ОБРАБОТКА СТАЛЕЙ

Для улучшения свойств стальных или чугунных деталей используется термическая, а также химико-термическая обработка. Термическая обработка стали. Состоит из трех последовательных операций: нагрева до требуемой температуры с заданной скоростью, выдержки при достигнутой температуре в течение требуемого времени и охлаждения также с заданной скоростью. При этом происходят изменения в структуре металла и за счет этого — его свойств. Термическая обработка позволяет улучшать свойства сразу всей детали или ее поверхности. Используется пять видов термической обработки стали: отжиг, нормализация, закалка, отпуск и улучшение. Отжиг. Предназначен для понижения твердости стали, что дает возможность в последующем деталь обрабатывать на станках. При отжиге снижаются внутренние напряжения в детали, повышается пластичность металла. Отжиг позволяет уменьшить зернистость металла. Процесс отжига происходит в печах. Детали из углеродистых сталей при этом нагреваются до температуры 760...920° С (чем больше содержание углерода, тем ниже температура нагрева).

После определенной выдержки детали медленно охлаждаются вместе с печью до 350... 600° С со скоростью 50...200° С в час, затем охлаждение идет быстрее. Скорость охлаждения легированных сталей еще ниже (20...60° С в час). Нормализация. Представляет собой одну из разновидностей отжига мало- и среднеуглеродистых сталей, при которой охлаждение детали после выдержки производится не в печи, а на воздухе. При этом с таль нагревается до красного каления, до температуры на 30...50° С выше, чем при отжиге, и скорость охлаждения достигает 150...250° С в час. При нормализации уменьшается зернистость металла, снижаются внутренние напряжения, устраняется наклеп. Деталь после нормализации легко обрабатывается резанием и является подготовленной для дальнейшей термической или химико-термической обработки, например для закалки или цементации. Закалка. Предназначена, в отличие от отжига и нормализации, для повышения прочности и твердости стальных деталей, а также повышения их износостойкости. Закалке подвергаются средне- и высокоуглеродистые (0,6...0,7% углерода), легированные стали. При закалке детали сначала подвергаются нагреву до 750... 900° С (меньшие температуры для сталей с большим содержанием углерода и легированных), а затем идет выдержка и быстрое охлаждение в воде, масле или на воздухе. В охлажденную воду иногда добавляют поваренную соль, мыло, соду. Детали могут закаливаться на всю глубину и по поверхности.

Поверхностная закалка особенно широко используется при обработке зубчатых колес, шеек и цапф валов, во время ремонта редукторов и узлов трансмиссии, а также осей, пальцев, роликов и др. Особенность поверхностной закалки состоит в том, что деталь получает твердую и износостойкую рабочую поверхность (на глубину до 3 мм) при вязкой сердцевине. Нагрев детали при поверхностной закалке можно производить любым из трех следующих способов: открытым пламенем от ацетиленокислородной горелки, а также от газовой, бензиновой или керосиновой горелки; токами высокой частоты (ТВЧ) и нагревом в электролите. Нагрев должен быть быстрым — 1000° С в минуту. Для повышения прочности и износостойкости детали ее после закалки подвергают отпуску. Отпуск. Предназначен для уменьшения хрупкости, полученной деталью при закалке. При отпуске снижаются внутренние напряжения, повышается вязкость металла. Для этого закаленная деталь нагревается до 100...700° С, выдерживается при этой температуре и медленно охлаждается в воде или на воздухе. В зависимости от температуры и условий нагрева различают низкий, средний; высокий и многократный отпуск. Низкий отпуск применяется для деталей, подвергнутых цементации, цианированию и поверхностной закалке, а также при изготовлении инструментов из углеродистой и легированной инструментальной стали. При низком отпуске закаленные детали нагреваются до 120...250° С, выдерживаются и охлаждаются с любой скоростью.

Средний отпуск, когда закаленная деталь нагревается до 300...400° С, выдерживается и охлаждается, позволяет повысить упругие свойства металла. Поэтому он применяется при изготовлении пружин и рессор. При высоком отпуске (закаленная деталь нагревается до 450...650° С, выдерживается и охлаждается на воздухе, в масле или в воде) повышаются ударная вязкость, пластичность детали при сохранении -прочности и твердости. Высокий отпуск используется для ответственных деталей из улучшенных конструкционных сталей (валов, осей, шатунов и т. д.). Улучшение. Представляет собой процесс закалки стали с последующим высоким отпуском (нагрев до 550... 650° С). Улучшение предназначено для получения хорошей вязкости и прочности в основном легированных конструкционных сталей. Оно применяется при изготовлении зубчатых колес и других деталей трансмиссии. Химико-термическая обработка стали. Представляет собой процесс насыщения поверхностного слоя детали некоторыми химическими элементами (углеродом, азотом, бором, алюминием, серой) с последующей термообработкой (закалкой и отпуском). Химико-термическая обработка позволяет улучшать свойства поверхности детали (повысить твердость, износостойкость) при сохранении вязкой сердцевины. Основными видами химико-термической обработки являются: цементация (насыщение поверхности углеродом); азотирование (насыщение поверхности азотом); цианирование (насыщение поверхности углеродом и азотом); борирование (насыщение поверхности бором); алитирование (насыщение поверхности алюминием); сульфоцианирование (насыщение поверхности азотом, углеродом и серой) и хромирование (насыщение поверхности хромом).