Detalių paviršiaus grūdinimo būdai. Paviršinis detalių grūdinimas Metalų grūdinimo būdai
VAMZDŽIO PLIENO STIPRINIMO METODAI
Elizaveta Vladimirovna Filipenko
studentas gr. 3 metai, GBOU SPO SO "Pervouralsko metalurgijos koledžas", Pervouralskas
E- Paštas: cher - ev @ Paštas . ru
Shcherbinina E.V.
mokytojas specialus VKK disciplinos, Pervouralsko vadovas
Metalurgijos pramonė– vienas didžiausių šalies ūkio sektorių ir pagal eksporto pajamas yra antroje vietoje po naftos ir dujų komplekso.
Pastaraisiais metais Rusijos juodosios metalurgijos išsivystymo lygis labai išaugo. Tai visų pirma lemia didelės finansinių investicijų apimtys, skirtos didžiausių pramonės įmonių gamybos modernizavimui.
Viena iš pagrindinių metalurgijos komplekso šakų yra vamzdžių gamyba.
Vamzdžiai gaminami pramoniniu būdu, iš metalų ir lydinių, organinių medžiagų (plastikų, dervų), betono, keramikos, stiklo, medžio ir jų kompozicijų.
Vamzdžiai naudojami įvairioms terpėms transportuoti, izoliuoti ar grupuoti kitus laidus. Metalinis vamzdis plačiai naudojamas statybose, kaip konstrukcinis profilis, mechanizmuose – kaip velenas sukimui perduoti ir kt.
Vamzdžiai klasifikuojami pagal gamybos metodą (valcuoti besiūliai, ekstruziniai, suvirinti plieniniai ir liejiniai).
Vamzdžiai, pagaminti iš įvairių rūšių plieno, plačiai naudojami pramonėje.
Yra keli vamzdžių plieno grūdinimo būdai, kurie plačiai naudojami gamyboje:
1. Termo-mechaninis apdorojimas susideda iš plastinės austenito deformacijos, po kurios seka sukietėjimas iki martensito ir žemas grūdinimas.
2. Paviršiaus grūdinimas susideda iš plieno paviršiaus sluoksnio kaitinimo virš Ac 3 taško ir vėlesnio aušinimo, kad būtų pasiektas didelis detalės paviršiaus sluoksnio kietumas ir stiprumas kartu su klampia šerdimi. Šildymas kietėjimui atliekamas naudojant aukšto dažnio sroves, dujų arba deguonies-acetileno degiklių liepsną, taip pat lazerio spinduliuotę.
3. Gydymas šalčiu atliekami siekiant padidinti plieno kietumą, sulaikytą grūdinto plieno austenitą paverčiant martensitu. Tai atliekama atšaldant plieną iki žemesnio martensito taško temperatūros.
4. Paviršiaus grūdinimas plastine deformacija - Detalės paviršius sukietėja dėl šaltos deformacijos, o tai leidžia padidinti jos nuovargio stiprumą.
5. Cheminis terminis apdorojimas - metalų terminis apdorojimas įvairiose chemiškai aktyviose aplinkose, siekiant pakeisti metalo paviršinio sluoksnio cheminę sudėtį ir struktūrą, padidinant jo savybes. Šios procedūros apima cementavimą, nitrokarburizacija azotavimas, cianidavimas - tikslas: detalės paviršiaus kietumas, atsparumas dilimui ir patvarumo riba; difuzinė metalizacija (alitizavimas, silikonizavimas, chromavimas ir kt.) - tikslas: padidinti paviršiaus atsparumą korozijai dirbant įvairiose korozinėse aplinkose.
Vamzdžių plienui stiprinti naudojami novatoriški metodai.
Valdomas riedėjimas.
Tai aukštos temperatūros termomechaninio plieno ir lydinių apdorojimo procesas, kuriam būdingas reguliuojamas, priklausomai nuo cheminės sudėties, metalo šildymo sąlygos, proceso temperatūros ir deformacijos parametrai bei nurodyti metalo aušinimo režimai įvairiuose etapuose. plastiko apdirbimas.
Rezultatas: ši technologija leidžia išgauti optimalius gatavų valcuotų gaminių stiprumo ir kietumo savybių derinius nenaudojant terminio apdorojimo ir sunaudojant mažiau legiruojančių priedų.
Pagrindinis valdomo valcavimo principas yra išgryninti austenito ir atitinkamai ferito grūdelius, dėl kurių tuo pačiu metu padidėja plieno stiprumas ir kietumas.
Kontroliuojamas valcavimas turi 3 vamzdžių plieno gamybos etapus: deformacija austenito rekristalizavimo zonoje, nekristalizuojančio austenito deformacija ir deformacija dvifazėje austenito-ferito srityje. Tyrimai parodė, kad valcavimo metu apdailos stende, esant žemesnei nei Ar 3 temperatūrai, mechaninėms savybėms įtakos turi išnirimas, pagrindo ir tekstūros stiprinimas. Pagrindiniai skirtumai tarp įprasto ir kontroliuojamo valcavimo yra tai, kad valdomo valcavimo metu deformacinės juostos atskiria austenito grūdelius į kelis blokus. Kiekvieno bloko riba yra ferito grūdelių branduolių susidarymo šaltinis. Dėl to iš vienodo dydžio austenito grūdelių kontroliuojamo valcavimo metu susidaro mažesni ferito grūdeliai nei įprasto karštojo valcavimo metu, kai ferito grūdelių branduoliavimasis vyksta ties austenito grūdelių ribomis. Be to, padidėjus aktyvių ferito branduolių susidarymo centrų skaičiui, transformacijos procesas pagreitėja, dėl to sumažėja tikimybė, kad susidarys bainitinė struktūra, suteikianti plienui mažą kietumą. .
Valcavimo gamyboje imamasi priemonių detalės matmenų tikslumui padidinti:
1) standžių stovų, užtikrinančių minimalias tamprias riedėjimo stovo deformacijas, naudojimas;
2) kaitinimo krosnių konstrukcijos ir šildymo kokybės tobulinimas, leidžiantis išlaikyti vienodą temperatūrą ruošinio ir skirtingų ruošinių skerspjūvyje;
3) optimalaus juostelių aušinimo panaudojimas, kompensuojantis ritinių temperatūros padidėjimą veikiant įkaitusių juostų karščiui ir plastinės deformacijos metu išsiskiriančiai šilumai;
4) ritinio darbinio paviršiaus kietumo didinimas;
5) vienoda metalo deformacija matuokliuose ir slėgio mažinimas valcavimo metu, naudojant optimalų valcavimo ritinių kalibravimą, naudojant modernius riedėjimo guolius ir skysčių trintį valcavimo stenduose, įrengiant ištisinius valcavimo staklynus su nuolatiniais įtaisais, reguliuojančiais valcavimo gaminių įtempimą tarp stendų. ir kt.
