Износостойкость повышают такие методы термообработки, как закалка и нормализация, а также промышленные методы химико-термической обработки: цементация, алитирование, силицирование, нитроцементация, азотирование (рис. 1) и др.
Содержание
Азотирование
Это один из основных процессов поверхностного упрочнения деталей машин и инструмента. В настоящее время упрочнению азотированием подвергают практически все стали и многие сплавы. Все большее распространение в качестве легирующих элементов азотируемых сталей получают алюминий и титан, так как предварительное легирование некоторых сталей титаном и алюминием значительно ускоряет процесс азотирования при существенном повышении служебных свойств слоя (рис. 2).
Для изготовления прецизионных азотируемых деталей наиболее широко применяются стали 4Х14Н14В2М и 2Х18Н8В2. Однако в стали 4Х14Н14В2М с 14% Ni, имеющей стабильную аустенитную структуру, нельзя получить слой глубиной 0,1 мм даже за 70 ч. Сталь 2Х18Н8В2 с 8% Ni более технологична: за 25…40 ч азотирования образуется слой глубиной 0,12…0,25 мм.
Высокая твердость азотированного слоя на сталях, легированных нитридообразующими элементами (Аl, Cr, Мо, В, V), является результатом суммарного упрочняющего воздействия:
а) образования нитридов легирующих элементов в процессе азотирования;
б) выделения и предвыделения дисперсных нитридов легирующих элементов в процессе промежуточного у->а-превращения;
в) выделения или предвыделения нитридов легирующих элементов за счет уменьшения растворимости при снижении температуры.
Эти выводы позволили сделать исследования на установке, схема которой показана на рис. 3. Горизонтальная электропечь 1 укреплена на приемном столике прибора Роквелла передвижным винтом 8. Внутри печи строго горизонтально приварена направляющая 2 с передвижным столиком 3. Движение столика осуществлялось тягой 9 с делениями на выступающей из печи части. Тяга сечением 12 мм выведена из печи через сальник. В начале опыта край образца располагался под алмазным наконечником 5 (нулевое положение). Передвижение тяги позволяло измерять твердость в любом заранее заданном месте образца. Твердомер герметизирован сильфоном 6, припаянным с одной стороны к штоку 4, а с другой — к гайке 7. Верхнюю часть штока 4, патрубки для газа (подающий и отводящий) и несущий винт 8 охлаждали проточной водой. Шток, направляющая, столик и тяга были изготовлены из жаропрочного сплава.
Исследования проводили на сплаве Fe — 8% Аl (0,06% С), на сплаве Fe — 8% Mo (0,06% С) и на стали 38ХМЮА. Сталь 38ХМЮА — основной применяющийся в промышленности нитраллой. Азотирование проводили при 620 и 540 °С в течение 24 ч и при степени диссоциации аммиака 45…50%.
При насыщении поверхности металла различными элементами механизм формирования диффузионного слоя в значительной степени определяется физико-химической природой взаимодействующих компонентов. При этом следует иметь в виду не только их взаимную химическую активность (способность образовывать, например, химические соединения или только твердые растворы), но и диффузионную подвижность этих компонентов друг в друге.
При насыщении поверхности металла элементами внедрения (углерод, азот), скорость диффузии которых на несколько порядков превосходит скорость диффузий атомов насыщаемого металла, указанный механизм будет характеризоваться в основном диффузионным потоком внедряемого элемента в решетку металла-растворителя.
Азот с железом образует нитриды Fe4N, Fe2N и ряд стабильных и метастабильных фаз (рис. 4). При распаде (отпуске) α’-фазы сначала образуется метастабильная α»-фаза, отвечающая нитриду Fe16N2 (12,5 атомов азота на 100 атомов железа), а затем образуется нитрид Fe4N. Периоды решетки α»-фазы для соединения Fe16N2 имеют следующие значения: а = 5,72 А и с = 6,29 А, а γ-фаза соответствует твердому раствору на базе нитрида Fe4N. Зона гомогенности при 590 °С лежит в пределах 5,30…5,75% N. γ’-фаза кристаллизуется в ГЦК-решетке из атомов железа с упорядоченным расположением атомов азота в центрах элементарных кубов (1/2, 1/2, 1/2). Периоды решетки со стороны железа а = 3,791 А и со стороны азота а = 3,801 А.
