Călirea la suprafață a oțelului. Metoda de călire a unei suprafețe metalice (opțiuni) și suspensie pentru călirea unei suprafețe metalice Metode și tehnologii de călire a pieselor
Revenirea ulterioară la o temperatură de 100...200 o C se efectuează pentru a menține valori ridicate de rezistență.
Prelucrare termomecanica la temperatura joasa (ausformare).
Oțelul este încălzit până la o stare austenitică. Apoi se menține la o temperatură ridicată, se răcește la o temperatură peste temperatura de începere a transformării martensitice (400...600 o C), dar sub temperatura de recristalizare, iar la această temperatură se efectuează tratarea și stingerea sub presiune ( Fig. 16.1 b).
Tratamentul termomecanic la temperatură joasă, deși oferă o întărire mai mare, nu reduce tendința oțelului de a tempera fragilitatea. În plus, necesită grade mari de deformare (75...95%), deci sunt necesare echipamente puternice.
Comun pentru toate tipurile de întărire a suprafeței este încălzirea stratului de suprafață al piesei la temperatura de întărire, urmată de răcirea rapidă. Aceste metode diferă în metodele de încălzire a pieselor. Grosimea stratului întărit în timpul întăririi suprafeței este determinată de adâncimea de încălzire.
Cele mai răspândite sunt călirea electrotermică cu încălzirea produselor cu curenți de înaltă frecvență (HFC) și călirea la flacără cu gaz cu încălzire cu flacără gaz-oxigen sau oxigen-kerosen.
Întărire cu curenți de înaltă frecvență.
Metoda a fost dezvoltată de omul de știință sovietic V.P.
Se bazează pe faptul că, dacă o piesă metalică este plasată într-un câmp magnetic alternativ creat de un conductor-inductor, atunci vor fi induși curenți turbionari în ea, provocând încălzirea metalului. Cu cât frecvența curentului este mai mare, cu atât stratul întărit este mai subțire.
În mod obișnuit, se folosesc generatoare de mașini cu o frecvență de 50...15000 Hz și generatoare de tuburi cu o frecvență mai mare de 10 6 Hz. Adâncimea stratului întărit este de până la 2 mm.
Inductoarele sunt realizate din tuburi de cupru, in interiorul carora circula apa, astfel incat nu se incalzesc. Forma inductorului corespunde formei exterioare a produsului, în timp ce decalajul dintre inductor și suprafața produsului trebuie să fie constant.
Diagrama procesului tehnologic de întărire HDTV este prezentată în Fig. 16.2.
Orez. 16.2. Schema procesului tehnologic de călire de înaltă frecvență
După încălzirea inductorului 2 timp de 3...5 s, piesa 1 este mutată rapid într-un dispozitiv special de răcire - pulverizatorul 3, prin orificiile căruia lichidul de stingere este pulverizat pe suprafața încălzită.
O viteză mare de încălzire schimbă transformările de fază la temperaturi mai ridicate. Temperatura de întărire la încălzirea cu curenți de înaltă frecvență ar trebui să fie mai mare decât în timpul încălzirii convenționale.
În condițiile corecte de încălzire, după răcire, se obține structura martensitei cu ac fin. Duritatea crește cu 2...4 HRC în comparație cu întărirea convențională, rezistența la uzură și creșterea limitei de anduranță.
Înainte de călire cu căldură de înaltă frecvență, produsul este supus normalizării, iar după călire, călire scăzută la o temperatură de 150...200 o C (auto-revenire).
Cel mai indicat este să folosiți această metodă pentru produse din oțel cu un conținut de carbon mai mare de 0,4%.
Avantajele metodei:
- eficiență mai mare, nu este nevoie să încălziți întregul produs;
- proprietăți mecanice superioare;
- absența decarburării și oxidării suprafeței piesei;
- reducerea defectelor de deformare și formarea de fisuri de întărire;
- posibilitatea de automatizare a proceselor;
- utilizarea călirii de înaltă frecvență face posibilă înlocuirea oțelurilor aliate cu oțeluri carbon mai ieftine;
- permite întărirea părților individuale ale piesei.
Principalul dezavantaj al metodei este costul ridicat al unităților de inducție și inductorilor.
Se recomandă utilizarea în producția de serie și în masă.
Întărire la flacără de gaz.
Încălzirea se realizează cu flacără acetilenă-oxigen, gaz-oxigen sau kerosen-oxigen cu o temperatură de 3000...3200 o C.
Structura stratului de suprafață după întărire este formată din martensită, martensită și ferită. Grosimea stratului întărit este de 2...4 mm, duritatea 50...56 HRC.
Metoda este utilizată pentru călirea produselor mari cu suprafață complexă (roți dințate elicoidale, melcuri), pentru călirea rolelor de laminare din oțel și fontă. Folosit în producția de masă și individuală, precum și pentru lucrări de reparații.
La încălzirea produselor mari, arzătoarele și dispozitivele de răcire se deplasează de-a lungul produsului sau invers.
Dezavantajele metodei:
- productivitate scăzută;
- dificultate în reglarea adâncimii stratului întărit și a temperaturii de încălzire (posibilitate de supraîncălzire).
Îmbătrânire.
Călirea se aplică aliajelor care au fost stinse printr-o transformare polimorfă.
Îmbătrânirea se aplică materialelor care au fost întărite fără transformare polimorfă.
Călirea fără transformare polimorfă este un tratament termic care fixează la o temperatură mai mică starea caracteristică aliajului la o temperatură mai mare. temperaturi ridicate(soluție solidă suprasaturată).
Îmbătrânirea este un tratament termic în care procesul principal este descompunerea unei soluții solide suprasaturate.
Ca urmare a îmbătrânirii, proprietățile aliajelor întărite se modifică.
Spre deosebire de revenire, după îmbătrânire, rezistența și duritatea cresc, iar ductilitatea scade.
Îmbătrânirea aliajelor este asociată cu solubilitatea variabilă a fazei în exces, iar întărirea în timpul îmbătrânirii are loc ca urmare a precipitării dispersiei în timpul descompunerii unei soluții solide suprasaturate și a tensiunilor interne rezultate.
În aliajele îmbătrânite, precipitarea din soluțiile solide are loc în următoarele forme principale:
- placă subțire (în formă de disc);
- echiaxial (sferic sau cubic);
- în formă de ac.
Forma precipitatelor este determinată de factori concurenți: energia de suprafață și energia elastică de deformare, care tind la minim.
Energia de suprafață este minimă pentru precipitatele echiaxiale. Energia distorsiunilor elastice este minimă pentru precipitatele sub formă de plăci subțiri.
Scopul principal al îmbătrânirii este creșterea rezistenței și stabilizarea proprietăților.
Îmbătrânirea se distinge între natural, artificial și după deformare plastică.
Îmbătrânirea naturală este creșterea spontană a rezistenței și scăderea ductilității unui aliaj întărit care are loc în timpul expunerii acestuia la temperaturi normale.
Încălzirea aliajului crește mobilitatea atomilor, ceea ce accelerează procesul.
Creșterea rezistenței în timpul îmbătrânirii la temperaturi ridicate se numește îmbătrânire artificială.
Rezistența la tracțiune, limita de curgere și duritatea aliajului cresc odată cu creșterea duratei de îmbătrânire, ajung la un maxim și apoi scad (fenomenul de supraîmbătrânire)
Odată cu îmbătrânirea naturală, supraîmbătrânirea nu are loc. Pe măsură ce temperatura crește, stadiul de supraîmbătrânire este atins mai devreme.
Dacă un aliaj întărit având structura unei soluții solide suprasaturate este supus unei deformări plastice, atunci procesele care au loc în timpul îmbătrânirii sunt și ele accelerate - aceasta este îmbătrânirea prin deformare.
Îmbătrânirea acoperă toate procesele care au loc într-o soluție solidă suprasaturată: procesele care pregătesc separarea și procesele de separare în sine.
Pentru practică mare valoare are o perioadă de incubație - timpul în care au loc procese pregătitoare în aliajul întărit, când se menține o ductilitate ridicată. Acest lucru permite deformarea la rece după călire.