1 pav. Deformacijos temperatūros valdomo valcavimo metu poveikio austenito grūdelių morfologijai ir ferito-perlito struktūrai mažai anglies turinčio mikrolegiruoto plieno schema.
Mažai anglies išskiriantis plienas, turintis sudėtingą grūdinimą ir heterofazę, turintis žemoje temperatūroje austenito skilimo produktų.
Plienas, kurio struktūra yra daugiakampio ferito, bainito ir mažų martensito salelių (likutinio austenito), turi ištisinę tempimo diagramą be išeigos plynaukštės. Skirtingai nuo ferito-perlito struktūros plienų, tai gali užtikrinti pastebimą tempimo sukietėjimą gamybos proceso metu, o tai rodo, kad vamzdžio metalo stiprumas, palyginti su ruošiniu, padidėja, o tai padidina šios klasės plieno naudojimo perspektyvas. Galima sumažinti derlingumo plotą ir padidinti polinkį susidaryti lygią tempimo diagramą, pakeitus perlitą bainitu, esant martensitiniam-wastenitiniam komponentui. Pažymėtina, kad didele dalimi perskaičiavimo koeficiento sumažėjimas yra susijęs su liekamųjų įtempių poveikiu makro lygiu. Šiuo atžvilgiu mikrostruktūros įtaka yra sudėtingesnė, todėl reikia atskirai apsvarstyti. Lakštuose, kurių storis iki 12-15 mm, išeigos plokštuma gali būti pašalinta, jei laikomasi šio santykio:
32,5 Mo + 10 (Mn + Cr) +2,5 Ni > 23
Deja, Rusijos metalurgai dar nėra visiškai pasirengę pramoninei šios klasės plieno lakštų ir ritinių gamybai, o pasaulinėje vamzdynų tiesimo praktikoje jau yra naudojami X100 ir X120 tikslumo klasės vamzdžiai.
Akivaizdu, kad naujos kartos mažai anglies dioksido išskiriantys plienai, kurių stiprumas užtikrinamas dėl žematemperatūrių virsmo produktų susidarymo, išsiskiria unikaliu savybių rinkiniu, lyginant su ferito-perlitiniais plienais su dispersiniu ir substruktūriniu sutvirtinimu. Ferito-perlito (mažo perlito) plieno savybių lygį daugiausia lemia ferito stiprinimo laipsnis, atsirandantis dėl pagrindo sukūrimo ir karbidonitridų, daugiausia vanadžio, išsiskyrimo.
Išvada.
Pastaruoju metu Rusijoje nuolat auga plieninių vamzdžių gamyba. Tam tikrų rūšių plieninių vamzdžių suvartojimas tęsia ankstesnių metų tendencijas: mažėja mažo ir vidutinio skersmens suvirintų vamzdžių bei išaugo didelio skersmens suvirintų vamzdžių ir besiūlių alyvos kokybės vamzdžių, naudojamų gamybai. dujų ir naftos transportavimas; Besiūliai vamzdžiai ir toliau bus keičiami suvirintais vamzdžiais, kurių gamyba jau pasiekė 64% visos vamzdžių gamybos apimties.
Artimiausiais metais Rusijos gamintojai aktyviai modernizuos įrangą, įves naujus pajėgumus aukštos kokybės ruošinių gamybai ir tarptautinius standartus atitinkančių vamzdžių gamybai.
Pasaulinės Rusijos pramonės ateitis yra užsienio ir vidaus rinkose. Užsienio rinkoje lygis jau siekia iki 25% šalyje pagamintų vamzdžių; Geros perspektyvos yra ir vidaus rinkoje, atsižvelgiant į Rusijos pirmaujančias naftos ir dujų atsargas, didelius jų transportavimo atstumus ir daugelio didelių vamzdynų projektų įgyvendinimą.
Poreikis didinti plienų konstrukcinį stiprumą lemia perėjimą prie didelio tikslumo, daug žinių reikalaujančių metalurgijos technologijų. Aukštų stiprumo klasių vamzdžiams – sudėtingo grūdinimo ir heterofazės struktūros, turinčio žemoje temperatūroje austenito skilimo produktų, perspektyva mažo anglies kiekio plienams ir kontroliuojamos valcavimo technologijos, leidžiančios gauti optimalius stiprumo ir kietumo derinius. gatavų valcuotų gaminių savybės nenaudojant terminio apdorojimo ir sunaudojant mažai legiruojančių priedų, yra akivaizdžios.
Norint įsisavinti tokių gaminių gamybą, reikia kokybiškai pakeisti pagrindinius vidaus metalurgijos įmonių pajėgumus, remiantis šiuolaikinių technologijų, plačiai naudojamų pasaulinėje praktikoje, naudojimu.
Bibliografija:
1. Ekonominės informacijos agentūra "Prime"
2. Analitinis portalas „Kainų stebėjimas“
3. Bronfinas B.M., Emelyanovas A.A., Šveikinas V.P. Dviejų fazių feritiniai-martensitiniai plienai, sustiprinti vanadžio karbidais / Vanadžio junginių chemija, technologija ir taikymas: IV visos sąjungos konferencijos tezės. Nižnij Tagilas, 1982. P. 106.
4. Bronfinas B.M., Emelyanovas A.A., Šveikinas V.P. Dviejų fazių feritinių-martensitinių plienų substruktūrinis grūdinimas // Metalų substruktūrinis grūdinimas ir difrakcijos tyrimo metodai. Kijevas: Naukova Dumka. 1985. 133-135 p.
5. Gračiovas S.V., Barazas V.R., Bogatovas A.A., Šveikinas V.P. Fizinė metalurgija. Vadovėlis universitetams. Jekaterinburgas. Red. 2, pridėti. Ir teisingai. Leidykla USTU-UPI, 2001, p. 534.
Daugelis mašinų dalių veikia trinties sąlygomis ir yra veikiamos smūginių ir lenkimo apkrovų, todėl turi turėti kietą, dilimui atsparų paviršių, tvirtą ir kartu klampią bei plastišką šerdį. Tai pasiekiama paviršiaus grūdinimu.
Paviršiaus grūdinimo tikslas – padidinti detalių paviršinių sluoksnių stiprumą, kietumą ir atsparumą dilimui, išlaikant klampią, plastikinę šerdį, kuri sugeria smūgines apkrovas.
Mašinų dalyse, veikiančiose veikiant dinaminėms ir ciklinėms apkrovoms, veikiant tempimo įtempiams, paviršiaus sluoksniuose atsiranda nuovargio įtrūkimai. Jei paviršiuje susidaro liekamieji gniuždymo įtempiai, tai tempimo įtempiai nuo veikiančių apkrovų bus mažesni ir padidės ištvermės (nuovargio) riba. Gniuždymo įtempių sukūrimas detalių paviršiniuose sluoksniuose yra antrasis paviršiaus grūdinimo tikslas.
Techninėse detalės gamybos sąlygose nurodytas sukietėjusio sluoksnio kietumas ir gylis, šerdies stiprumas ir kietumas.
