Методы поверхностного упрочнения

Поверхностное упрочнение пластическим деформированием основано на

способности стали к наклепу при пластической деформации.

Наиболее распространенными способами такого упрочнения поверхности является

дробеструйная обработка и обработка поверхности роликами или шариками.

 

При дробеструйной обработке на поверхность детали из специальных

дробеметов направляется поток стальной или чугунной дроби малого диаметра

(0,5-1,5 мм). Удары концентрируются на весьма малых поверхностях, поэтому

возникают очень большие местные давления. В результате повышается твердость и

износостойкость обработанной поверхности. Кроме того, сглаживаются мелкие

поверхностные дефекты. Глубина упрочненного слоя при дробеструйной обработке

составляет около 0,7 мм.

 

Обкатка роликами производится с помощью специальных приспособлений

на токарных станках. Помимо упрочнения, обкатка снижает шероховатость

обрабатываемой поверхности. Глубина упрочненного слоя доходит до 15 мм.

Поверхностная закалка состоит в нагреве поверхностного слоя стальных

деталей до аустенитного состояния и быстрого охлаждения с целью получения

высокой твердости и прочности в поверхностном слое в сочетании с вязкой

сердцевиной. Существуют различные способы нагрева поверхности под закалку —

в расплавленных металлах или солях, пламенем газовой горелки, лазерным

излучением, током высокой частоты. Последний способ получил наибольшее

распространение в промышленности.

При нагреве токами высокой частоты закаливаемую деталь помещают

внутри индуктора, представляющего собой медные трубки с циркулирующей

внутри для охлаждения водой. Форма индуктора соответствует внешней форме

детали. Через индуктор пропускают электрический ток (частотой 500 Гц-10 МГц).

При этом возникает электромагнитное поле, которое индуцирует вихревые токи,

нагревающие поверхность детали. Глубина нагретого слоя уменьшается с

увеличением частоты тока и увеличивается с возрастанием продолжительности

нагрева. Регулируя частоту и продолжительность, можно получить необходимую

глубину закаленного слоя, находящуюся в пределах 1-10 мм.

Преимуществами закалки токами высокой частоты являются регулируемая

глубина закаленного слоя, высокая производительность (нагрев одной детали

длится 10 с), возможность автоматизации, отсутствие окалинообразования.

Недостаток — высокая стоимость индуктора, который является индивидуальным

для каждой детали. Поэтому этот вид закалки применим, в основном, к

крупносерийному и массовому производству.

Перспективный метод поверхностной закалки стальных деталей сложной формы —

лазерная обработка. Благодаря высокой плотности энергии в луче лазера возможен

быстрый нагрев очень тонкого слоя металла. Последующий быстрый отвод тепла в

объем металла приводит к закалке поверхностного слоя с приданием ему высокой

твердости и износостойкости.__

Магний и его сплавы.

Магний и его сплавы. Магний — самый легкий металл, используемый в

промышленности (плотность — 1,74 г/см3). Имеет гексагональную

плотноупакованную решетку и полиморфных превращений не претерпевает.

Температура плавления магния — 651 °С. Недостатками магния являются низкая

прочность и пластичность, низкая коррозионная стойкость, способность к

возгоранию при нагреве. Поэтому чистый магний в качестве конструкционного

материала не используется.

Свойства магния значительно улучшаются при сплавлении его с другими

элементами, основные из которых — алюминий, марганец и цинк. Магниевые

сплавы делятся на литейные и деформируемые. Литейные сплавы маркируются

буквами МЛ, а деформируемые — МА. За буквами следует условный номер сплава.

Магниевые сплавы, как и алюминиевые способны к упрочняющей термообработке

(закалке и старению), но эффект повышения прочности при этом невысок.

Основное преимущество сплавов магния — легкость. Поэтому они

применяются в авиа- и ракетостроении. Сплавы магния хорошо свариваются и

обрабатываются резанием, но имеют невысокую коррозионную стойкость.

 

Титан и его сплавы.

Титан и его сплавы. Титан — легкий (плотность 4,5 г/см3) и пластичный

металл серебристо-белого цвета. Температура плавления титана — 1665°С. Он

обладает низкой электропроводностью и теплопроводностью. Механические

свойства титана: σ ≈ 300МПа, δ = 60-70%. Главное достоинство титана и его

сплавов — высокая коррозионная стойкость. Она достигается за счет образования

на его поверхности плотной оксидной пленки. Недостатки титана — склонность к

взаимодействию с газами при температурах выше 500-600°С, плохая

обрабатываемость резанием, высокая стоимость.

Главная цель легирования титана — повышение механических свойств.

