Выберите режим поверхностного упрочнения стали Ст3 с целью повышения ее износостойкости. Опишите, как выбранный режим влияет на структуру и свойства стали

Задание №1

Сталь Ст3 – углеродистая сталь обыкновенного качества (ГОСТ 380-88). Для изменения поверхностного слоя используют термические, электрофизические и электрохимические методы обработки.

При обработке поверхности шлифованием и полированием, устраняющей неровности, которые служат концентраторами напряжений, повышается усталостная прочность детали. Поверхности деталей дополнительно упрочняют более эффективными методами упрочняющей обработки: термической, химико-термической, электроискровой, пластическим деформированием и нанесением износостойких материалов.

Термическая обработка. Закалка позволяет значительно повысить прочность и износостойкость деталей. Прочность углеродистой стали можно увеличить обычной закалкой и отпуском в 1,5-2 раза.

Упрочняющая химико-термическая обработка (ХТО) - это процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя металлических деталей активными элементами, обеспечивающими получение определенных физико-механических свойств для повышения твердости, усталостной прочности, износостойкости, жаростойкости и коррозионной стойкости.

Цементация - процесс науглероживания поверхностного слоя стальных деталей, нагретых до температуры свыше 900-940° С, что определяет наибольшую скорость протекания процесса

Детали после цементации и последующей закалки имеют повышенную твердость (HRC 58-62) и прочность поверхностного слоя. Цементация повышает усталостную прочность деталей, благодаря увеличению твердости, прочности цементированного слоя и образованию в нем внутренних напряжений сжатия, которые снижают влияние концентраторов напряжений.

Азотирование- один из процессов химико-термической обработки, при котором поверхностные слои насыщаются расплавленными серосодержащими солями или в газовых средах. Его можно применять для обработки деталей нефтегазопромыслового оборудования, так как при этом способе облегчаются и доводочные операции.

Упрочняющая электроискровая обработка (ЭИО) основана на протекании импульсного разряда между электродом (анодом) и деталью (катодом).Сущность ЭИО заключается в полярном переносе материала электрода на деталь (наращивание) при одновременном термическом воздействии тока и легировании поверхности детали элементами упрочняющего электрода и азота воздуха. Упрочненный слой отличается высокой твердостью, обусловленной образованием карбидов, нитридов, карбонитридов и закалочных структур.

Электроискровое упрочнение и нанесение металла происходит в воздушной или газовой среде при тепловом и химическом действии электрического разряда между поверхностью изделия и упрочняющим электродом, которому сообщается колебательное движение от вибратора. За очень короткое время электроискрового разряда (10~⁵ - 10~⁸ с) через электроды проходит мощный (до 10⁶ А/мм²) импульс тока, накопленного в конденсаторах. Температура в межэлектродном зазоре повышается до 11 000° С. При такой температуре азот и легирующие элементы, содержащиеся в электроде, легируют поверхность детали, повышая ее физико-механические свойства.

Недостаток метода: невозможность получения упрочненного слоя значительной толщины и снижение усталостной прочности.

Термомеханическая обработка - сочетание операций термо- и мех обработок. Для осуществления используется прокатное, волочильное, ковочное, и штампов-е оборудование. Для закалки устанавливается охлаждающее устройство.

Эффективным методом поверхностного упрочнения деталей машин является наплавка материалов с высокими эксплуатационными свойствами. Этот метод экономичен, так как наплавке подвергают только те поверхности, которые работают в условиях интенсивного изнашивания и, как правило, масса наплавленного материала составляет малую долю от массы детали. Долговечность упрочненных деталей определяется свойствами наплавленного материала, поэтому наносимый материал или сплав выбирают с учетом условий эксплуатации детали и применяемого метода наплавки.

На мой взгляд, наиболее эффективными являются термическая и химико-термическая обработки, так как повышается прочность самой стали за счёт увеличения количества углерода.