaisija on 0,2-0,8 mm, mahdollistaa myös osien pinnan karkaisun. Neulajyrsintää käytetään litteiden ja sylinterimäisten pintojen käsittelyyn sekä osien puhdistamiseen kattilasta. Neulajyrsinnässä muodostuu myös kovettunut pintakerros (kuva 3). Tässä tapauksessa vahvistettu kerros koostuu epämuodostuneista ferriitin ja perliitin rakeista (kuva 3, a). Käsitellyllä pinnalla näkyy leikkurin jälkiä (kuva 3, b).
Kuva 3. Vahvistetun teräskerroksen 20ХНР (a) mikrorakenne, alkutila - normalisointi; pinta neulajyrsinnän jälkeen (b).
Pintakarkaisun ydin on, että teräsosan pintakerrokset kuumennetaan nopeasti karkaisulämpötilan yläpuolelle ja jäähdytetään sitten kriittistä korkeammalle nopeudella. Pinnan kovettamisen päätarkoitus: lisää pinnan kovuutta, kulutuskestävyyttä ja kestävyysrajaa säilyttäen samalla viskoosin ytimen. Lämmitys voidaan periaatteessa suorittaa eri tavoin. Teollisuudessa yleisin pintakarkaisumenetelmä on induktiokarkaisu kuumennuksella suurtaajuisilla virroilla. Vahvistettu kerros näkyy pääsääntöisesti jo makrorakenneanalyysin aikana (kuva 4). Vasemmalla on syövyttäminen näytteestä. Se heijastaa valoa enemmän kuvattaessa, joten se näyttää tummalta. Oikealla on etsauksen jälkeinen alue. Kovettunut kerros näkyy selvästi.
Kuva 4. Fragmentti auton osasta; makrorakenne
Sekä makro- että mikrorakenneanalyysi (kuva 5a) osoittaa, että vahvistettu vyöhyke koostuu kahdesta kerroksesta: vaaleasta aivan pinnasta ja sitten tummemmasta. Ylempi kevyt kerros on rakenteeltaan karkaistua martensiittia (kuva 5b). Martensiitti muodostui, kun pinta jäähtyi nopeasti. Tummempi kerros on karkaistua martensiittia (kuva 5c). Tämä on martensiitti, joka muodostui myös kiihdytetyn jäähdytyksen aikana, mutta pysyi kohotetussa lämpötilassa pidempään, mikä osoittautui riittäväksi karkaisun tapahtumiseen. Osan ydin voi sisältää sorbitolia tai troostiittia eri syvyyksillä (kuva 5d).
Kuva 5. Korkeataajuisella karkaisulla saadun kerroksen (kuvassa 4) mikrorakenne: a - karkaistua ja karkaistua martensiittia, b - karkaistua martensiittia, c - karkaistua martensiittia, d - troostiittia ja martensiittia ytimessä.
Menetelmät rakenteen ja koostumuksen muuttamiseen
Kovetusmenetelmiä, joissa pinnan kemiallinen koostumus ja rakenne muuttuvat, ovat muun muassa kemiallinen lämpökäsittely (CHT). Se koostuu teräksen pintakerroksen kyllästämisestä erilaisilla elementeillä korkeassa lämpötilassa. Kyllästyselementistä riippuen on olemassa seuraavat kemiallis-lämpökäsittelyt: hiiletys, nitridointi, nitrohiiletys (syanidointi), boridointi, diffuusiometallointi(alitisointi, kromaus, silikonointi jne.). Kaikille pintakarkaisuille yhteistä on pintakerroksen kovuuden lisääntyminen. Osan pintakarkaisumenetelmän valinta riippuu sen käyttöolosuhteista, muodosta, koosta, valitun teräksen laadusta ja muista tekijöistä.
Eniten käytetty hiiletys - teräspinnan kyllästäminen hiilellä. Hiiletys antaa teräspinnalle korkean kovuuden ja kulutuskestävyyden säilyttäen samalla sitkeän ja sitkeän ytimen. Sementoidut tuotteet saavat lopulliset ominaisuutensa kovettumisen ja matalan karkaisun jälkeen. Sementointi suoritetaan yleensä teräksistä valmistetuille osille, joiden hiilipitoisuus on enintään 0,25 % ja jotka toimivat kosketuskulumisolosuhteissa ja vaihtelevien kuormien vaikutuksesta: keskikokoiset vaihteet, holkit, männän tapit, nokat, auton vaihteiston akselit, yksittäiset ohjausosat jne. d.