Основными легирующими элементами являются алюминий, хром, молибден,

ванадий, марганец. По технологическому признаку сплавы титана делятся на

литейные и деформируемые. Маркируются титановые сплавы чаще всего буквами

ВТ. Среди сплавов титана имеются обладающие высокой прочностью (ВТ6, ВТ 14 с

σ = 1000-1200 МПа), жаропрочностью до 500°С (ВТЗ-1, ВТ8). Литейные сплавы

титана (ВТ5Л, ВТ6Л) обладают хорошими литейными свойствами. Используются

титановые сплавы в химической промышленности благодаря высокой

коррозионной стойкости, в ракетной и авиационной технике благодаря легкости и

высокой удельной прочности.

Алюминий и его сплавы.

Алюминий — металл серебристого цвета, характеризующийся низкой

плотностью (2,7 г/см3), высокой пластичностью (δ = 40%), низкими прочностью

(ση= 80МПа) и твердостью (НВ 25). Температура плавления — 659°С. Обладает

высокой электропроводностью и коррозионной стойкостью. Кристаллизуется в

кубической гранецентрированной решетке и полиморфных превращений не имеет.

Маркируется буквой А. В зависимости от количества примесей различают

алюминий особой чистоты А999 (99,999% А1), высокой чистоты А995, А99, А97 и

технической чистоты А85, А8, А7, А6, А5, АО. Применяется алюминий для

производства фольги, электрических проводов. Как конструкционный материал

используется редко вследствие малой прочности. Сплавы алюминия делятся на

литейные и деформируемые.

Литейные сплавы алюминия маркируются буквами АЛ и числом,

показывающим условный номер сплава. Чтобы сплав обладал хорошими

литейными свойствами, он должен иметь низкий температурный интервал

кристаллизации. Кроме того, желательно, чтобы он имел низкую температуру

плавления. Этим требованиям удовлетворяют эвтектические сплавы. Наибольшее

распространение получили сплавы алюминия с кремнием, образующие эвтектику

при содержании 11,6% кремния. Эти сплавы называются силуминами.

Широко применяется силумин эвтектического состава АЛ2, содержащий 10-

12% кремния. Он имеет очень хорошие литейные свойства, но малую прочность

(σв= 180 МПа). Уменьшение содержания кремния и добавка меди, магния и

марганца ухудшает литейные свойства силуминов, но улучшает механические.

Кроме силуминов используются литейные сплавы алюминия с медью (АЛ7) и

магнием (АЛ8), не содержащие кремния. Они обладают значительно большей

прочностью, чем силумины, но их литейные свойства хуже.

Деформируемые сплавы алюминия делятся на упрочняемые и не

упрочняемые термической обработкой. К сплавам, не упрочняемым термической

обработкой относятся сплавы алюминия с марганцем (маркируется АМц) и

магнием (маркируются АМг1, АМг7). Эти сплавы имеют низкую прочность, но

высокую пластичность и коррозионную стойкость.

К сплавам, упрочняемым термической обработкой относятся дюралюминий,

ковочные сплавы, высокопрочные сплавы алюминия. Дюралюминий (дуралюмин)

представляет собой сплав алюминия с медью (до 5%), марганцем (до 1,8%) и

магнием (до 0,9%). Маркируется буквой Д и цифрой, показывающей порядковый

номер (Д1, Д16 и др.). Подвергается термической обработке, которая состоит из

закалки от температуры 500°С и естественного старения, заключающегося в

выдержке при комнатной температуре в течение нескольких суток. В результате та-

кой обработки прочность повышается в два раза (с 200-240 МПа до 450-500 МПа), а

пластичность практически не меняется. Достоинством дюралюминия является

высокая удельная прочность (отношение предела прочности к плотности), что

особенно важно в самолетостроении. Дюралюминий выпускается в виде листов и

прутков.

Высокопрочные сплавы алюминия содержат кроме меди и магния

дополнительно цинк (до 10%). Эти сплавы маркируются буквой В (В95, В96).

Подвергаются термообработке, аналогичной термообработке дюралюминия, но

естественное старение заменяется искусственным старением, заключающимся в

выдержке при температуре 120-140°С в течение 16-24ч. В результате предел

прочности доходит до 600-700 МПа.

Ковочные сплавы алюминия предназначены для производства деталей ковкой

и штамповкой. Маркируются буквами АК и числом, показывающим порядковый

номер. По химическому составу близки к дюралюминию (сплав АК1 совпадает по

составу с Д1), иногда отличаясь более высоким содержанием кремния (АК6, АК8).

Подвергаются аналогичной термообработке.

Малая плотность и высокая удельная прочность обусловили широкое

применение алюминиевых сплавов в самолетостроении. Они составляют до 75%

массы пассажирских самолетов. Из дюралюминия изготовляются обшивки,

каркасы, из высокопрочных сплавов — тяжелонагруженные детали, из ковочных —

кованые и штампованные детали (например, лопасти винта).