Pagrindiniai paviršiaus grūdinimo būdai gali būti suskirstyti į tris grupes:
mechaninė - plastinė paviršinių sluoksnių deformacija, sukietėjimo (sukietėjimo) sukūrimas;
terminis – paviršiaus grūdinimas;
cheminis ir terminis apdorojimas (cementavimas, azotavimas, chromavimas ir kt.).
3.1. Mechaninis paviršiaus grūdinimas
Metalo kietėjimas veikiant šaltai plastinei deformacijai vadinamas šaltuoju kietėjimu arba šaltuoju kietėjimu. Tokiu atveju pakinta metalo sandara: išsikraipo kristalinė gardelė ir deformuojasi grūdeliai, t.y., iš lygiašių virsta nevienašiais (torto, blyno pavidalu, 1 pav.). Tai lydi kietumo ir stiprumo padidėjimas 1,5–3 kartus. Sukietėjusiame sluoksnyje atsirandantys gniuždymo įtempiai padidina atsparumą nuovargiui. Paviršiaus sukietėjimas plastinės deformacijos būdu padidina detalių patikimumą, sumažina jautrumą įtempių koncentratoriams, padidina atsparumą dilimui ir atsparumą korozijai, pašalina ankstesnio apdorojimo pėdsakus.
Ryžiai. 1. Plastinės deformacijos įtaka metalo mikrostruktūrai:
a – prieš deformaciją; b – po deformacijos
Daugumą grūdinimo operacijų galima atlikti universaliomis metalo pjovimo staklėmis (tekinimo staklėmis, obliais, grąžtais), naudojant paprastos konstrukcijos įrenginius. Šios grūdinimo operacijos efektyviausios metalams, kurių kietumas iki HB250 - 280.
Krovimas voleliais ir rutuliais– operacija, kurios metu grūdinto plieno volas (rutulys), besisukantis aplink grūdintiną paviršių, veikiant tam tikrai apkrovai (slėgiui), deformuoja, t.y., iki tam tikro gylio sutraiško paviršinį metalo sluoksnį (2 pav.). Atsiranda kietėjimas – kietėjimas. Sukietėjusio sluoksnio gylis 0,5 – 2,0 mm. Šis metodas daugiausia sustiprina tokias dalis kaip besisukantys korpusai (velenai, ašys, rankovės) arba turinčios didelius plokščius paviršius.
Šratinimas– operacija, kurios metu dideliu greičiu (90 - 150 m/s) iš šratų išskridusios kieto metalo dalelės (šūvis) atsitrenkia į grūdinamą paviršių ir įvyksta sukietėjimas. Padidėja stiprumas, kietumas ir atsparumas nuovargiui. Sukietėjusio sluoksnio storis 0,2 – 0,4 mm. Spyruoklės, spyruoklės, krumpliaračiai, sukimo velenai ir kt.. Pavyzdžiui, spyruokliniai lakštai po terminio apdorojimo prieš sumontuojant į pakuotę yra šratinami, o tai žymiai padidina spyruoklės tarnavimo laiką (nuo trijų iki penkių kartų). ).
D 
Tvirtas pūtimas yra paskutinė technologinė dalių operacija po mechaninio ir terminio apdorojimo. Įranga yra šratų sprogdintojai. Labiausiai paplitę yra mechaniniai didelio našumo šratai. Šūviai yra sferinės dalelės, pagamintos iš kieto plieno arba balto ketaus. Normalizuoto 20 klasės plieno šratavimas padidina kietumą 40%, o 45 klasės plieno - 20%; liekamasis gniuždymo įtempis paviršiuje – iki 80 MPa.
Ryžiai. 2. Valcavimo (a, b) ir valcavimo (c, d) paviršių schemos
D 
Tvirtas valymas pūtimu naudojamas kaip efektyvus būdas padidinti kaltinio ir liejamo plieno gaminių patvarumą ir stiprinti didelio stiprumo ketus.
Šie grūdinimo būdai dažniausiai naudojami mechanikos inžinerijoje. Be jų, naudojamas vibracinis valcavimas (3 pav.), skylių kalibravimas (4 pav.), deimantinis išlyginimas ir kt.
Ryžiai. 4. Skylių kalibravimo schemos: a – su kamuoliuku; b, c – įtvaras
Termo-mechaninis plieno apdirbimas
Vienas iš grūdinimo apdorojimo technologinių procesų yra termomechaninis apdorojimas (TMT).
Termomechaninis apdorojimas reiškia kombinuotus medžiagų struktūros ir savybių keitimo metodus.
Termomechaninis apdirbimas apjungia plastinę deformaciją ir terminį apdorojimą (iš anksto deformuoto plieno grūdinimas austenitinėje būsenoje).
Termomechaninio apdorojimo privalumas yra tas, kad ženkliai padidėjus stiprumui šiek tiek sumažėja plastiškumo charakteristikos, o atsparumas smūgiams yra 1,5...2 kartus didesnis, lyginant su smūginiu atsparumu tam pačiam plienui grūdinant žemu grūdinimu.
Priklausomai nuo temperatūros, kurioje atliekama deformacija, išskiriamas aukštos temperatūros termomechaninis apdorojimas (HTMT) ir žemos temperatūros termomechaninis apdorojimas (LTMT).
Aukštos temperatūros termomechaninio apdorojimo esmė yra kaitinti plieną iki austenitinės būsenos temperatūros (aukščiau A 3). Esant tokiai temperatūrai, plienas deformuojasi, todėl austenitas sukietėja. Tokios austenito būsenos plienas grūdinamas (16.1 pav. a).
Aukštos temperatūros termomechaninis apdorojimas praktiškai pašalina temperatūrų trapumą pavojingame temperatūros diapazone, susilpnina negrįžtamą trapumą ir žymiai padidina kietumą kambario temperatūroje. Šalto trapumo temperatūros slenkstis mažėja. Aukštos temperatūros termomechaninis apdorojimas padidina atsparumą trapiems lūžiams ir sumažina jautrumą įtrūkimams terminio apdorojimo metu.
Ryžiai. 16.1. Plieno termomechaninio apdorojimo režimų schema: a – aukštatemperatūrinis termomechaninis apdorojimas (HTMT); b – žematemperatūrinis termomechaninis apdorojimas (LTMT).
Aukštos temperatūros termomechaninis apdorojimas gali būti efektyviai naudojamas anglies, legiruoto, konstrukcinio, spyruoklinio ir įrankių plienams.
Vėlesnis grūdinimas 100...200 o C temperatūroje atliekamas siekiant išlaikyti aukštas stiprumo vertes.
Žemos temperatūros termomechaninis apdorojimas (ausformavimas).
Plienas kaitinamas iki austenitinės būsenos. Tada jis laikomas aukštoje temperatūroje, atšaldomas iki aukštesnės nei martensitinės virsmo pradžios temperatūros (400...600 o C), bet žemesnėje už rekristalizavimo temperatūrą ir šioje temperatūroje atliekamas slėginis apdorojimas ir gesinimas ( 16.1 pav. b).