Цементация
Цементация сталей, легированных карбидообразующими элементами, позволяет получать диффузионные слои, соответствующие по содержанию углерода и износостойкости белым чугунам. В отличие от ледебурита белых чугунов, имеющих в структуре хрупкую карбидную матрицу и низкую пластичность, в цементованном слое образуются зернистые карбиды, изолированные в пластичной и вязкой матрице аустенита или продуктов его распада. Цементацию широко используют при производстве зубчатых передач.
Цементация сталей с целью науглероживания до составов чугунов, по сравнению с обычной цементацией, требует применения карбюризаторов с более высокой науглероживающей способностью или более высокого легирования цементуемых сталей карбидообразующими элементами. Последние, как правило, обладают повышенным, по сравнению с железом, сродством не только к углероду, но и к кислороду, и поэтому при цементации могут избирательно окисляться. Окисление может быть внутренним, внешним или межкристаллитным в зависимости от состава карбюризатора и цементуемой стали.
При химико-термической обработке (ХТО) в безмуфельных агрегатах деталей с рабочим сечением более 80 мм или зубчатых колес с модулем зуба более 8 мм, изготовленных из конструкционных сталей, в процессе закалки в масле в насыщенном слое образуются мартенситные продукты распада аустенита за счет внутреннего окисления легирующих элементов в эндотермической атмосфере. В результате снижается износостойкость и контактная выносливость деталей машин при эксплуатации.
Постоянное повышение технического уровня машин обусловливает ужесточение требований к зубчатым передачам. Важная роль в решении проблемы обеспечения высокой надежности и долговечности зубчатых передач отводится разработке высокопрочных, технологичных и достаточно экономичных материалов. Конструкционные цементуемые стали, применяемые в машиностроении для изготовления зубчатых колес с модулем зуба 8 мм и более, в большинстве случаев не обеспечивают заданного уровня свойств и малотехнологичны.
Лучшей цементуемой сталью для тяжелонагруженных деталей машин является сталь 18ХГН2МФБ (ТУ 14-1-3678-84), превосходящая по эксплуатационным свойствам стали марок 12Х2Н4Ф, 20ХНЗФ, 18Н2Н4А и др. Сталь поставляют в прутках круглого сечения диаметром 80…230 мм в отожженном состоянии с твердостью не более 269 НВ. Более высокие эксплуатационные свойства шестерен из этой стали достигаются после цементации в печи с кипящим слоем при 950 °С. Глубина цементованного слоя 0,8… 1,8 мм.
Наплавка
Многие детали тракторов, сельскохозяйственных и дорожно-строительных машин, работающие при интенсивном ударно-абразивном изнашивании, изготовлены из стали 110Г13. Упрочнение и восстановление таких деталей целесообразно проводить наплавкой их поверхности трения. Восстановление изношенных деталей позволяет производить вибродуговая наплавка (рис. 4).
Наплавка металла на поверхность детали дает возможность придать ей необходимые механические и физико-химические свойства и тем самым повысить надежность и долговечность работы.
Литые сплавы, отливаемые в виде прутков диаметром 5…6 мм, применяют для наплавки на поверхности деталей, подвергающихся износу при трении о металл (штампы, пуансоны, футеровки, зубья дробилок, детали машин). Они отличаются износоустойчивостью при нагреве до 600…700 °С. К ним относятся: сормайт, содержащий 2,5…3% С, 25… 31% Cr, 3,5% Ni; ВК-3 (стеллит) с содержанием 1… 1,7% С, 28…32% Сr, 4…5% W, 58…62% Со и др.
Эффективными комбинированными методами упрочнения, основанными на совместной термической и механической обработке, являются:
- термомеханическая обработка (ТМО);
- электромеханическая пластическая обработка (ЭМПО);
- механотермическая обработка (МТО);
- методы упрочнения взрывом.
Одним из последних разработан метод упрочнения с помощью взрыва плазмы с Т = 20 000 °С, давлением 3000…5000 МПа и длительностью процесса 5 × 10-6 с.
Вам также могут быть интересны статьи:
(1 оценок, среднее: 5,00 из 5)
Загрузка...