Стали, упрочняемые в поверхностном слое

Эти стали рационально использовать для изготовления деталей, от которых требуется высокая износостойкость и усталостная прочность поверхности. Это обеспечивает высокая твердость поверхностного слоя, в то время как сердцевина детали может оставаться относительно малопрочной. При этом стремятся обеспечить плавное снижение твердости от поверхности к сердцевине, т.к. в ином случае в подкорковом слое возникает деформация, вызывающая образование трещины и скол. Существует несколько основных видов поверхностного упрочнения.

Закаливаемые с индукционного нагрева стали – углеродистые мелкозернистые стали () с невысокой прокаливаемостью (до 5 мм), не склонные к росту зерна при перегреве.

При закалке токами высокой частоты (ТВЧ) в поверхностных слоях деталей возникают остаточные напряжения сжатия, что значительно повышает предел выносливости.

Предел выносливости – численная мера стойкости к образованию поверхностных трещин при большом числе знакопеременных циклов нагружения. сопротивление образованию усталостных трещин.

При проведении закалки ТВЧ значительно меньше брак по закалочным дефектам по сравнению с обычной объемной закалкой. Недостатком закалки ТВЧ является необходимость специального оборудования: генераторов ТВЧ и индукторов, индивидуальных для каждого вида закаливаемых деталей. Поэтому применение закалки ТВЧ экономически целесообразно в условиях серийного и массового производства.

Оптимальные механические свойства цилиндрических деталей при закалке ТВЧ обеспечиваются, когда толщина закаленного слоя составляет от диаметра изделия.

Наряду с закалкой ТВЧ для крупных деталей применяют закалку с газопламенным нагревом.

Стали пониженной прокаливаемости () – мелкозернистые стали с пониженным содержанием кремния и марганца и поэтому обладающие низкой прокаливаемостью. Их эффективно применять, в частности, для изготовления зубчатых колес. Проведение индукционной закалки с использованием даже простого по форме индуктора со сквозным нагревом зубьев обеспечивает контурную закалку по профилю зуба. В сталях регулируемой прокаливаемости глубина закалки регулируется химическим составом стали.

Цементуемые стали содержат до : углеродистые качественные ( и др.), высококачественные стали и реже стали обыкновенного качества. Легированные цементуемые стали ( и др.) применяют для изготовления деталей больших размеров и сложной формы, эксплуатирующихся при повышенных нагрузках, так как они лучше прокаливаются и позволяют получить более прочную сердцевину. Насыщение поверхности углеродом производят с помощью карбюризаторов: твердого (древесный уголь) или газового (метан, природный газ). При цементации содержание углерода в поверхностном слое возрастает до , а твердость после закалки и низкого отпуска достигает .

Высокая твердость цементованного слоя сохраняется до , а глубина составляет . Температура цементации - , продолжительность - . Применяется для упрочнения зубчатых колес, валов, шестерен и т.д.

Азотируемые стали (нитраллои) должны содержать . Азотирование железа и нелегированной стали не приводит к получению высокой твердости. Легирующие элементы имеют большее сродство с азотом, чем железо. В результате вокруг скоплений азота повышается концентрация легирующих элементов, приводящая к упругим искажениям кристаллической решетки, соответственно, к повышению твердости. Твердость азотированных слоев достигает ; она не снижается вплоть до . Азотирование также обеспечивает коррозионную стойкость в атмосферных условиях. Эту ХТО проводят либо в газовой (, атмосфера аммиака), либо в жидкой (расплав при ) среде. Применяется для упрочнения цилиндров и клапанов двигателей, насосов, матриц и пуансонов штампов.

Нитроцементация состоит в одновременном насыщении поверхностных слоев углеродом и азотом. Термообработка – аналогично цементации.

 

Обработка Параметр	Нитроцементация	Цианирование
низкотемпературная (карбонитрирование)	высокотемпературная	среднетемпературное	высокотемпературное
температура,
состав среды	смесь углеводородов, , -	смесь углеводородов, и	расплав	расплав
толщина слоя, мм	аналогично цементации
применение	мелкие детали, режущий инструмент