Žemos temperatūros termomechaninis apdorojimas, nors ir suteikia didesnį sutvirtinimą, nesumažina plieno polinkio grūdinti trapumą. Be to, reikalingas didelis deformacijos laipsnis (75...95%), todėl reikalinga galinga įranga.
Žemos temperatūros termomechaninis apdirbimas taikomas martensitu grūdintam vidutinio anglies legiruoto plieno, kuris turi antrinį austenito stabilumą.
Stiprumo padidėjimas termomechaninio apdorojimo metu paaiškinamas tuo, kad dėl austenito deformacijos susmulkinami jo grūdeliai (blokai). Palyginus su įprastu grūdinimu, blokelių matmenys sumažėja nuo dviejų iki keturių kartų. Taip pat padidėja dislokacijos tankis. Vėliau gesinant tokį austenitą, susidaro mažesnės martensito plokštės ir sumažėja įtempiai.
Vidutiniškai mechaninės savybės po skirtingų tipų TMT inžineriniam plienui turi šias charakteristikas (žr. 16.1 lentelę):
16.1 lentelė. Plieno mechaninės savybės po TMT
Termomechaninis apdorojimas taip pat naudojamas kitiems lydiniams.
Plieninių detalių paviršinis grūdinimas
Konstrukcinis tvirtumas dažnai priklauso nuo medžiagos būklės detalės paviršiniuose sluoksniuose. Vienas iš plieninių detalių paviršiaus grūdinimo būdų yra paviršiaus grūdinimas.
Dėl paviršiaus grūdinimo, gaminio paviršinių sluoksnių kietumas didėja kartu didėjant atsparumui dilimui ir patvarumo ribai.
Visiems paviršiaus grūdinimo tipams būdingas detalės paviršiaus sluoksnio pašildymas iki kietėjimo temperatūros, po kurio greitai atšaldoma. Šie metodai skiriasi dalių šildymo būdais. Sukietėjusio sluoksnio storis paviršiaus grūdinimo metu nustatomas pagal kaitinimo gylį.
Labiausiai paplitęs yra elektroterminis grūdinimas kaitinant gaminius aukšto dažnio srovėmis (HFC) ir grūdinimas dujų liepsna kaitinant dujų-deguonies arba deguonies-žibalo liepsna.
Grūdinimas aukšto dažnio srovėmis.
Metodą sukūrė sovietų mokslininkas V. P. Vologdinas.
Jis pagrįstas tuo, kad jei metalinė dalis yra patalpinta į kintamąjį magnetinį lauką, kurį sukuria laidininkas-induktorius, tada joje bus sukeltos sūkurinės srovės, dėl kurių metalas įkaista. Kuo didesnis srovės dažnis, tuo plonesnis sukietėjęs sluoksnis.
Paprastai naudojami mašininiai generatoriai, kurių dažnis yra 50...15000 Hz, ir vamzdiniai generatoriai, kurių dažnis didesnis nei 10 6 Hz. Sukietėjusio sluoksnio gylis iki 2 mm.
Induktyvumo ritės pagamintos iš varinių vamzdelių, kurių viduje cirkuliuoja vanduo, todėl neįkaista. Induktoriaus forma atitinka išorinę gaminio formą, o tarpas tarp induktoriaus ir gaminio paviršiaus turi būti pastovus.
HDTV grūdinimo technologinio proceso schema parodyta pav. 16.2.
Ryžiai. 16.2. Aukšto dažnio grūdinimo technologinio proceso schema
Pakaitinus induktorių 2 3...5 s, 1 dalis greitai perkeliama į specialų aušinimo įrenginį - purkštuvą 3, per kurio angas ant šildomo paviršiaus purškiamas gesinimo skystis.
Didelis šildymo greitis perkelia fazių transformacijas į aukštesnę temperatūrą. Kietėjimo temperatūra kaitinant aukšto dažnio srovėmis turi būti aukštesnė nei įprasto kaitinimo metu.
Tinkamomis šildymo sąlygomis po aušinimo gaunama smulkiaadatinio martensito struktūra. Kietumas padidėja 2...4 HRC lyginant su įprastiniu grūdinimu, padidėja atsparumas dilimui ir ištvermės riba.
Prieš grūdinant aukšto dažnio šiluma, gaminys yra normalizuojamas, o po sukietėjimo – žemas grūdinimas 150...200 o C temperatūroje (savaiminis grūdinimas).
Šį metodą patartina naudoti plieno gaminiams, kuriuose anglies kiekis didesnis nei 0,4%.
Metodo privalumai:
· didesnis efektyvumas, nereikia šildyti viso gaminio;
· aukštesnės mechaninės savybės;
· detalės paviršiaus dekarbonizacijos ir oksidacijos nebuvimas;
· deformacijos defektų ir kietėjančių plyšių susidarymo mažinimas;
· procesų automatizavimo galimybė;
· aukšto dažnio grūdinimo naudojimas leidžia pakeisti legiruotą plieną pigesniu angliniu plienu;
· leidžia grūdinti atskiras detalės dalis.
Pagrindinis metodo trūkumas– didelė indukcinių instaliacijų ir induktorių kaina.
Patartina naudoti serijinėje ir masinėje gamyboje.
Kietėjimas dujų liepsna.
Šildymas atliekamas acetileno-deguonies, dujų-deguonies arba žibalo-deguonies liepsna, kurios temperatūra 3000...3200 o C.
Paviršinio sluoksnio struktūra po sukietėjimo susideda iš martensito, martensito ir ferito. Sukietėjusio sluoksnio storis 2...4 mm, kietumas 50...56 HRC.
Metodas naudojamas dideliems sudėtingo paviršiaus gaminiams (sraigtiniams krumpliaračiams, sliekiniams), plieno ir ketaus valcavimo ritiniams grūdinti. Naudojamas masinėje ir individualioje gamyboje, taip pat remonto darbams.
Šildant didelius gaminius, degikliai ir aušinimo įrenginiai juda palei gaminį arba atvirkščiai.
Metodo trūkumai:
· mažas našumas;
· sunku reguliuoti sukietėjusio sluoksnio gylį ir šildymo temperatūrą (perkaitimo galimybė).
Senėjimas
Grūdinimas taikomas lydiniams, kurie buvo gesinti polimorfine transformacija.
Taikoma medžiagoms, kurios kietėja be polimorfinės transformacijos. senėjimas.
Grūdinimas be polimorfinės transformacijos – tai terminis apdorojimas, kuris žemesnėje temperatūroje fiksuoja lydiniui būdingą būseną aukštesnėje temperatūroje (persotintas kietas tirpalas).
Senėjimas– terminis apdorojimas, kurio metu pagrindinis procesas yra persotinto kieto tirpalo skilimas.
Dėl senėjimo kinta sukietėjusių lydinių savybės.
Skirtingai nuo grūdinimo, po senėjimo padidėja stiprumas ir kietumas, mažėja plastiškumas.