Dacă în timpul îmbătrânirii apar numai procesele de precipitare, atunci fenomenul se numește întărire prin dispersie.
După îmbătrânire, rezistența crește, iar ductilitatea oțelurilor cu conținut scăzut de carbon scade ca urmare a precipitării dispersate a cementitei terțiare și a nitrurilor în ferită.
Îmbătrânirea este metoda principală de întărire a aliajelor de aluminiu și cupru, precum și a multor aliaje la temperatură înaltă.
Prelucrarea la rece a oțelului.
Oțelurile cu conținut ridicat de carbon și multe aliate au o temperatură de la sfârșitul transformării martensitice (Mc) sub 0 o C. Prin urmare, se observă o cantitate semnificativă de austenită reținută în structura oțelului după călire, ceea ce reduce duritatea produs și înrăutățește, de asemenea, caracteristicile magnetice. Pentru a elimina austenita reziduală, se efectuează răcirea suplimentară a piesei în zona temperaturilor negative, la o temperatură sub t Mk (- 80 o C). Pentru aceasta se folosește de obicei gheață carbonică.
Acest tratament se numește prelucrarea la rece a oțelului.
Tratamentul la rece trebuie efectuat imediat după stingere pentru a preveni stabilizarea austenitei. Creșterea durității după tratamentul la rece este de obicei de 1...4 HRC.
După tratarea la rece, oțelul este supus unei căliri scăzute, deoarece tratamentul la rece nu reduce tensiunile interne.
Părțile rulmenților cu bile, mecanismele de precizie și instrumentele de măsurare sunt supuse unui tratament la rece.
Consolidarea prin deformare plastică.
Scopul principal al metodelor mecanice de întărire a suprafeței este de a crește rezistența la oboseală.
Metode de călire mecanică - călirea stratului superficial la o adâncime de 0,2...0,4 mm.
Varietățile includ sablare și prelucrare cu role.
Sablarea este tratarea suprafeței pieselor finite cu sablare.
Se realizează folosind unități speciale de sablare care ejectează împușcături de oțel sau fontă pe suprafața pieselor de prelucrat. Diametrul loviturii – 0,2…4 mm. Loviturile provoacă deformarea plastică la o adâncime de 0,2...0,4 mm.
Folosit pentru consolidarea pieselor din caneluri și proeminențe. Produsele precum arcuri, arcuri, zale de lanț, șenile, căptușeli, pistoane, angrenaje sunt supuse expunerii.
La prelucrarea cu role, deformarea se efectuează prin apăsarea unei role de metal dur pe suprafața piesei de prelucrat.
Când forțele asupra rolului depășesc limita de curgere a materialului care este prelucrat, întărirea are loc la adâncimea necesară. Procesarea îmbunătățește microgeometria. Crearea tensiunilor de compresiune reziduale crește limita de oboseală și durabilitatea produsului.
Laminarea cu role este utilizată atunci când se prelucrează jurnale de arbore, sârmă și la calibrarea țevilor și tijelor.
Nu este necesar echipamente speciale, puteți folosi strunguri sau rindele.
Data publicării: 26-03-2015; Citește: 1735 | Încălcarea drepturilor de autor ale paginii | Comanda scris o lucrare
site web - Studopedia.Org - 2014-2020. Studiopedia nu este autorul materialelor postate. Dar oferă o utilizare gratuită(0,006 s) ...Dezactivează adBlock!
chiar nevoie
Introducere
1. Metode mecanice de întărire la suprafață a pieselor mașinii
1.1 Parametrii stării stratului de suprafață al pieselor mașinii
1.2 Imperfecțiuni structurale în cristale reale
2. Metode moderneîntărirea metalelor
2.1 Consolidarea prin aliere
2.2 Consolidarea prin deformare plastică
2.3 Consolidarea prin metode termice
2.4 Întărirea suprafeței
2.5 Întărirea suprafeței cu plasmă a pieselor
2.6 Întărire ion-plasmă în vid, pulverizare cu magnetron ionic, aliere ionică
Concluzie
Referințe
Introducere
Unul dintre cei mai importanți indicatori care determină cererea pentru o instalație proiectată este calitatea acesteia. Asigurarea calității cerute este posibilă prin îndeplinirea cerințelor operaționale pentru piesele mașinii. Performanța și fiabilitatea piesei sunt asigurate prin îndeplinirea următoarelor cerințe de bază: rezistență, rigiditate și rezistență la diferite influențe (uzură, vibrații, temperatură etc.). Îndeplinirea cerințelor de rezistență în condiții de încărcare statică, ciclică și de impact ar trebui să excludă posibilitatea distrugerii, precum și apariția deformațiilor reziduale inacceptabile. Cerințele de rigiditate pentru o piesă sau suprafață de contact se reduc la limitarea deformațiilor care apar sub influența sarcinilor care afectează performanța produsului, la prevenirea pierderii stabilității generale pentru piesele lungi supuse compresiunii și stabilitatea locală pentru elementele subțiri. . Trebuie asigurată rezistența la uzură a piesei, ceea ce afectează semnificativ durabilitatea mecanismului. Este suficient ca pentru fiecare parte să nu fie îndeplinite toate cerințele enumerate mai sus, ci doar cele care sunt legate de funcționarea acesteia.
1. Metode mecanice de întărire la suprafață a pieselor mașinii
Cerințele pentru crearea de mașini durabile pot fi îndeplinite nu numai prin dezvoltarea de soluții structurale moderne și utilizarea de noi materiale de înaltă rezistență, ci și prin schimbarea stratului de suprafață al pieselor mașinii. Procesul care asigură indicatori stabili de calitate a suprafeței este deformarea plastică a suprafeței, care este împărțită în netezire și întărire.
1 Parametrii stării stratului de suprafață al pieselor mașinii
Stratul de suprafață al unei piese este un strat a cărui structură, fază și compoziție chimică diferă de materialul de bază din care este realizată piesa.
Figura 1. Diagrama stratului de suprafață al piesei
Următoarele zone principale pot fi distinse în stratul de suprafață (Fig. 1):
Adsorbit din mediu molecule și atomi de substanțe organice și anorganice. Grosimea stratului 1 0,001 microni;
Produse ale interacțiunii chimice a unui metal cu mediul (de obicei oxizi). Grosimea stratului 10 1 microni;
Limită cu o grosime de mai multe distanțe interatomice, având o structură cristalină și electronică diferită de cea din vrac;
Cu parametri modificați în comparație cu metalul de bază;
Cu structura, faza și compoziția chimică care apar în timpul fabricării piesei și se modifică în timpul funcționării. Grosimea și starea acestor straturi de suprafață pot varia în funcție de compoziția materialului, metoda de prelucrare și condițiile de operare. Această stare este evaluată prin metode de analiză chimică, fizică și mecanică. Varietatea parametrilor stării stratului de suprafață și metodele de evaluare a acestora nu ne permit să identificăm un singur parametru care să determine calitatea stratului de suprafață. În practică, starea stratului de suprafață este evaluată printr-un set de proprietăți simple sau complexe care evaluează calitatea stratului de suprafață.
Acești parametri caracterizează:
Parametrii geometrici ai neregularităților de suprafață;
starea fizica;
Stare mecanică.
Parametrii geometrici ai neregularităților suprafeței sunt evaluați prin parametrii rugozității, microreliefurilor regulate și ondulației. Rugozitatea suprafeței este un set de nereguli cu pași relativ mici. Raportul aproximativ dintre înălțimea neregularității și pasul este mai mic de 50. Ondularea suprafeței este o colecție de nereguli cu pas mai mare decât lungimea de referință utilizată pentru măsurarea rugozității. Raportul dintre înălțime și pas este mai mare de 50 și mai mic de 1000. ondulația în Rusia nu este standardizată, așa că parametrii de rugozitate sunt utilizați pentru a o evalua. Microreliefurile obișnuite sunt nereguli care, spre deosebire de rugozitate și ondulație, sunt identice ca formă, dimensiune și poziție relativă. Microrelieful obișnuit se obține prin tăiere sau deformare plastică a suprafeței cu role, bile și diamante. Starea fizică a stratului de suprafață al pieselor în tehnologia de călire este cel mai adesea caracterizată de parametrii structurii și compoziției fazei. Structura este o caracteristică a unui metal, în funcție de metodele utilizate pentru studierea structurii acestuia.
