Тема 4.3. Термообработка поверхностей деталей машин

Вопросы, изучаемые в этой теме:

– термическая обработка;

– термомеханическая обработка;

– химико-термическая обработка.

Термическая обработка является важнейшей составной частью технологического процесса изготовления деталей машин и приборов, измерительных и рабочих инструментов.

Виды термической обработки подразделяются на три группы: собственно термическую, термомеханическую, и химико-термическую. Собственно термическая обработка предусматривает только термическое воздействие на металл и сплав; термомеханическая – сочетание термического воздействия и пластической деформации; химико-термическая – сочетание термического и химического воздействия.

Собственно термическая обработка включает отжиг, закалку, отпуск и старение. Эти виды термической обработки применяют и к сталям, и к цветным металлам, и к сплавам.

Термическая обработка представляет совокупность операций нагрева, выдержки и охлаждения металлических изделий с целью из­менения структуры и свойств сплавов. Нагрев – основная операция любого процесса термической об­работки. При нагреве в металле происходят различные явления: тепловое расширение, фазовые и структурные превращения, изменение физиче­ских и механических свойств и т. д. У разных металлов эти процессы протекают неодинаково. Поэтому только при правильном проведении процесса нагрева обеспечивается получение требуемых технологиче­ских, механических и физико-химических свойств стали. В связи с этим различают технически возможную скорость нагрева и технически допус­тимую скорость нагрева для данной конкретной детали. Технически возможная скорость нагрева зависит от многих факторов.

Виды химико-термической обработки подразделяются на следующие подгруппы: диффузионное насыщение неметаллами, диффузионное насыщение металлами и диффузионное удаление элементов. Диффузионное насыщение неметаллами включает следующие разновидности: цементацию, азотирование, цианирование, борирование и оксидирование. Диффузионное насыщение металлами включает: алитирование, хромирование, силицирование, насыщение другими металлами. Диффузионное удаление элементов – это обезводороживание и обезуглероживание. Цель химико-термической об­работки – поверхностное упрочнение металлов и сплавов и повышение их стойкости против воздействия внешних агрессивных сред при нор­мальной и повышенных температурах.

Цементацией называется процесс насыщения поверхностного слоя стальных изделий углеродом. Азотирование – процесс насыщения поверхности стали азотом. Цианирование – процесс насыщения поверхности стали углеро­дом и азотом. Диффузионная металлизация – процесс диффузионного насыще­ния поверхностных слоев стали различными металлами.

Тема 4.4. Электрофизические и электрохимические методы обработки

Вопросы, изучаемые в этой теме:

– электрохимическая обработка;

–электроэрозионная обработка.

– электрофизические методы.

В промышленности часто возникают технологические трудности с об­работкой материалов и деталей, форму и состояние поверхностного слоя которых трудно получить механическими методами. Эти задачи решаются приме­нением электрофизических и элек­трохимических методов обработки (ЭФЭХ). Они основаны на ис­пользовании явлений эрозии, возникающих под действием электри­ческого тока.

Электрохимическая обработка (ЭХО). Механизм съема металла при ЭХО основан на электролизе – процессе, при котором происходит окисление или восстановление поверхностей электродов, соединенных с источником тока и помещенный в токопроводящий растров – электролит. Один из электродов присоединен к положительному полюсу и является анодом, другой – к отрицательному и является катодом. Особенностями электролиза являются пространственное окисление (растворение) анода и восстановление (осаждения) металла на поверхности катода.

В зависимости от физико-химических особенностей съема металла с заготовки все разновидности ЭХО можно объединить в две группы: В первую группу входят виды ЭХО, при осуществлении которых припуск с заготовки удаляется только в процессе электрохимического растворения: отрезка, объемное копирование, точение, прошивание (в том числе струйное), калибрование, удаление заусенцев, маркирование, полирование.

Ко второй группе относятся разновидности ЭХО, при реализации которых наряду с электрохимическим растворением происходит одновременное удаление припуска путем механического или электротермического воздействий: анодно-механическая обработка; электрохимическое шлифование, заточка, доводка, суперфиниширование, абразивное полирование, жидкостно-абразивная обработка; электроэрозионно-химическая и электрохимическая ультразвуковая обработки.

Чаще всего при ЭХО электроды (заготовка и инструмент) перемещаются относительно друг друга. При выполнении некоторых операций ЭХО (электрохимическое калибрование и маркирование) электроды неподвижны.

Однако у этих методов есть и недостатки: повышенная по сравне­нию с механообработкой энергоемкость, необходимость использования специаль­ного оборудования, необходимость сбора и утилизации от­ходов.

Электроэрозионная обработка (ЭЭО). В основе лежит физическое явление, обусловленное разрядом и заключающееся в переносе материала электродов, в результате которого поверхность одного из них разрушается, называемое электрической эрозией. Электрический разряд представляет собой высококонцентрированный в пространстве и во времени импульс электрической энергии, преобразуемой между электродами (инструментом и заготовкой) в тепловую. При этом в канале разряда протекают нагрев, расплавление и испарение металла с локальных поверхностей электродов, ионизации и распад рабочей жидкости.

В соответствии с технологическими признаками различают следующие операции ЭЭО: отрезка, объемное копирование, вырезание, прошивание, шлифование, доводка, маркирование и упрочнение. Во всех случаях электрический разряд происходит в жидкой среде. Электроконтактная обработка (ЭКО) является разновидностью ЭЭО.

Электронно-лучевая (ЭЛО), светолучевая (СЛО) и плазменная (ПЗО) обработки относятся к электрофизическим методам и основаны на создании в зоне обработки высоких плотностей тепловой мощности благодаря протеканию электрического тока. В соответствии с технологическими процессами различают следующие виды ЭЛО: сварка, пайка, вырезание прецизионных заготовок, прошивание отверстий, резание труднообрабатываемых материалов, нанесение покрытий, запись информации. В настоящее время применяются следующие технологические схемы электрической обработки: 1) прошивание – формирование полостей и отверстий; 2) разрезание и прорезание – разделение заготовки на части; 3) шлифование – сглаживание неровностей шероховатой поверхности, повышение точности, удаление дефектного слоя; 4) клеймение (маркирование, гравирование) – нанесение надписей, штрихов шкал.

При ПЗО происходят процессы, при которых в результате воздействия потока низкотемпературной плазмы возникают изменения химического состава, структуры или физического состояния обрабатываемого материала. При этом изменяются форма и (или) геометрические размеры обрабатываемой заготовки. Использование ПЗО для формирования поверхности с заданными свойствами развивается по следующим направлениям: изменение структуры поверхностного слоя заготовок и нанесения на них другого материала.

Области применения указанных методов, их достоинства и недостатки рассмотрены в [1].