Lydinių senėjimas yra susijęs su kintamu perteklinės fazės tirpumu, o kietėjimas senėjimo metu įvyksta dėl dispersinių kritulių skaidant persotintą kietą tirpalą ir dėl to atsirandančių vidinių įtempių.
Senstant lydiniuose, nuosėdos iš kietų tirpalų atsiranda šiomis pagrindinėmis formomis:
· plonalėkštė (disko formos);
· lygiašiai (sferiniai arba kubiniai);
· adatos formos.
Nuosėdų formą lemia konkuruojantys veiksniai: paviršiaus energija ir tampriosios deformacijos energija, kurios linkusios į minimumą.
Lygiagrečių nuosėdų paviršiaus energija yra minimali. Plonų plokštelių pavidalo nuosėdoms elastinių iškraipymų energija yra minimali.
Pagrindinis senėjimo tikslas – padidinti stiprumą ir stabilizuoti savybes.
Senėjimas išskiriamas į natūralų, dirbtinį ir po plastinės deformacijos.
Natūralus senėjimas yra spontaniškas sukietėjusio lydinio stiprumo padidėjimas ir plastiškumo sumažėjimas, atsirandantis jį veikiant normalioje temperatūroje.
Kaitinant lydinį, padidėja atomų mobilumas, o tai pagreitina procesą.
Jėgos padidėjimas veikiant aukštesnėje temperatūroje vadinamas dirbtinis senėjimas.
Lydinio tempiamasis stipris, takumo riba ir kietumas didėja ilgėjant senėjimo trukmei, pasiekia maksimumą ir tada mažėja (perdėto senėjimo reiškinys)
Natūraliai senstant, per didelis senėjimas nevyksta. Kylant temperatūrai, senėjimo stadija pasiekiama anksčiau.
Jei sukietėjęs lydinys, turintis persotinto kieto tirpalo struktūrą, yra plastiškai deformuojamas, paspartėja ir procesai, vykstantys senstant - tai yra senėjimo įtampa.
Senėjimas apima visus procesus, vykstančius persotintame kietame tirpale: procesus, kuriais ruošiamas atskyrimas, ir pačius atskyrimo procesus.
Praktikai didelę reikšmę turi inkubacinis laikotarpis – laikas, per kurį sukietėjusiame lydinyje vyksta paruošiamieji procesai, kai išlaikomas didelis plastiškumas. Tai leidžia šaltai deformuotis po grūdinimo.
Jei senstant vyksta tik išskyrimo procesai, tai reiškinys vadinamas dispersinis kietėjimas.
Po senėjimo mažai anglies turinčio plieno stiprumas didėja, o plastiškumas mažėja dėl išsklaidyto tretinio cementito ir nitridų nusodinimo ferite.
Senėjimas yra pagrindinis aliuminio ir vario lydinių, taip pat daugelio aukštos temperatūros lydinių stiprinimo būdas.
Šaltasis plieno apdirbimas
Daug anglies plienas ir daugelis legiruotų plienų turi martensitinės transformacijos pabaigos temperatūrą (M iki) žemesnėje nei 0 o C. Todėl plieno struktūroje po grūdinimo pastebimas nemažas užsilikusio austenito kiekis, kuris sumažina gaminio kietumą, taip pat pablogina magnetines charakteristikas. Siekiant pašalinti likutinį austenitą, papildomai aušinama dalis neigiamų temperatūrų srityje iki žemesnės nei t temperatūros. M k(- 80 o C). Tam dažniausiai naudojamas sausas ledas.
Šis apdorojimas vadinamas šaltas plieno apdirbimas.
Šaltas apdorojimas turi būti atliekamas iš karto po gesinimo, kad austenitas nenustovėtų. Kietumo padidėjimas po šalto apdorojimo paprastai būna 1...4 HRC.
Po šalto apdorojimo plienas yra mažai grūdinamas, nes šaltas apdorojimas nesumažina vidinių įtempių.
Rutulinių guolių dalys, tikslūs mechanizmai ir matavimo prietaisai yra apdorojami šaltu būdu.
Kietėjimas plastine deformacija
Pagrindinis mechaninio paviršiaus grūdinimo metodų tikslas – padidinti atsparumą nuovargiui.
Mechaninio grūdinimo būdai - paviršinio sluoksnio grūdinimas iki 0,2...0,4 mm gylio.
Įvairių rūšių yra šratinio pūtimo ir ritininio apdorojimo.
Šratinimas – Gatavų dalių paviršiaus apdirbimas šūviu.
Tai atliekama naudojant specialius šratinio pūtimo įrenginius, kurie išmeta plieno arba ketaus šratus ant apdirbamų dalių paviršiaus. Šūvio skersmuo – 0,2…4 mm. Šūvio smūgiai sukelia plastines deformacijas iki 0,2...0,4 mm gylio.
Naudojamas grioveliuose ir iškyšose esančioms dalims sutvirtinti. Tokie gaminiai kaip spyruoklės, spyruoklės, grandinių jungtys, vikšrai, įdėklai, stūmokliai, krumpliaračiai yra veikiami poveikio.
At ritininis apdirbimas deformacija atliekama prispaudžiant kietmetalinį volelį ant ruošinio paviršiaus.
Kai jėgos, veikiančios volą, viršija apdorojamos medžiagos takumo ribą, sukietėja iki reikiamo gylio. Apdorojimas pagerina mikrogeometriją. Likutinių gniuždymo įtempių susidarymas padidina gaminio nuovargio ribą ir ilgaamžiškumą.
Ritininis valcavimas naudojamas apdorojant veleno kakliukus, vielą, kalibruojant vamzdžius ir strypus.
Nereikia specialios įrangos, galima naudoti tekinimo stakles ar oblius.
1.3.5.1 lentelė
|
Stiprinimas fizikiniais ir fizikiniais-cheminiais metodais
Mašinų dalių, veikiančių aukštesnėje temperatūroje inertinėse dujose, atsparumui dilimui ir paviršiaus kietumui padidinti naudojamas paviršiaus atsparumas karščiui ir atsparumas korozijai, grūdinimas naudojant elektrinio kibirkštinio apdorojimo būdus. Šis metodas susideda iš gaminio metalo (katodo) paviršiaus sluoksnio legiravimo su elektrodo medžiaga (anodu) kibirkštinio išlydžio metu oro aplinkoje. Dėl legiruojančio metalo cheminių reakcijų su azotu, anglimi ir detalės metalu paviršiniuose sluoksniuose susidaro kietėjančios struktūros ir sudėtingi cheminiai junginiai, atsiranda difuziniam dilimui atsparus grūdintas sluoksnis, kurio kietumas yra didelis. Daugiasluoksnėms dangoms padengti naudojami jonų-plazmos apdorojimo metodai.
Stiprinimas plastinės deformacijos metodais
Grūdinimas atliekamas siekiant padidinti metalo paviršinio sluoksnio atsparumą nuovargiui ir kietumą bei suformuoti jame nukreiptus vidinius įtempius, daugiausia gniuždymo įtempius, taip pat reguliuojamą paviršiaus mikronelygumo reljefą.