Se disting următoarele tipuri de structuri:
Cristalin;
Substructură;
Microstructură;
Macrostructură.
Structura cristalină. Metalele sunt cristale cu periodicitate tridimensională. Baza structurii cristaline este o rețea tridimensională în care se află atomii. În funcție de natura aranjamentului atomilor din rețeaua cristalină, structurile metalelor pure sunt împărțite într-un număr de tipuri. Într-un metal real, structura cristalină are multe defecte, care îi determină în mare măsură proprietățile. Ansamblul defectelor de rețea și distribuția lor spațială într-un cristal se numește substructură. Aici cristalele pot forma fragmente mai mari - cristalite, blocuri, boabe, fragmente, poligoane. Dimensiunea submicrogranelor: 10-2÷10-5cm.
Microstructura este structura determinată cu ajutorul microscoapelor metalografice. Această analiză ne permite să determinăm prezența, cantitatea și forma componentelor structurale ale aliajului. Dimensiunea bobului: 10-3÷10-4 cm..
Macrostructura este structura care este vizibilă cu ochiul liber sau la măriri mici. Cu ajutorul macroanalizei se determină fisuri, incluziuni nemetalice, impurități etc. Starea fizică se caracterizează prin numărul și concentrația fazelor, distribuția fazelor pe stratul de suprafață, volumul aliajului etc. starea fizică se realizează prin metode experimentale ale fizicii solid: difracţie şi microscopică. Compoziția chimică se caracterizează prin compoziția elementară a aliajului și fazelor, concentrația elementelor în volumul fazelor, aliajului etc. Studiile compoziției chimice a stratului de suprafață fac posibilă evaluarea adsorbției moleculelor și atomilor. a substanțelor organice și anorganice din mediu, procesele de difuzie, procesele de oxidare și altele care apar în timpul prelucrării metalelor.
Figura 2. Tipuri de structură cristalină: a - cubic centrat pe corp; b - cubic centrat pe față; c - împachetate în formă hexagonală
Starea mecanică a metalului este determinată de următorii parametri: - rezistența la deformare:
limita elastica, limita de proportionalitate, limita de curgere, rezistenta la tractiune, duritatea etc.;
plasticitate: alungire relativă, contracție relativă, rezistență la impact și altele, stabilite prin testarea specială a probelor. .
De exemplu, în timpul procesului de deformare plastică, care însoțește întotdeauna prelucrarea mecanică, toate caracteristicile stării mecanice a stratului de suprafață se modifică: indicatorii de rezistență la deformare cresc, iar indicatorii de plasticitate scad.
Acest fenomen se numește întărire prin deformare.
În practica inginerească, întărirea prin deformare a stratului de suprafață este determinată prin măsurarea durității H sau a microdurității. Pentru a face acest lucru, duritatea este măsurată pe suprafața metalului și în interiorul metalului (folosind gravarea strat cu strat). Ca urmare, se stabilește grosimea stratului întărit hH și gradul de întărire la deformare δн: δн = (Nobr-Nisk)/Nisk, unde Nobr și Nisk sunt duritatea (microduritatea) metalului după și, respectiv, înainte de prelucrare. . O caracteristică importantă a stării stratului de suprafață sunt tensiunile reziduale. Tensiunile reziduale sunt tensiuni elastice care rămân în piesă după prelucrare.
În funcție de volumul corpului în care se calculează tensiunile reziduale, acestea sunt împărțite în mod convențional în tensiuni reziduale:
primul fel, echilibrat în macro volumele corpului;
al doilea fel, echilibrat în mărimea granulelor;
de al treilea fel, echilibrat pe mai multe distanțe interatomice.
În funcție de natura și intensitatea proceselor fizice și mecanice care au loc în timpul prelucrării, tensiunile reziduale pot avea un semn diferit:
(+) - întindere;
(-) - compresie.
Condiția de echilibru necesită ca în volumul piesei suma proiecțiilor tuturor forțelor să fie egală cu zero. Prin urmare, există o zonă în piesă cu tensiuni reziduale de compresiune și tracțiune.
În practica ingineriei, tensiunile reziduale de primul fel sunt de obicei reprezentate sub forma unei proiecții pe axele unui sistem de coordonate dat. De exemplu, pentru un corp de revoluție, se folosesc conceptele de tensiuni reziduale axiale σо x, circumferențiale (tangențiale) σо t și radiale σо r. În general, putem spune că tensiunile reziduale de primul fel sunt rezultatul deformațiilor plastice neuniforme ale diferitelor straturi ale piesei (curbura piesei). Tensiunile reziduale au un impact semnificativ asupra rezistenței și durabilității pieselor și structurilor mașinii.
Tensiunile de compresiune reziduale care apar în stratul de suprafață cresc rezistența ciclică a pieselor, deoarece ele scutesc straturile de suprafață de solicitările cauzate de sarcini și, invers, tensiunile reziduale de tracțiune reduc rezistența pieselor datorită creșterii tensiunii stratului de suprafață.
1.2 Imperfecțiuni structurale în cristale reale
În conformitate cu opiniile moderne asupra structurii metalului, o diferență semnificativă în rezistența teoretică și fizică se explică prin prezența imperfecțiunilor structurale (defecte) în cristale. Defectele structurale au un impact semnificativ asupra întăririi și distrugerii metalului în timpul prelucrării. Imperfecțiunile structurale ale cristalelor apar ca urmare a cristalizării metalului, tratamentului termic, deformării plastice etc.
Imperfecțiunile structurale (defectele) ale cristalului sunt împărțite în 4 grupe pe baza caracteristicilor geometrice:
Loc;
Liniar;
Suprafata (plana);
Volumetric.
Defectele punctiforme sunt comparabile ca mărime cu dimensiunea unui atom. În cristalele pure, sunt posibile două tipuri de defecte punctiforme (Figura 3):
Posturi vacante;
Atomi interstițiali.
Locurile libere se formează atunci când un atom este îndepărtat dintr-un site de rețea, iar un atom interstițial se formează atunci când un atom este introdus în spațiul interstițial. Formarea vacantelor si a atomilor interstitiali se datoreaza faptului ca atomii care oscileaza in apropierea pozitiei de echilibru pot, sub influenta energiei introduse din exterior, sa paraseasca pozitia de echilibru, formand in urma lor un gol (vacant) intr-un nod al cristalului. zăbrele și, în consecință, un atom interstițial.
Figura 3. Defecte punctuale în planul unei rețele cubice simple: A - atom dislocat; B - posturi vacante
Figura 4. Defecte punctiforme în planul unei rețele cubice simple: ө - atomi de impurități interstițiale; ● - atomi de substituţie
Toate defectele punctuale formează distorsiuni locale ale rețelei cristaline, crescând astfel energia, care depinde de dimensiunea atomilor introduși și de distanța dintre ei. Defectele liniare din rețeaua cristalină au dimensiuni apropiate de atomul în două dimensiuni și o întindere semnificativă în a treia.
întărire aliaje metalice întărire
2. Metode moderne de călire a metalelor
.1 Consolidarea prin aliere
Formarea unei structuri favorabile și funcționarea fiabilă a pieselor asigură o aliere rațională, rafinarea cerealelor și o calitate îmbunătățită a metalului. Întărirea în timpul alierii crește proporțional cu concentrația elementului de aliere în soluția solidă. Trebuie amintit că diferitele elemente de aliere au solubilitate limitată în fazele principale ale aliajului și aceasta depinde de diferența relativă a razelor atomice ale componentelor.
Formarea soluțiilor solide diferite tipuri(substituție, interstițială, ordonată, neordonată etc.) creează combinații de diferite formațiuni de dislocare cu diverse caracteristici de rezistență. Rafinarea cerealelor se realizează prin aliere și tratament termic. Cea mai eficientă rafinare a structurii este obținută prin tratament termomecanic la temperatură înaltă.