Sementoidun kerroksen hiilipitoisuus vaihtelee koko paksuudeltaan, pienentyen teräsosan pinnasta ytimeen. Siksi sementoinnissa pintakerroksessa muodostuvassa rakenteessa on erilainen perliitin, ferriitin ja sementiitin suhde. Hiiletyksen jälkeen terästuotteessa on neljä päävyöhykettä (kuva 6):
Riisi. 6. Hiilihypoeutektoidisen teräksen 10 mikrorakenne hiiletyksen jälkeen.
1 - hypereutektoidinen vyöhyke, joka koostuu perliitti- ja sementiittiverkosta (kuva 7a);
2 - eutektoidivyöhyke, joka on perliitti (kuvio 7b);
3 - hypoeutektoidinen vyöhyke, jossa, kun lähestyt ydintä, hiilen ja perliitin määrä vähenee ja ferriitin määrä kasvaa (kuva 7c);
4 - alkuperäinen, ilman muutoksia hiiletyksen jälkeen, terästuotteen rakenne.
Sementoidun kerroksen syvyydeksi "h" otetaan hypereutektoidin, eutektoidin ja puolet hypoeutektoidista vyöhykkeestä, jossa ferriitin ja perliitin määrä on kumpikin 50 %.
Kuva 7. Sementoidun osan vyöhykkeiden rakenne: a - hypereutektoidinen vyöhyke (sementiitti + perliitti), b - eutektoidinen vyöhyke (perliitti), c - hypoeutektoidinen vyöhyke (perliitti + ferriitti).
Kuva 8. Pintakerroksen kovuuden muutos hiiletyksen ja lämpökäsittelyn jälkeen
Nitraus on prosessi, jossa teräksen pintakerros kyllästetään typellä ja se suoritetaan useimmiten 500-600 o C:n lämpötiloissa. Nitraus, kuten hiiletys, lisää teräspinnan kovuutta ja kulutuskestävyyttä. Kuvassa 9 on sarja painaumia mitattaessa mikrokovuutta nitridoidun näytteen poikittaisleikkauksella. Yläosassa on kovettunut kerros (tumma raita). Tulosteiden halkaisija pienenee, kun ne lähestyvät pintaa. Kovuus on siellä korkeampi.
Kuva 9. Mikrokovuusjälkien "jälki"; teräsosa nitrauksen jälkeen
Nitrattu kerros on yleensä valkoinen. Kerros itsessään ei muutu metallografisen syövytyksen aikana ja teräksen alla on lämpökäsittelyä vastaava rakenne (kuva 10). Kuvassa 11 näkyy auton osa ja mikrokovuuden muutos eri "hampaiden" varrella.
Kuva 10. Nitrattu kerros teräksellä 40ХГНМ
 |
 |
| A | b |
Kuva 11. Auton osa (a) ja sen pintakerroksen mikrokovuuden (b) muutos nitrauksen jälkeen
Tällä hetkellä plasma- ja ioni-plasma-nitridausta käytetään laajalti. Pintakerroksen rakenne tällaisen käsittelyn jälkeen on hienojakoista martensiittia (1), jonka alla on siirtymävyöhyke (2); muuttumaton rakenne (3) sijaitsee syvemmällä (kuva 12).
Kuva 12. Pintakerroksen rakenne typpiplasmakäsittelyn jälkeen; U8A terästä
Boridointi on prosessi, jossa metallien ja metalliseosten pinnan diffuusiokyllästetään boorilla kuumennettaessa kemiallis-lämpökäsittely. Boridointi lisää pinnan kovuutta merkittävästi. Boridointi suoritetaan jauheseoksissa elektrolyysillä. Käytettävissä on myös nestemäistä elektrolyysivapaata boridointia, ioniboridointia ja pinnoitteista (pastat) -boridointia. Boridointi suoritetaan useimmiten sulan booraksin (Na 2 B 4 O 7) elektrolyysillä. Tuote toimii katodina. Kyllästyslämpötila 930–950 °C, pitoaika 2–6 tuntia.
Boridoinnin jälkeen näytteen pinnalle muodostuu tiheä valkoinen boridekerros (kuva 13). Valkoinen kerros koostuu yhteen kietoutuvista pylväskiteistä, joiden koostumus on FeB ja Fe 2 B. Boridikerroksen rakenteeseen vaikuttaa teräksen koostumus. Teräksessä 25KhGT (kuva 13, a) ja teräksessä 45 (kuva 13, b) on kiinteä liuosvyöhyke boridikiteiden välissä. Teräksessä 40X (kuva 13, c) kerros koostuu vain pidennetyistä borideneuloista. Booratun kerroksen ja ytimen välille muodostuu siksak-rajapinta.
 |
 |
 |
| A | b | V |
Kuva 13. Borattujen kerrosten rakenne teräksissä 25KhGT (a), 45 (b), 40Kh (c)