Grūdinimo apdorojimas paviršiaus plastine deformacija efektyviai naudojamas staklių detalių gamybos technologinio proceso apdailos operacijose, o ne galutinių apdirbimo operacijų, pjovimo ašmenimis ar abrazyviniais įrankiais, operacijose.
Paviršiaus plastinė deformacija, atliekama nenaudojant išorinės šilumos ir užtikrinant nurodyto paviršiaus sluoksnio savybių rinkinio sukūrimą, vadinama šaltuoju grūdinimu.
Metalo sluoksnis, kuriame atsiranda šios savybės, atitinkamai vadinamas šalto apdirbimo būdu.
Dėl šaltojo grūdinimo padidėja visos metalo atsparumo deformacijoms charakteristikos, mažėja jo plastiškumas ir didėja kietumas.
Kuo plienas minkštesnis, tuo didesnis grūdinimo intensyvumas; ant nekietintų plienų dėl paviršiaus deformacijos galima pasiekti daugiau nei 1000% kietumo padidėjimą, o grūdinto plieno tik 10-15%. Kietumo padidėjimą lemia deformuoto plieno struktūra.
Paviršius kietinamas bombarduojant jį plieno arba ketaus šratais, rutuliais ar suspensijos, kurioje yra abrazyvinių dalelių; ridenimas voleliais, rutuliais ar sukamuoju įrankiu, vytis.
Šratinimas suteikia negilią plastinę deformaciją iki 0,5-0,7 mm. Naudojamas nedidelių sudėtingų formų dalių paviršiams, taip pat mažo standumo dalims, tokioms kaip spyruoklės, lakštinės spyruoklės ir kt.
Dažniausiai naudojamas 0,8-2 mm skersmens plieninis šratas. Grūdinimo gylis šratinio pūtimo metu neviršija 0,8 mm.
Dalies paviršius įgauna tam tikrą šiurkštumą ir nėra toliau apdorojamas.
Apdorojimo režimas nustatomas pagal šūvio padavimo greitį, šūvio suvartojimą laiko vienetui ir ekspoziciją – laiką, per kurį apdorotas paviršius yra veikiamas smūgių. Detalės paviršius turi būti visiškai padengtas įlenkimo žymėmis.
Apdorojamos medžiagos paviršiaus kietumas ir plastinės deformacijos gylis priklauso nuo kietėjimo režimų, fizinių ir mechaninių savybių, medžiagos struktūros ir cheminės sudėties. Didžiausią įtaką paviršiaus kietumui daro specifinis deformuojančio elemento, besiliečiančio su ruošiniu, slėgis ir šio slėgio veikimo dažnis. Viršijus didžiausią leistiną slėgį arba apkrovos ciklų skaičių, sustoja kietumo augimas ir sustoja dėl kietėjimo, t. .
Norint sukietinti gaminius, kurių kietumas yra iki HRC65, naudojamas deimantinio šlifavimo metodas. Jis gali pakeisti galutinį šlifavimą ir paviršiaus poliravimą. Metodas yra labai universalus. Tai racionalu apdirbti plieno grūdintas ir termiškai nesugrūdintas detales su paviršiaus dangomis ir be jų, taip pat detales iš spalvotųjų metalų ir lydinių.
Paviršinio sluoksnio grūdinimas suspensijos srove (skystis + abrazyvinės dalelės) naudojamas tais atvejais, kai reikalingas didžiausias sukietėjusio sluoksnio gylis.
Stiprinimas sprogimo energija gali padidinti atsparumą dilimui, paviršiaus sluoksnio kietumą, stiprumo ir takumo ribas, statinį stiprumą (suvirintų jungčių dėl darbo sukietėjimo ir šilumos paveiktos zonos), ciklinį stiprumą ir pagerinti. metalo paviršinio sluoksnio kokybė.
Stiprinimas veikiant impulsinėms apkrovoms sprogimo būdu labai skiriasi nuo grūdinimo įprastomis sąlygomis.
Kai veikiamas didesnis greitis, susijęs su sprogimu, kietėjimo efektas didėja, kai smūgio greitis didėja. Metale gali kilti aukšta vietinė temperatūra, sukeldama fazių transformacijas vietinėse vietose. Tuo pačiu metu vyksta procesai, būdingi kietėjimui esant normaliam tempimo greičiui, pvz., susipynimas, šlytis ir suskaidymas.
Po galutinio mechaninio ir terminio apdorojimo peilių paviršiai sukietėja.
Dalies sutvirtinimas mikrokaroliukais leidžia:
a) sukurti ploną sukietėjimą ant dalių, turinčių aštrius kraštus arba mažus įdubimų ir griovelių spindulius;
b) pašalinti po mechaninio apdorojimo paviršiniame sluoksnyje galimus liekamuosius tempimo įtempius ir sukurti liekamuosius gniuždymo įtempius;
c) padidinti paviršiaus kietumą;
d) padidinti ir stabilizuoti ištvermės ribą;
e) padidinti paviršiaus švarumą viena ar dviem klasėmis iki 0,63 ...0,32
Ultragarsinis grūdinimas užima ypatingą vietą tarp grūdinimo technologijų. Metalo sutvirtinimas apdirbant ultragarsu pasižymi daugybe savybių – greitumu, dideliu efektyvumu ir galimybe apdoroti gaminius, kurių negalima grūdinti kitais būdais. Be to, ultragarso derinimas su kitu grūdinimo būdu dažnai gali padidinti pastarojo veiksmingumą. Ultragarsinio grūdinimo privalumai taip pat apima galimybę sukurti paviršiaus ir tūrio grūdinimą tam tikros klasės detalėms, taip pat jų derinius. Tokiu atveju pasiekiamas palankus vidinių įtempių pasiskirstymas metale ir konstrukcinė būklė, kai galima 2-3 kartus padidinti dalių, veikiančių esant kintamoms apkrovoms, saugos ribas ir dešimtis kartų padidinti jų tarnavimo laiką.
Ultragarsinis grūdinimas gali būti atliekamas skystyje, kuriame sklinda ultragarsiniai virpesiai, arba ultragarso dažniu vibruojančių deformuojančių kūnų pagalba.
Ultragarso bangos procesą skystyje lydi didesnis plyšimų skaičius mažyčių burbuliukų pavidalu per tempimo pusperiodį, o jų žlugimas suspaudimo pusperiodžio metu – kavitacija. Šiuo metu burbulai griūva, susidaro vietinis momentinis slėgis, pasiekiantis šimtus atmosferų. Kavitacijos burbuliukai pirmiausia atsiranda ant produktų, dedamų į skystį, paviršiaus. Kai burbuliukai subyrėja, detalės paviršius sukietėja. Grūdinimo gylis, kietumas, taigi ir sukietėjusio sluoksnio atsparumas dilimui.