Aceasta implică deformarea plastică a austenitei urmată de transformarea în martensită. Ca rezultat al tratamentului termomecanic la temperatură înaltă, se asigură cea mai favorabilă combinație de rezistență ridicată cu ductilitate crescută, tenacitate și rezistență la rupere.
Întărirea crește odată cu creșterea concentrației elementului de aliere dizolvat și diferența dintre razele atomice ale fierului și ale acestui element. Duritatea feritei răcite lent este crescută cel mai puternic de Si, Mn, Ni, adică acele elemente care au o rețea cristalină diferită de Feα. Mo, V și Cr, ale căror rețele sunt izomorfe cu Feα, au un efect mai slab. Creșterea purității aliajului se realizează prin metode metalurgice prin îndepărtarea impurităților nocive de sulf, fosfor și elemente gazoase - oxigen, hidrogen, azot.
Atunci când în oțel sunt introduse elemente de aliere, a căror solubilitate în rețeaua de fier poate varia în funcție de temperatură, se observă un efect numit întărire prin dispersie. Pentru a face acest lucru, este necesar să obțineți o soluție solidă suprasaturată cu o concentrație crescută a elementului dizolvat. O astfel de soluție solidă este neechilibră și tinde să se descompună. Procesul de descompunere a unei soluții solide suprasaturate la temperatura camerei se numește îmbătrânire naturală. .
Cu ceva încălzire - îmbătrânire artificială. În timpul îmbătrânirii, elementul în exces este eliberat din rețeaua cristalină a metalului solvent sub formă de particule minuscule, care sunt numite faza dispersată. Faza dispersată, fiind uniform distribuită într-o soluție solidă, deformează rețeaua cristalină a acesteia din urmă și modifică proprietățile mecanice ale aliajului. O creștere a durității și rezistenței se observă numai atunci când se menține coerența (continuitatea) rețelelor cristaline atomice ale fazei dispersate și soluției solide.
Întărirea prin dispersie este asociată cu procesele de difuzie și, prin urmare, durata îmbătrânirii are un impact semnificativ asupra efectului întăririi prin dispersie. Călirea prin dispersie în oțelul aliat complex cu mai multe elemente de aliere se manifestă adesea complet diferit decât în oțelul cu un singur element de aliere. Elementele de aliere suplimentare pot crește sau scădea solubilitatea elementului principal provocând întărirea prin precipitare și, prin urmare, să mărească sau să scadă efectul de întărire al materialului. Întărirea prin dispersie însoțește procesul obișnuit de tratare termică a oțelului și are un impact semnificativ asupra proprietăților acestuia.
Fazele de întărire în oțeluri pot fi carburi, nitruri, compuși intermetalici, compuși chimici etc.
2.2 Consolidarea prin deformare plastică
Ca urmare a deformării plastice la rece, proprietățile metalului se modifică: rezistența și rezistența electrică cresc, ductilitatea, densitatea și rezistența la coroziune scad. Acest fenomen se numește călire la rece și poate fi folosit pentru a modifica proprietățile materialelor metalice. Proprietățile metalului prelucrat la rece se modifică mai mult, cu atât este mai mare gradul de deformare. Metalele sunt nituite în stadiu inițial deformarea este mai intensă, iar odată cu creșterea deformării proprietățile mecanice se modifică ușor. Pe măsură ce gradul de deformare crește, rezistența la curgere crește mai repede decât rezistența la tracțiune. Pentru metalele puternic întărite la rece, ambele caracteristici sunt comparate, iar alungirea devine egală cu zero. Această stare a metalului întărit se numește stare limită; dacă încercați să continuați deformarea, poate apărea distrugerea metalului. Ca urmare a întăririi, este posibilă creșterea durității și rezistenței temporare de 1,5 - 3 ori, iar limita de curgere de 3 - 7 ori. Metalele cu o rețea fcc sunt întărite mai puternic decât metalele cu o rețea bcc. Dintre aliajele cu zăbrele fcc, cele în care energia defectelor de stivuire este minimă sunt mai puternic întărite (oțelul austenitic și nichelul sunt întărite intens, în timp ce aluminiul este doar puțin întărit).
Figura 5. Dependența proprietăților mecanice de gradul de deformare
Întărirea reduce densitatea metalului din cauza perturbărilor în aranjarea atomilor, cu creșterea densității defectelor și formarea de micropori. Reducerea densității este utilizată pentru a crește durabilitatea pieselor care sunt supuse unor sarcini variabile în timpul funcționării.
Cea mai obișnuită metodă de deformare a suprafeței plastice la rece este greșarea. Constă în impactul particulelor de împușcătură accelerate în dispozitivele de sablare centrifuge sau pneumatice asupra suprafeței de prelucrat. Pentru aceasta se folosește o împușcătură de oțel sau fontă care măsoară 0,5 - 2,0 mm. Timpul de prelucrare pentru suprafața piesei nu depășește 2 - 3 minute, iar grosimea stratului de suprafață este în intervalul 0,2 - 0,4 mm. În stratul întărit la suprafață, densitatea defectelor rețelei cristaline crește, iar forma și orientarea granulelor se pot schimba. În straturile de suprafață se creează tensiuni de compresiune, inhibând inițierea și dezvoltarea fisurilor.
Sablarea poate fi eficientă pentru oțeluri de diverse compoziții și după diferite tratamente termice (recoace, normalizare, călire, îmbunătățire, cementare etc.). Scopul principal al sablare este de a crește rezistența la oboseală. La acest tratament sunt supuse arcuri, arcuri, angrenaje, arbori diverși etc. Sablarea pieselor cu file, caneluri, urme de prelucrare brută și alte concentratoare de tensiuni este deosebit de eficientă.
2.3 Consolidarea prin metode termice
Efectele temperaturii asupra diferitelor materiale pentru a le schimba structura și proprietățile sunt cea mai comună metodă de întărire în tehnologia modernă. Acest efect poate fi realizat mai des la temperaturi pozitive, mai rar la temperaturi negative și poate fi combinat cu procese chimice, de deformare, magnetice, electrice și alte procese.
În urma clasificării lui A.A. Bochvar, care se bazează pe tipurile de fază și transformări structurale ale metalului, distinge următoarele tipuri de tratament termic:
tratament termic propriu-zis;
tratament termomecanic;
tratament chimico-termic
Tratamentul termic în sine implică doar efecte de temperatură asupra metalului sau aliajului. Procesele structurale în fază controlată din oțel, care asigură faza necesară și structura de dislocare, apar datorită prezenței alotropiei. Tratamentul termomecanic (TMT) este o combinație de acțiune termică și deformare plastică. TMT face posibilă obținerea proprietăților plastice de rezistență și tenacitate mai mari ale oțelului decât după călirea convențională și revenirea scăzută.
Efectul suplimentar pozitiv în timpul TMT se explică prin întărirea preliminară a austenitei în timpul deformării plastice. Consecințele acestei întăriri sunt transferate la martensită sub formă de luxații suplimentare care apar în timpul întăririi, care, atunci când sunt adăugate la dislocațiile care apar în timpul transformării martensitice ulterioare, creează o structură de dislocare mai densă.
Astfel de densitate mare luxațiile (până la 1013 cm -2) nu dau naștere la fisuri în timpul călirii. Există două tipuri de prelucrare termomecanică - temperatură înaltă (HTMT) și temperatură scăzută (LTMT). În timpul HTMT, austenita este deformată la o temperatură peste linia AC3 până la un grad de deformare de 20-30%. În timpul LTMT, austenita suprarăcită la 400 - 600 0C este deformată, gradul de deformare este de 75-90%.
Tratamentul chimico-termic (CHT) este o combinație de efecte chimice și termice pentru a modifica compoziția, structura și proprietățile stratului de suprafață al unei piese în direcția necesară. .
În acest caz, saturația de suprafață a materialului metalic cu elementul corespunzător (C, N, B, Al, Cr, Si, Ti etc.) are loc prin difuzia sa în stare atomică din mediul extern (solid, gaz, abur, lichid) la temperatură ridicată.
