Технология упрочнения стали

У многих деталей во время работы повышается износ поверхностей, поэтому возникает необходимость в их защите.  Упрочнение стали – это повышение твёрдости, износостойкости, коррозийной стойкости поверхностного слоя. При необходимости изменения его структуры применяют разные методы обработки, в том числе термическую.

Методы упрочнения стали

Повышение твёрдости поверхностного слоя в промышленности и машиностроении используется цементация стали. Поверхностное упрочнение стали применяют для получения высокой твёрдости и износостойкости верхнего слоя с одновременным сохранением вязкой сердцевины. Это способствует повышению предела выносливости и сопротивляемости к истиранию деталей.

Для повышения твёрдости поверхностного существуют виды упрочнения стали:

• Термические;
• Химико-термические;
• Газотермическое напыление.

Используются следующие способы упрочнения стали:

• Поверхностная закалка;
• Пластическое деформирование;
• Химико-термическая обработка.

Упрочнение поверхности стали методом поверхностной закалки является самым распространённым способом, в результате которого высокой прочностью обладает только поверхностный слой изделия. На сердцевину закаливание не влияет, её структура и свойства сохраняются такими, которыми были до закалки. Наибольшее распространение имеет метод поверхностной закалки и индукционным нагревом током высокой частоты.
Поверхностная закалка

Известный метод упрочнения стали связан с термическим упрочнением стали:

1. Отжигом. Температуру детали доводят до 900 градусов, прогревая в печи от 1 до 4 часов. Затем её охлаждают вместе с печью. Отжиг производят с целью снятия внутренних напряжений, связанных с отливкой, поковкой, штамповкой, прокаткой, наплавкой.
2. Нормализацией. Детали нагревают до температуры отжига, выдерживают их около 2-х часов и охлаждают до температуры окружающей среды. Применяют для улучшения структуры металла, чтобы улучшить его механические свойства.
3. Закалкой при 750 – 900 С. Используют для стали, содержащей не меньше 0,5% углерода. Метод способствует повышению твёрдости и прочности металла.
4.  Отпуском. Закалённая деталь помещается в печь с температурой от 150 до 600С на определённое время (от 5 минут до 15 часов), затем её охлаждают. В процессе отпуска снижается закалочное напряжение, изменяется структура, повышается вязкость.

Химико-термический метод

К химико-термическому методу механизма упрочнения сталей относят:

• Цементацию. Осуществляют для искусственного повышения содержания углеводорода поверхностного слоя до 3 мм, оставляя при этом сердцевину малоуглеродистой. Затем материал подвергают закалке;
• Цианирование. Поверхностный слой насыщают углеродом и азотом при температуре до 870 с. Глубина насыщения – 0,25 мм;
• Азотирование. Способ насыщения азотом стали при температуре 480 – 650 с;
• Алитировние и силицирование – насыщение алюминием и кремнием при t=1200с для улучшения антикоррозийного свойства металла;
• Оксидирование — защита от коррозии через насыщение стали кислородом при погружении в ванны на 1 или 2 часа, содержащие едкий натрий, натриевую селитру, нитрит натрия при температуре 130 – 145 с.                                                                                                                                                                                    

Метод пластической деформации

Газотермическое напыление производят путём нагрева до 100 С исходного материала, его диспергирования, переноса конденсированных частиц на поверхность изделий газовым или плазменным потоком. Данный метод, влияющий на поверхностное упрочнение стали, включает виды напылений:

• Высокоскоростного газопламенного;
• Плазменного;
• Детонационного;
• Газопламенного;
• Напыления с оплавлением;
• Электродуговой металлизации.

Для повышения твёрдости поверхностного слоя материала используется объемная закалка стали. Применяют многие способы, однако в основном используют поверхностную закалку, химико-термическую обработку, пластическую деформацию.