Ultragarsinis detalių grūdinimas naudojant deformuojančius korpusus gali būti atliekamas pagal dvi technologines schemas:
a) tiesiogiai veikiant įrankiu apdorojamą paviršių;
b) apdoroto paviršiaus poveikis darbo terpei (plieniniams rutuliukams).
Daugelis dalių veikia padidėjusio paviršiaus susidėvėjimo sąlygomis. Todėl šį paviršių reikia kažkaip apsaugoti. Tai pasiekiama paviršiaus grūdinimo metodais.
Grūdinti paviršių reiškia padidinti paviršiaus savybes: kietumą, atsparumą dilimui, atsparumą korozijai. Jei reikia keisti savybes, tai reiškia, kad turi keistis paviršinio sluoksnio struktūra. Norėdami pakeisti struktūrą, galite naudoti deformaciją, terminį apdorojimą kaitinant įvairiais būdais, keičiant paviršiaus cheminę sudėtį, dengiant apsauginius sluoksnius.
Daugiausia paviršiaus grūdinimo būdai galima suskirstyti į dvi pagrindines grupes:
1) gaminio stiprinimas nekeičiant paviršiaus cheminės sudėties, bet keičiant struktūrą. Grūdinimas pasiekiamas paviršiniu grūdinimu, paviršiaus plastine deformacija ir kitais būdais.
2) gaminio stiprinimas, pasikeitus paviršiaus sluoksnio cheminei sudėčiai ir jo struktūrai. Stiprinimas atliekamas įvairiais cheminio-terminio apdorojimo ir apsauginių sluoksnių dengimo būdais.
Struktūros keitimo metodai
Iš grūdinimo būdų, nekeičiant paviršiaus cheminės sudėties, bet pasikeitus jo struktūrai, dažniausiai naudojami paviršiaus grūdinimas ir įvairūs paviršiaus plastinių deformacijų (SPD) rūšys.
Iš esmės paviršiaus deformacija yra paprasčiausias būdas padidinti paviršiaus stiprumo charakteristikas. Čia naudojamas toks principas. Jei prisimintume tempimo kietėjimo kreivę, paaiškėtų, kad kuo labiau metalą tempiame, tuo labiau metalas priešinasi, tuo didesnė tempimo jėga P max (žinoma, iki tam tikros ribos). Metalas sutvirtinamas tiek sukimo, tiek gniuždymo metu. SPD technologijose metalo paviršinis sluoksnis deformuojamas (grūdinamas) įvairiais būdais.
Pagrindinis PPD tikslas – padidinti atsparumą nuovargiui sukietinant paviršių iki 0,2–0,4 mm gylio. PPD rūšys yra šratinio pūtimo, ritininio apdorojimo, adatų frezavimo, reljefo valcavimo ir kt.
Šratinimas- gatavų dalių paviršiaus apdirbimas šūviu. Naudojamas dalims sukietinti ir nuosėdoms pašalinti. Tokie gaminiai kaip spyruoklės, lakštinės spyruoklės, grandinių jungtys, vikšrai, įdėklai, stūmokliai ir krumpliaračiai yra apdorojami šratais.
Apdorojant volais, deformacija atliekama prispaudžiant kietmetalinį volelį ant ruošinio paviršiaus. Kai jėgos, veikiančios volą, viršija apdorojamos medžiagos takumo ribą, sukietėja iki reikiamo gylio.
Apdirbimas voleliu pagerina gaminio mikrogeometriją. Likutinių gniuždymo įtempių susidarymas padidina gaminio nuovargio ribą ir ilgaamžiškumą. Ritininis valcavimas naudojamas apdorojant velenus, kalibruojant vamzdžius ir strypus. Fig. 1 paveiksle pavaizduotas geležinkelio vagonų plieninės ašies pavyzdžio, pagaminto iš plieno 45, sukietėjęs paviršinis sluoksnis. Sluoksnio mikrostruktūra susideda iš deformuotų ferito ir perlito grūdelių. Valcavimas volu išgrynino struktūrą, paviršiniame sluoksnyje atskiri grūdeliai nesiskiria (1 pav., a). Ten, kur deformacija buvo mažesnė, galima išskirti konstrukciją, kuri turi deformacijai būdingą kryptingumą (1 pav., b). Grūdinimo gylį kontroliuoja mikrokietumo pokyčiai (2 pav.).
 |
|
| A | b |
1 pav. Plieno 45 paviršinio sluoksnio mikrostruktūra po valcavimo volu
2 pav. Mikrokietumo kitimas skirtingo skersmens velenų skerspjūvio gylyje.
Spygliuotas frezavimas pjaustytuvais, kurių paviršiuje yra nuo 200 tūkstančių iki 40 milijonų tankiai išdėstytų adatų, pagamintų iš itin stiprios plieninės vielos, kurios skersmuo 0,2-0,8 mm, taip pat leidžia sukietinti detalių paviršių. Naudojamas adatinis frezavimas plokščių ir cilindrinių paviršių apdorojimui, taip pat dalių valymui nuo apnašų. Spygliuočių frezavimo metu taip pat susidaro sukietėjęs paviršinis sluoksnis (3 pav.). Šiuo atveju sustiprintas sluoksnis susideda iš deformuotų ferito ir perlito grūdelių (3 pav., a). Ant apdoroto paviršiaus matomi pjaustytuvo pėdsakai (3 pav., b).
3 pav. Sustiprinto plieno sluoksnio 20ХНР (a) mikrostruktūra, pradinė būsena - normalizavimas; paviršius po adatinio frezavimo (b).
Paviršiaus grūdinimo esmė ta, kad plieninės detalės paviršiniai sluoksniai greitai pašildomi virš kietėjimo temperatūros, o po to atšaldomi greičiu, viršijančiu kritinę. Pagrindinis paviršiaus grūdinimo tikslas: padidina paviršiaus kietumą, atsparumą dilimui ir ištvermės ribą, išlaikant klampią šerdį. Šildymas iš esmės gali būti atliekamas įvairiais būdais. Pramonėje labiausiai paplitęs paviršiaus grūdinimo būdas yra indukcinis grūdinimas kaitinant aukšto dažnio srovėmis. Paprastai sutvirtėjęs sluoksnis matomas jau atliekant makrostruktūrinę analizę (4 pav.). Kairėje yra neišgraviruota pavyzdžio dalis. Fotografuojant jis labiau atspindi šviesą, todėl atrodo tamsus. Dešinėje yra sritis po ėsdinimo. Sukietėjęs sluoksnis aiškiai matomas.
4 pav. Automobilio detalės fragmentas; makrostruktūra
Tiek makrostruktūrinė, tiek mikrostruktūrinė analizė (5a pav.) rodo, kad sutvirtinta zona susideda iš 2 sluoksnių: šviesus pačiame paviršiuje, o vėliau tamsesnis. Viršutinis šviesus sluoksnis turi gesinto martensito struktūrą (5b pav.). Martensitas susidarė, kai paviršius greitai atvėso. Tamsesnis sluoksnis – grūdintas martensitas (5c pav.). Tai martensitas, kuris taip pat susidarė pagreitinto aušinimo metu, tačiau ilgiau išliko aukštoje temperatūroje, ko, kaip paaiškėjo, pakako grūdėjimui. Dalies šerdyje skirtingu gyliu gali būti sorbitolio arba troostito (5d pav.).