Procesul de tratare chimico-termic constă din trei etape elementare:
eliberarea unui element de difuzie în stare atomică datorită reacțiilor care au loc în mediul extern;
contactul atomilor unui element difuzor cu suprafața unui produs din oțel și pătrunderea (dizolvarea) acestora în rețeaua de fier (adsorbție);
difuzia atomilor unui element saturant adânc în metal.
2.4 Întărirea suprafeței
Dintre metodele de întărire a suprafeței, întărirea suprafeței, prelucrarea cu laser și aliarea cu scântei electrice sunt cele mai utilizate. La întărirea suprafeței, numai stratul superior este întărit la o anumită adâncime specificată, în timp ce miezul produsului rămâne neîntărit.
Scopul principal al călirii suprafeței este de a crește duritatea, rezistența la uzură și limita de anduranță a piesei de prelucrat. Miezul produsului rămâne vâscos și absoarbe sarcinile de șoc. Călirea suprafeței se realizează prin mai multe metode: încălzire cu curenți de înaltă frecvență; încălzire.
Întărirea suprafeței se realizează prin mai multe metode:
încălzire cu curenți de înaltă frecvență (HF);
încălzire cu flacără de gaz.
Întărirea de înaltă frecvență a fost propusă pentru prima dată de V.P. Când se întărește prin această metodă, produsul din oțel este plasat în interiorul inductorului sub formă de spirală sau buclă.
Curentul de înaltă frecvență este furnizat de la generator la inductor. În timpul trecerii curentului prin inductor în straturile de suprafață ale produsului, datorită inducției, apare un curent de sens opus, încălzind oțelul. Datorită faptului că viteza de încălzire a HDTV-ului este semnificativ mai mare decât viteza de încălzire în cuptor, transformările de fază în oțel au loc la temperaturi mai ridicate, iar temperaturile de încălzire pentru călire cresc. De exemplu, la încălzirea de înaltă frecvență cu o viteză de 400 °C/s, temperatura de întărire a oțelului 40 de la 840...860 °C crește la 930...980 °C.
După încălzirea oțelului de înaltă frecvență la temperatura de întărire, produsul este răcit cu apă. La întărirea cu căldură de înaltă frecvență, se obține o structură foarte dispersă a cristalelor de martensită, oferind o duritate și rezistență mai mare a oțelului decât la încălzirea cuptorului.
Figura 6. Schema de încălzire cu curenți de înaltă frecvență: 1 - parte; 2 - inductor; 3 - câmp magnetic; I - direcția curentului în inductor; II - direcția curentului în piesă
2.5 Întărirea suprafeței cu plasmă a pieselor
Unul dintre cele mai promițătoare tratamente este tehnologia cu plasmă, care se dezvoltă intens atât la noi, cât și în străinătate.
Utilizarea plasmei la temperatură joasă este eficientă nu numai pentru retopirea metalelor și aliajelor; pulverizare de acoperiri rezistente la uzura, la caldura si la coroziune pentru taierea si sudarea diverselor materiale, dar si pentru intarirea suprafetei diverselor produse.
Întărirea suprafeței cu plasmă este utilizată pe scară largă atât în producția la scară mică și individuală (inclusiv reparații), cât și la scară largă și în producția de masă. Esența sa constă în faza termică și transformările structurale care apar în timpul încălzirii rapide concentrate a suprafeței de lucru a unei piese printr-un jet de plasmă (arc) și îndepărtarea căldurii în materialul piesei.
2.6 Întărire ion-plasmă în vid, pulverizare cu magnetron ionic, aliere ionică
Întărirea ionilor în vid-plasmă Printre metodele de aplicare a straturilor de protecție bazate pe impactul particulelor de înaltă energie și al fluxurilor cuantice pe suprafața piesei, mare atentie se concentrează pe metodele ion-plasmă vid. Trăsătura lor caracteristică este conversia directă a energiei electrice în energie de acțiune tehnologică, bazată pe transformări structurale-fazice în condens depus la suprafață sau chiar în stratul superficial al unei piese plasate într-o cameră de vid.
Principalul avantaj al acestor metode este capacitatea de a crea un nivel foarte înalt de proprietăți fizice și mecanice ale materialelor în straturi subțiri de suprafață, aplicând acoperiri dense din compuși chimici refractari, precum și cele de tip diamant, care nu pot fi obținute prin metode tradiționale. . În plus, aceste metode vă permit să:
Asigurați o aderență ridicată a stratului de acoperire la substrat;
Obține o grosime uniformă a stratului pe o suprafață mare;
Variați compoziția acoperirii într-o gamă largă, în cadrul unui ciclu tehnologic;
Obține o curățenie ridicată a suprafeței;
Asigurarea curățeniei ecologice a ciclului de producție.
Metode ale tehnologiei cu plasmă cu ioni de vid:
) Modificarea straturilor de suprafață:
Saturație prin difuzie ionică; (nitrurare ionică, cementare, borurare etc.);
Gravare ionică (plasmă) (curățare);
Implantarea ionică (implementare);
) Acoperire:
Polimerizare prin descărcare strălucitoare;
depunerea ionică (într-un sistem de pulverizare cu triodă, sistem de pulverizare cu diode, folosind o descărcare cu catod gol);
Evaporarea arcului electric;
Metoda clusterului de ioni;
Pulverizare catodică (at DC, înaltă frecvență);
Depunerea chimică în plasma cu descărcare luminoasă.
Metodele moderne de ioni de vid-plasmă pentru întărirea (modificarea) suprafețelor pieselor mașinii includ următoarele etape:
Generarea (formarea) unui flux corpuscular de materie;
Activare, accelerare și focalizare;
Condens și pătrundere în suprafața pieselor (substraturi).
Evaporare: trecerea fazei condensate în abur are loc ca urmare a furnizării de energie termică a substanței evaporate.
Concluzie
La economie de piata Una dintre sarcinile importante este asigurarea calității pieselor mașinii și îmbunătățirea indicatorilor de performanță a acestora. Acești indicatori sunt determinați de parametrii de calitate ai stratului de suprafață. Aproximativ 70% dintre motivele defecțiunii mașinilor și mecanismelor sunt asociate cu uzura unităților de frecare. În consecință, una dintre direcțiile de asigurare a calității mașinilor este creșterea rezistenței la uzură a acestor piese, care poate fi realizată prin includerea unei perioade de rodaj în etapa de fabricație prin utilizarea unor procese de fabricație adecvate. Uzura depinde de mulți parametri de calitate ai stratului de suprafață, așa că este important să știți cum să controlați un complex dintre acești parametri în timpul prelucrării, inclusiv proprietățile structurale geometrice, mecanice, fizice și chimice. În producția de piese de mașini, sunt utilizate pe scară largă diferite metode de întărire a suprafeței. Tehnologiile de întărire la suprafață a pieselor de mașini prezentate în manual fac posibilă atingerea calității cerute a produsului și formează la studenți o abordare sistematică pentru rezolvarea problemelor de presare de creștere a durabilității pieselor și ansamblurilor de mașini.
Referințe
1. Fundamente științifice ale științei materialelor: Manual pentru universități / B.N. Pastuhova. - M.: Editura MVTU im. N.E. Bauman, 2009. - 336 p.
Știința materialelor și tehnologia metalelor: Manual / ed. G.P. Fetisova. - M.: Liceu, 2008. - 640 p.
Metalurgie și tehnologia metalelor: Manual. pentru universități /Yu.P. Solntsev, V.A. Veselov, V.P. Dementsova și alții - M.: Metalurgie, 2011.-512p.
Lakhtin Yu.M., Leontyeva V.P. Știința materialelor; Manual pentru colegii - M.: Mashinostroenie, 2010. - 528 p.: ill.
Principiul de bază care stă la baza creșterii rezistenței metalelor și aliajelor este crearea de obstacole care împiedică mișcarea dislocațiilor. Întărirea se realizează prin tratament termic sau deformare plastică a metalelor și aliajelor datorită creșterii densității defectelor (vezi Fig. 1.16).
Tratament termic– procesul de influență termică asupra materialelor pentru a le schimba în mod intenționat structura și proprietățile.
