4. Поверхностное упрочнение деталей

4.1. Упрочнение методом пластической деформации

Местной упрочняющей обработке подвергаются детали различных форм, размеров и назначений, изготовленные из различных конструкционных материалов – сталей, чугунов, алюминиевых и титановых сплавов и т. п. Панели, профили, дуги упрочняют на специальных (вибрационных, барабанных или дробеструйных) установках с последующим дополнительным упрочнением отдельных, особо ответственных или не упрочненных участков. Цилиндры, балки, коленчатые валы обычно упрочняются поверхностным наклепом по всей поверхности и по отдельным, заранее определенным участкам. Местному поверхностному упрочнению подвергают зоны концентрации напряжений (отверстия, шлицы, резьбы, пазы), а также те участки, которые недоступны при упрочнении на специальных установках.

В качестве параметров, определяющих способ и технологию упрочнения, принимают форму изделия, тип упрочняемой поверхности и требования к шероховатости. Предложена приоритетность применения тех или иных методов обработки (выделено курсивом) для деталей различных групп сложности:

1 группа деталей: плоскости сплошные и с вырезами и выступами – обработка дробью, накатывание, обработка механическими щетками;

2 группа: отверстия круглого и произвольного сечения – раскатывание, дорнование, чеканка, обработка дробью;

3 группа: сложные поверхности (несквозные, глубокие отверстия; окантовки и ребра жесткости; резьбовые и шлицевые поверхности) – обработка дробью, накатывание, обработка механическими щетками;

4 группа: сопряженные поверхности (пересечения плоских, сложных или цилиндрических поверхностей, фаски, скосы) – обработка дробью, накатывание, обработка механическими щетками, чеканка.

Дробеструйная обработка осуществляется на установках, выбрасывающих стальную или чугунную дробь диаметром 0,2-4 мм. Происходит пластическая деформация металла на глубину 0,01-0,4 мм. Упрочняют детали в канавках, на выступах. Обрабатывают изделия типа пружин, рессор; звенья цепей, гусениц; поршни; зубчатые колеса.

При обработке роликами (раскатывание, накатывание) деформация осуществляется давлением ролика из твердого металла на поверхность обрабатываемого изделия. При усилиях на ролик, превышающих предел текучести обрабатываемого материала, происходит наклеп на нужную глубину. Обкатка роликами применяется при обработке шеек валов, проволоки, при калибровке труб, прутков. Не требуется специальное оборудование, можно использовать токарные или строгальные станки. Глубина упрочненного слоя при обкатке достигает 1,5 мм.

4.2. Упрочнение методом поверхностной закалки

При поверхностной закалке нагревается до температуры закалки только поверхностный слой детали с последующим быстрым охлаждением. Толщина закаленного слоя определяется глубиной нагрева.

З акалка токами высокой частоты. Способ разработан В.П. Вологдиным (рис. 4.1). Если в переменное магнитное поле, создаваемое проводником-индуктором, поместить металлическую деталь, то в ней будут индуцироваться вихревые токи, вызывающие нагрев металла. Чем больше частота тока, тем тоньше получается закаленный слой. Обычно используются машинные генераторы с частотой 5-15 кГц и ламповые генераторы с частотой до 1 МГц. Глубина закаленного слоя – до 5 мм. Индукторы изготавливаются из медных трубок, внутри которых циркулирует вода, благодаря чему они не нагреваются. Форма индуктора соответствует внешней форме изделия, при этом зазор между индуктором и поверхностью изделия должен быть равномерный и минимальный.

Боковая поверхность детали 1 нагревается в индукторе 2 в течение 3-15 с. Затем деталь опускается в охлаждающее устройство – спрейер 3, через отверстия которого на нагретую поверхность разбрызгивается жидкость. Высокая скорость нагрева смещает фазовые превращения в область более высоких температур. Поэтому температура закалки при нагреве ТВЧ должна быть выше, чем при обычном нагреве.

После охлаждения формируется структура мелко-игольчатого мартенсита. Твердость повышается на 2-4 HRC по сравнению с обычной закалкой, возрастает износостойкость. Перед закалкой ТВЧ изделие подвергают нормализации, после – низкому отпуску. Метод используется для изделий из сталей с содержанием углерода 0,4-0,6 %.

Преимущество метода: высокая производительность; отсутствие обезуглероживания и окисления поверхности; отсутствие закалочных трещин; возможность автоматизации процесса; возможность закалки отдельных участков детали. Недостаток – высокая стоимость.

Газопламенная закалка. Нагрев осуществляется газо- или керосино-кислородным пламенем с температурой 3000-3200 °С. Структура поверхностного слоя после закалки – мартенсит или мартенсит и феррит. Толщина закаленного слоя – 2-4 мм, твердость – 50-56 HRC. Метод применяется для закалки крупных изделий, имеющих сложную поверхность (косозубые шестерни, червяки), для закалки стальных и чугунных прокатных валков. Используется в массовом и индивидуальном производстве, при ремонтных работах. Недостатки: невысокая производительность; сложность регулирования глубины закаленного слоя и температуры нагрева (возможность недогрева или перегрева).