5 pav. Sluoksnio (4 pav.), gauto aukšto dažnio gesinimo būdu, mikrostruktūra: a - grūdinto ir grūdinto martensito, b - grūdinto martensito, c - grūdinto martensito, d - troostito ir martensito sluoksniai šerdyje.
Struktūros ir kompozicijos keitimo metodai
Kietėjimo būdai, keičiant paviršiaus cheminę sudėtį ir struktūrą, apima cheminį terminį apdorojimą (CHT). Jį sudaro plieno paviršiaus sluoksnio prisotinimas įvairiais elementais esant aukštai temperatūrai. Priklausomai nuo prisotinančio elemento, yra šie cheminio terminio apdorojimo tipai: karbonizavimas, nitridavimas, nitrokarburizavimas (cianidavimas), boridavimas, difuzinis metalizavimas(alitavimas, chromavimas, silikonizavimas ir kt.). Visiems paviršiaus grūdinimo tipams būdingas paviršinio sluoksnio kietumo padidėjimas. Detalės paviršiaus grūdinimo būdo pasirinkimas priklauso nuo jos eksploatavimo sąlygų, formos, dydžio, pasirinkto plieno markės ir kitų faktorių.
Plačiausiai naudojamas karburizacija - plieno paviršiaus prisotinimas anglimi. Karburizacija suteikia plieno paviršiui didelį kietumą ir atsparumą dilimui, išlaikant kietą ir plastišką šerdį. Cementuoti gaminiai galutines savybes įgyja po sukietėjimo ir žemo grūdinimo. Cementuojant dažniausiai atliekamos detalės, pagamintos iš plieno, kurio anglies kiekis yra iki 0,25 %, veikiančių kontaktinio susidėvėjimo sąlygomis ir veikiant kintamoms apkrovoms: vidutinio dydžio krumpliaračiai, įvorės, stūmoklių kaiščiai, kumšteliai, automobilių pavarų dėžės velenai, individualūs vairo dalys ir kt. d.
Cementuotame sluoksnyje per visą storį kintama anglies koncentracija, mažėjanti nuo paviršiaus iki plieninės dalies šerdies. Todėl struktūra, kuri susidaro cementuojant paviršiniame sluoksnyje, turės skirtingą perlito, ferito ir cementito santykį. Yra keturios pagrindinės plieno gaminio zonos po karbiuracijos (6 pav.):
Ryžiai. 6. Anglies hipoeutektoidinio plieno 10 mikrostruktūra po karburizacijos.
1 - hipereutektoidinė zona, susidedanti iš perlito ir cementito tinklelio (7a pav.);
2 - eutektoidinė zona, kuri yra perlitas (7b pav.);
3 - hipoeutektoidinė zona, kurioje, artėjant prie šerdies, mažėja anglies ir perlito kiekis, didėja ferito kiekis (7c pav.);
4 - originalus, be pakitimų po karbiuracijos, plieno gaminio struktūra.
Cementuoto sluoksnio gylis „h“ laikomas hipereutektoido, eutektoido ir pusės hipoeutektoido zonos suma, kur ferito ir perlito kiekis yra po 50%.
7 pav. Cementuotos dalies zonų struktūra: a - hipereutektoidinė zona (cementitas + perlitas), b - eutektoidinė zona (perlitas), c - hipoeutektoidinė zona (perlitas + feritas).
8 pav. Paviršinio sluoksnio kietumo pokytis po karbiuracijos ir terminio apdorojimo
Azotavimas yra plieno paviršinio sluoksnio prisotinimo azotu procesas ir dažniausiai atliekamas 500-600 o C temperatūroje. Azotavimas, kaip ir karburizacija, padidina plieno paviršiaus kietumą ir atsparumą dilimui. 9 paveiksle parodyta įdubimų serija, kai matuojamas nitriduoto mėginio skersinis mikrokietumas. Viršuje yra sukietėjęs sluoksnis (tamsi juostelė). Atspaudų skersmuo mažėja artėjant prie paviršiaus. Ten kietumas didesnis.
9 pav. Mikrokietumo įspaudų „takas“; plieno dalis po azotavimo
Azotuotas sluoksnis dažniausiai būna baltas. Pats sluoksnis metalografinio ėsdinimo metu nekinta, o po plienu yra terminį apdorojimą atitinkanti struktūra (10 pav.). 11 paveiksle parodyta automobilio dalis ir mikrokietumo pokytis išilgai skirtingų „dantukų“.
10 pav. Nitriduotas sluoksnis ant 40KhGNM plieno
 |
 |
| A | b |
11 pav. Automobilinė dalis (a) ir jos paviršiaus sluoksnio mikrokietumo (b) pokytis po azotavimo
Šiuo metu plačiai naudojamas plazmos ir jonų plazmos azotavimas. Paviršinio sluoksnio struktūra po tokio apdorojimo yra smulkiai išsklaidytas martensitas (1), po kuriuo yra pereinamoji zona (2); nepakitusi konstrukcija (3) yra giliau (12 pav.).
12 pav. Paviršinio sluoksnio struktūra po apdorojimo azoto plazma; U8A plienas
Boridavimas – tai cheminio-terminio apdorojimo procesas, metalų ir lydinių paviršiaus difuzinis prisotinimas boru kaitinant. Boridavimas žymiai padidina paviršiaus kietumą. Boridavimas atliekamas miltelių mišiniuose elektrolizės būdu. Taip pat yra skystas boridavimas be elektrolizės, jonų boridavimas ir boridavimas iš dangų (pastų). Boridavimas dažniausiai atliekamas išlydyto borakso (Na 2 B 4 O 7) elektrolizės būdu. Produktas tarnauja kaip katodas. Sotinimosi temperatūra 930–950 °C, laikymo laikas 2–6 val.
Po boridavimo bandinio paviršiuje susidaro tankus baltas boridų sluoksnis (13 pav.). Baltą sluoksnį sudaro susipynę koloniniai kristalai, kurių sudėtis yra FeB ir Fe 2 B. Borido sluoksnio struktūrai įtakos turi plieno sudėtis. Pliene 25KhGT (13 pav., a) ir pliene 45 (13 pav., b) tarp borido kristalų yra kieto tirpalo zona. Pliene 40X (13 pav., c) sluoksnis susideda tik iš išplėstų boridų adatų. Tarp boruoto sluoksnio ir šerdies susidaro zigzaginė sąsaja.
 |
 |
 |
| A | b | V |
13 pav. Boruotų sluoksnių struktūra plienuose 25KhGT (a), 45 (b), 40Kh (c)