Posibilitatea de întărire a aliajelor prin tratament termic este determinată de transformări de un anumit tip care apar în aliajele în stare solidă. Aceste transformări pot fi difuze și non-difuzie.
La transformări fără difuzie atomii se deplasează pe distanțe foarte scurte, nu mai mult de 1...2 perioade ale rețelei cristaline. Viteza transformărilor este foarte mare și depășește semnificativ vitezele de încălzire și răcire a aliajelor în timpul tratamentului termic, astfel încât este foarte dificil sau imposibil de controlat sau reglat astfel de transformări. Un exemplu de transformare fără difuzie este o transformare polimorfă, de exemplu, Fea ↔ Fe.
La transformări de difuzie atomii se deplasează pe distanțe considerabile (până la câțiva mm), transformările au loc lent (de exemplu, durata procesului de nitrurare descris mai jos ajunge la câteva zile). Prin urmare, gradul acestor transformări poate fi ajustat în timpul tratamentului termic prin modificarea vitezei de încălzire sau răcire, a temperaturii sau a timpului de menținere. Un exemplu de transformare prin difuzie este descompunerea parțială a unei soluții solide, în care, ca urmare a scăderii solubilității unuia dintre componente cu scăderea temperaturii, o fază secundară este eliberată din soluția solidă (vezi 3.4). .4 și Fig. 3.8).
Trebuie avut în vedere faptul că piesele de prelucrat având o anumită formă obținută în urma operațiilor de modelare (de exemplu, tăiere) sunt supuse unui tratament de întărire. Pentru a facilita astfel de operațiuni, metalul trebuie să aibă proprietăți tehnologice bune - duritate și rezistență scăzute, acest lucru se realizează prin tipuri speciale de tratament termic.
Întărire prin tratament termic
Recristalizare
Această metodă de întărire se bazează pe transformări fără difuzie. În timpul recristalizării, întărirea aliajelor se realizează datorită rafinării granulelor, care are loc în timpul transformării polimorfe (modificarea tipului rețelei cristaline) în timpul încălzirii și răcirii aliajului.
Să luăm în considerare procesul de recristalizare folosind exemplul aliajelor sistemului „Fe – Cr” (Fig. 3.14). În diagramă, α este o soluție solidă de crom în Fea; γ – soluție solidă de crom în Fe. Aceste soluții solide diferă prin tipul rețelei cristaline: a-soluția solidă are o rețea cristalină centrată pe corpul cubic; γ-soluție solidă – cubică centrată pe față. Recristalizarea este posibilă în aliajele în care concentrația de crom este sub punctul determinat de proiecție O – O".
Să luăm în considerare transformările care au loc în timpul încălzirii și răcirii într-unul dintre aceste aliaje. Înainte de întărire, structura aliajului (piesa de prelucrat) constă din granule mari de soluție α-solidă (Fig. 3.15, O). Rezistența aliajului în această stare este scăzută, deoarece lungimea granițelor, care sunt obstacole în calea deplasării dislocațiilor, este mică. Când aliajul este încălzit, structura cu granulație grosieră este păstrată până la punctul 1 – temperatura de început a transformării polimorfe (vezi Fig. 3.14). La temperaturi peste punctul 1
Orez. 3.14. Fragment din diagrama de fază „Fe – Cr”
Orez. 3.15.
O – V– incalzire; c – d – răcire
Soluția α-solidă devine instabilă și o nouă fază, γ, se formează de-a lungul granițelor sale, ale cărei dimensiuni ale granulelor sunt semnificativ mai mici decât boabele fazei α (Fig. 3.15, 6). Cu o creștere suplimentară a temperaturii (până la punctul 2) cantitatea de fază γ crește datorită formării de noi boabe mici. La punctul 2 transformarea polimorfă α → γ se termină, faza α este complet înlocuită cu faza γ, care are granule mai mici (Fig. 3.15, V).Încălzire deasupra punctului 2 (la obiect 3) nu modifică compoziția de fază a aliajului, dar duce la îngroșarea granulelor de fază γ. În acest sens, atunci când se efectuează un tratament termic, aliajul este încălzit doar puțin deasupra punctului 2 (cu 30...50 °C), care garantează finalizarea transformării α → γ, dar nu determină o creștere a mărimii granulelor soluției γ-solide.
După încălzirea la temperatura specificată și timpul de menținere necesar, aliajul este răcit. Răcirea se efectuează lent pentru a obține o structură de echilibru și pentru a reduce stresul apărut în timpul transformărilor de fază. Când se răcește până la capăt 2 transformarea polimorfă inversă (γ → a) începe cu formarea de-a lungul limitelor de granule a soluției γ-solide de cristalite de fază α, mai mici decât cele ale fazei γ inițiale (Fig. 3.15, G). Când temperatura scade până la un punct 1 cantitatea de fază α crește datorită apariției de noi boabe mici. La punctul 1 se termină transformarea polimorfă, structura aliajului, formată în final ca urmare a dublei recristalizări, este formată din granule mici de soluție α-solidă (Fig. 3.15, l)).
Astfel, ca urmare a tratamentului termic, compoziția de fază a aliajului nu s-a schimbat, dar structura sa s-a schimbat - de la granulație grosieră la granulație fină. Unicitatea acestei metode de întărire constă în faptul că, ca urmare a rafinamentului cerealelor, nu numai rezistența, ci și ductilitatea aliajului crește. Toate celelalte metode care măresc rezistența aliajelor reduc simultan ductilitatea acestora.
Recristalizare completă, adică Transformările α → γ și γ → α în timpul încălzirii și, respectiv, răcirii, pe întregul volum sunt posibile numai în aliaje cu o concentrație de crom de cel mult b"– proiecția punctului b(vezi Fig. 3.14). Aliaje aflate în gamă b" – O", este imposibil să se întărească pe întregul volum, deoarece recristalizarea completă nu va avea loc în timpul încălzirii doar transformarea α → α + γ și, astfel, este posibilă doar o întărire parțială;
Pe lângă diagrama de fază considerată, întărirea datorită transformării polimorfe este posibilă în aliaje, a căror diagramă de fază este prezentată în Fig. 3.16. Iată aliajele care conțin componenta ÎN la F poate fi întărită pe întregul volum, situat în interval F-D parţial. Aliaje care conțin componentă ÎN Mai mult D este imposibil de consolidat, deoarece atunci când sunt încălzite structura lor nu se schimbă până când începe topirea.
Pe piața globală a tehnologiilor de întărire a suprafeței sculelor, două metode au fost întotdeauna cele mai larg reprezentate: metoda de depunere chimică (Chemical Vapor Deposition - CVD) și metoda de depunere fizică a acoperirilor (Physical Vapor Deposition - PVD). La noi există o mai largă aplicație industrială a primit metode PVD pentru aplicarea straturilor de protecție. Faptul este că tehnologiile CVD implică utilizarea de reactivi chimici scumpi de înaltă puritate (TiCl4, NH3 etc.) și dozatoare de precizie de precursori chimici, control precis al produselor reactii chimiceîn camera de lucru etc. Iar aplicarea acoperirilor PVD folosind un arc sau o descărcare strălucitoare (magnetron) are o productivitate mai mare și nu este atât de sensibilă la abateri minore ale parametrilor procesului.
