Поверхностная закалка

Общие положения

Поверхностное упрочнение

Все детали, которые упрочняются термической обработкой, можно распределить на две основные группы.

К первой группе относятся детали, которые работают главным образом на износ. В этом случае упрочняющая термическая обработка должна обеспечить только необходимые свойства поверхностного слоя (твердость, износостойкость и т. п.).

Ко второй группе относят детали, которые во время эксплуатации испытывают разнообразные нагрузки: растягивающие, сжимающие, изгибающие, крутящие, контактные и т. д.

Если деталь работает только под действием нагрузок от растяжения или сжатия, то напряжения распределяются по сечению детали достаточно равномерно. Для этих деталей применяют упрочняющую термическую обработку с объемным нагревом (нормализацию или закалку с последующим отпуском).

Более распространенной является эксплуатация деталей под действием изгибающих, крутящих и контактных нагрузок, при этом наиболее высокие напряжения возникают на поверхности детали, а в центре – минимальные. В таких случаях нужно обеспечить высокие значения твердости, износостойкости, усталостной и контактной прочности поверхностного слоя детали, а по всему её сечению предел текучести б_0,2 должен превышать напряжения, возникающие от рабочих нагрузок.

Таким образом, для деталей, работающих на изгиб, кручение или в условиях высоких контактных нагрузок более целесообразным является поверхностное, а не объемное упрочнение.

Различают следующие виды поверхностного упрочнения:

- поверхностная закалка;

- химико-термическая обработка;

- поверхностно-пластическое деформирование.

Необходимо отметить, что при всех методах поверхностного упрочнения формируются сжимающие остаточные напряжения на поверхности, а при объемном упрочнении характерно их отсутствие или даже появление растягивающих напряжений. Известно, что сжимающие остаточные напряжения существенно повышают усталостную и контактную прочность деталей и уменьшают их чувствительность к концентраторам напряжений.

Поверхностная закалка заключается в нагревании поверхностных слоев изделий до аустенитного состояния и последующего быстрого охлаждения. Поверхностная закалка применяется для повышения твердости, износостойкости и предела выносливости поверхности при сохранении вязкой сердцевины. Для достижения указанного распределения твердости деталь после отжига, нормализации или улучшения необходимо подвергнуть поверхностной закалке, а затем низкотемпературному отпуску.

Поверхностной закалке могут подвергаться все углеродистые и легированные стали, которые содержат более 0,4%С (для углеродистых сталей) и более 0,35 %С (для легированных сталей). Структура поверхностного слоя после поверхностной закалки состоит из трех слоев: слоя, нагретого выше А_С3; слоя, нагретого до температур между А_С3 и А_С1; слоя, нагретого ниже А_С1.

В зависимости от источников нагрева различают следующие способы поверхностной закалки:

- закалка с индукционным нагревом;

- закалка с нагревом газокислородным пламенем;

- закалка с нагревом в электролитах;

- закалка с нагревом лазерным излучением.