Pe lângă aplicarea straturilor rezistente la uzură pe suprafețele sculelor, există încă patru grupuri de tehnologii pentru întărirea suprafeței sculelor de tăiere:
1. Metode de călire mecanică: vibrații, explozie, explozie etc. Cel mai adesea folosit pentru călirea sculelor din oțel de mare viteză și aliaje dure. Deformarea plastică a suprafeței (SPD) – întărirea stratului de suprafață la o adâncime de 0,2-0,8 mm pentru a crea în acesta tensiuni de compresiune reziduale. În timpul întăririi la rece, stratul de suprafață este aplatizat. Alungirea stratului de suprafață este împiedicată de forța de aderență la straturile de metal subiacente. Ca rezultat, în stratul întărit prin lucru apar tensiuni de compresiune biaxiale, iar în grosimea metalului de bază apar tensiuni reactive de întindere nesemnificative. Adăugate la tensiunile de tracțiune de funcționare, tensiunile de compresiune reziduale sunt reduse și atunci când sunt suficient valori mari primii compensează. Distorsiunile multiple ale structurii (deformarea granulelor, deplasările plastice locale) care apar în timpul întăririi inhibă în mod eficient dezvoltarea daunelor de oboseală și extind aria de existență a fisurilor care nu se propagă, a căror creștere determină existența unor tensiuni distructive. Întărirea la stres, care este o combinație de întărire la suprasarcină cu întărire, este eficientă. Prin această metodă, piesa este încărcată cu o sarcină de aceeași solicitare ca cea de lucru, provocând deformații elastice sau elastoplastice în material. După ce sarcina este îndepărtată, în stratul de suprafață apar tensiuni de compresiune reziduale. Stratul întărit este sensibil la căldură. La temperaturi de 400-500 o C, efectul de întărire dispare complet, datorită procesului de recristalizare care are loc la aceste temperaturi, eliminând modificările cristalo-structurale introduse de călire. Principalele tipuri de întărire a suprafeței prin deformare plastică: sablare, laminare, gofrare, netezire cu diamant.
Sablarea presupune întărirea stratului de suprafață cu un flux de bile întărite (diametru 0,5-1,5 mm) create de împușcătoarele centrifuge. Calitatea suprafeței în timpul acestui proces este ușor redusă. Suprafețele plane sunt întărite prin bile rulante montate într-o mandrina rotativă. Piesa de prelucrat are mișcarea de avans longitudinal și transversal cu modul de rulare selectat corect, tensiunile de compresiune reziduale în stratul de suprafață sunt de 600-1000 MPa. Adâncimea de compactare a stratului este de 0,2-0,5 mm. Acest proces îmbunătățește calitatea suprafeței piesei. Suprafața de rotație este călită prin rulare în role din oțel călit. Forța de presare a rolei este selectată astfel încât să creeze tensiuni în stratul de suprafață care depășesc limita de curgere a materialului în condiții de compresie uniformă (pentru oțel 5000-6000 MPa). Cointarea se efectuează cu percutori cu suprafață de lucru sferică, antrenate în vibrații de dispozitive pneumatice. Frecvența de oscilație și viteza de rotație a piesei de prelucrat trebuie să fie potrivite, astfel încât zonele întărite prin lucru să se suprapună.
Netezirea cu diamant constă în prelucrarea unei suprafețe pre-șlefuite și lustruite cu freze diamantate rotunjite (raza 2-3 mm). Stratul de suprafață este compactat la o adâncime de 0,3-0,5 mm.
2. Metode de tratare chimico-termică (CHT) a oțelurilor de scule: nitrurare, carburare, carbonitrare, oxidare, borurare în medii gazoase și lichide, descărcare electrică gaz incandescent (nitrurare ionică). Rezistența ridicată a suprafeței este asigurată prin întărirea izotermă, precum și prin tratarea termomecanică a suprafeței piesei. În timpul călirii la suprafață (călirea la gaze cu flacără) și a tratamentului chimico-termic (cimentare), întărirea se datorează în principal apariției unor tensiuni de compresiune reziduale în stratul superficial datorită formării structurilor cu un volum specific mai mare (nitruri și carbonitruri în timpul nitrocarburării). și nitrurare) decât structura metalului de bază. Expansiunea stratului de suprafață este inhibată de miez, care păstrează structura originală de perlită, ca urmare a căreia apar tensiuni de compresiune în două straturi în stratul de suprafață. În straturile inferioare se dezvoltă tensiuni reactive de întindere, care au o valoare mică, datorită nesemnificației secțiunii transversale a stratului tratat termic față de secțiunea transversală a miezului. Crearea pretensiunilor compresive reduce tensiunea medie în zona de compresie, crescând astfel limita de anduranță. Călirea cu gaz crește limita de rezistență în comparație cu structura originală din oțel netratat de 1,85 ori. Cea mai eficientă metodă de tratament este nitrurarea, care elimină aproape complet factorii care cresc stresul extern. Nitrurarea nu modifică forma și dimensiunea piesei. Stratul nitrurat are o rezistență crescută la coroziune și căldură. Duritatea și efectul de întărire se mențin până la temperaturi de 500-600 o C. Grosimea optimă a stratului de compactare pentru cementare este de 0,4-0,8 mm, cementare și nitrurare este de 0,3-0,5 mm, călirea cu încălzire și călirea cu gaz este de 2-4 mm. Calitatea suprafeței este îmbunătățită semnificativ.
Scânteie electrică, magnetică, întărire cu ultrasunete. Aceste metode sunt rareori utilizate pentru prelucrarea sculelor de tăiere.
Întărire fizică: tratament cu laser, implantare ionică. Tehnologia de implantare ionică este una dintre cele mai promițătoare astăzi în ceea ce privește crearea de materiale compozite cu un set optim de proprietăți de suprafață și volumetrice.
Implantarea ionică este un proces în care aproape orice element poate fi introdus în regiunea apropiată de suprafață a oricărui corp solid - o țintă (substrat) plasată într-o cameră cu vid, printr-un tip de ioni de mare viteză având o energie de câțiva megaelectronvolți.
Ionii pătrund în materialul țintă (substrat) la o adâncime de 0,01 µm până la 1 µm, pierzând energie în procesul de ciocnire cu atomii de bază.
Profilul (distribuția) concentrației de impurități pe adâncime pentru majoritatea combinațiilor - atom implantat - țintă (substrat) poate fi calculat. Pentru o doză scăzută de ioni (număr mic de ioni pe unitate de suprafață), profilul de distribuție a adâncimii concentrației de impurități este de obicei bine descris de o distribuție gaussiană centrată în mijlocul regiunii de propagare. Ca urmare a implantării ionice, se formează un strat de suprafață dintr-un aliaj cu o compoziție variabilă, care nu are o interfață caracteristică pronunțată a acoperirii depuse.
Avantajele implantării ionice ca metodă de modificare a suprafeței în comparație cu alte metode de întărire a suprafeței sunt:
Solubilitate crescută în stare solidă;
Independența formării aliajului de constantele de difuzie;
Posibilitatea de a schimba rapid compoziția aliajului;
Independență față de procesele care au loc în volumul materialului;
Posibilitate de procesare la temperaturi scăzute;
Modificare foarte ușoară a dimensiunilor piesei de prelucrat;
Nu există nicio problemă de augezie, deoarece nu există o interfață pronunțată;
Adâncimea controlată a distribuției concentrației;
Aspirator;
Controlabilitate și reproductibilitate ridicate.
Principalul dezavantaj al implantării ionice este tratarea doar a acelei părți a suprafeței instrumentului care se află direct în zona de acțiune a fasciculului ionic.
38. Descrieți perspectivele de dezvoltare a producției de scule.
„Cum se numește subiectul nostru?! Perspective pentru dezvoltarea producției de scule și care sunt perspectivele? Nu există perspective” © Kryazhev Yu.A.
Starea producției autohtone de scule, începând de la sfârșitul secolului trecut, se caracterizează ca fiind decadentă, exprimată sub forma uzurii morale și fizice a majorității activelor fixe de producție, deteriorarea calității, creșterea timpului de prelucrare și fabricație, precum și un creșterea nivelului defectelor. Ca urmare a reducerii producției de produse de scule și a deteriorării calității acestora, ponderea furnizorilor străini pe piața internă a crescut, ceea ce a condus la o reducere bruscă a volumului comenzilor de la producătorii autohtoni.
Pentru a reduce dependența de import și a crește volumul produselor exportate, sunt necesare măsuri pentru o reconstrucție cuprinzătoare a producției de scule, folosind tehnologii inovatoare de scule care permit reducerea costurilor de producție și obținerea de avantaje competitive față de produsele de la furnizori străini sub forma economisirii de timp și resurse. pe unitate de producție.
Capacitate în prezent piata ruseasca echipamentele tehnologice depășesc 357 de milioane de dolari. În același timp, concentrația producătorilor și consumatorilor de scule este extrem de neuniformă, astfel încât cea mai mare concentrație de fabrici de scule se observă în regiunile Central, Volga și Ural. În plus, potrivit experților, astăzi piața sculelor este în creștere, ceea ce se datorează în primul rând creșterii cererii de echipamente tehnologice în rândul întreprinderilor de construcție de mașini, complexului militar-industrial și creșterii numărului de întreprinderi implicate în producție și revânzarea echipamentelor tehnologice. Cu toate acestea, producătorii existenți de scule nu au capacitatea de a satisface cererea în creștere. Pentru a ieși din această situație, sunt posibile mai multe opțiuni, printre care:
Stimularea creării de noi întreprinderi angajate în producția și vânzarea de scule folosind tehnologii tradiționale de prelucrare a metalelor: formare; metode de prelucrare a strunjirii, frezării, șlefuirii și rindeluire;
Actualizarea mijloacelor fixe ale întreprinderilor instrumentale, inclusiv achiziționarea de echipamente pt tehnologii aditive.
Tendințele de dezvoltare în industria prelucrării metalelor se caracterizează printr-o tranziție către automatizarea întregului ciclu de producție a produselor cu proiectarea preliminară a modelelor tridimensionale ale produselor în sisteme CAD și CAM. Utilizarea CAD în combinație cu sistemele CAD permite dezvoltarea unui model de produs tridimensional, editarea și modificarea rapidă a acestuia. În combinație cu echipamente care permit modelelor rezultate să fie încorporate în metal, plastic sau alt material, timpul petrecut în procesul tehnologic de producție a produsului este redus semnificativ. Dintre echipamentele care implică producția de produse pe baza unui model computerizat se pot distinge următoarele:
Mașini de frezat CNC: freza se deplasează de-a lungul a trei axe (X, Y – plan orizontal, Z – vertical) pe baza traiectoriei obținute dintr-un model tridimensional al produsului într-un sistem CAD, CAM. Unele instalații de frezat adaugă o masă rotativă, care elimină mișcarea de-a lungul uneia dintre coordonatele orizontale și accelerează procesul de prelucrare;
Centre de prelucrare cu 5 axe: o diferență semnificativă între acest echipament și mașinile de frezat CNC este prezența a două grade suplimentare de libertate, permițând mișcarea de rotație a axului sau a mesei de lucru în jurul a două axe, ceea ce extinde semnificativ capacitățile echipamentului pentru prelucrarea suprafețelor curbe. ;
Mașini de tăiat cu jet de apă: concepute pentru tăierea materialului din tablă cu un jet de lichid care conține particule abrazive cu o presiune de până la 6000 atm, în timp ce grosimea metalului care este prelucrat poate ajunge la 300 mm sau mai mult;
Echipament pentru tăierea cu descărcare electrică: procesul de prelucrare se bazează pe fenomenul de eroziune electrică - o modificare a dimensiunilor formei și proprietăților metalului sub influența descărcărilor electrice create de un generator de impulsuri electrice cu o temperatură de la 8000 la 12000 0 C.
Imprimante 3D bazate pe tehnologiile FDM, LENS, DMD, SLS: produc produse volumetrice din plastic (FDM) și materiale metalice (LENS, DMD, SLS) prin depunerea strat cu strat a materialului pe un substrat sau semifabricat de produs.
Echipamentele industriale bazate pe tehnologii aditive în combinație cu CNC se caracterizează de obicei printr-un cost mai mare în comparație cu sistemele tradiționale de frezare, șlefuire și alte sisteme. Cu toate acestea, costul mai mare este justificat de o serie de avantaje și perioade rapide de rambursare datorate fluxurilor de numerar suplimentare datorate unei reduceri semnificative a timpilor de onorare a comenzilor.
Avantajele acestei abordări:
Reducerea timpului de producție al produselor finite: utilizarea unui centru de prelucrare cu 5 axe și mașină de frezat CNC duce la o reducere a timpului de procesare de 1,5–2 ori, o creștere a productivității de 2–3 ori și o reducere a pierderilor de material cu 5–10%;
Creșterea rezistenței și a proprietăților de rezistență la uzură a produselor prin aplicarea unui strat de protecție cu posibilitatea de a combina materiale (tehnologii LENS, DMD);
Capacitatea de a fabrica sau simula rapid matrițe de turnare cu canale complexe pentru pomparea lichidului, crescând transferul de căldură și caracteristicile de rezistență ale produsului;
Schimbarea rapidă a echipamentelor pentru producția la scară mică și pe bucată;
Posibilitatea de prototipare rapidă și o serie de alte aspecte pozitive.
Astfel, organizarea procesului de producție la întreprinderile producătoare de scule bazate pe tehnologii aditive în combinație cu CNC va oferi avantaje competitive sub formă de productivitate sporită a muncii, costuri reduse pentru ciclul de testare și producția de produse finite.
Proprietățile tehnologiilor aditive le permit să fie utilizate în diverse domenii (Figura 1).
Orez. 1. Aplicarea produselor bazate pe tehnologii aditive
Utilizarea pe scară largă a tehnologiilor aditive în domeniul producției de scule va simplifica procesul de producție a anumitor tipuri de produse, eliminând unele tipuri de echipamente.
Majoritatea întreprinderilor care produc echipamente tehnologice se concentrează pe producția de produse în serie, limitând gama de produse produse, ceea ce se datorează cerinței de reducere a costurilor pentru organizarea procesului tehnologic de producție în serie și în masă. În același timp, utilizarea echipamentelor bazate pe tehnologii aditive face posibilă efectuarea eficientă a lucrărilor de creare a prototipurilor, precum și a lucrărilor pentru producția de loturi mici și produse individuale.
Astfel, o întreprindere care a introdus în producție noi metode în tehnologiile de prelucrare a metalelor are un avantaj, deoarece practica arată că cea mai mare parte a sortimentului planificat pentru producție pe echipamente noi va fi produsă pentru a satisface comenzile clienților care se schimbă frecvent. Acest lucru necesită o anumită flexibilitate, capacitatea de a se reorienta rapid către producția unui nou produs și de a se adapta la condițiile de piață în schimbare.
Astfel, dezvoltarea ulterioară, în opinia noastră, este asociată în primul rând cu tranziția (pe măsură ce inovațiile sunt introduse în industrie și comercializarea durabilă) la cele mai recente evoluții în domeniul modelării, cum ar fi: imprimante 3D moderne, noi tehnologii și echipamente pentru apă- taiere cu jet, taiere cu laser - plasma etc.
Principalele metode de întărire a suprafeței pieselor sunt tratamentul chimico-termic, întărirea suprafeței și deformarea suprafeței în stare rece (călirea suprafeței).
Tratamentul chimico-termic constă în saturarea suprafeței unei piese cu un anumit element, urmată de tratament termic. Cele mai frecvente tipuri de tratament chimico-termic sunt carburarea (saturarea suprafeței cu carbon) și nitrurarea (saturarea suprafeței cu azot).
Cimentare realizat pentru a obține o duritate ridicată și rezistență la uzură a suprafeței, menținând în același timp un miez mai moale și mai vâscos al piesei. Prin urmare, oțelurile cu conținut scăzut de carbon (0,2% C) sau oțelurile aliate cu conținut scăzut de carbon sunt întotdeauna supuse carburării. Cele mai frecvente părți supuse carburării sunt angrenajele.
Substanța care furnizează carbon în timpul cimentării se numește carburator. Se face o distincție între carburarea într-un carburator solid (cocs sau cărbune cu adaos de până la 30% sodă - Na 2 CO 3) și într-un carburator cu gaz (CO).
Piesele sunt ținute în carburator timp de 6 până la 12 ore (în funcție de grosimea necesară a stratului necarbonatat 2-4 mm) la o temperatură de 900-950 0 (în regiunea austenitică). În acest caz, conținutul de carbon din straturile de suprafață crește la 1-1,2%.
Grosimea stratului necarbonizat este controlată folosind o probă specială martor, care este supusă cimentării împreună cu piesele.
După cementare, piesele sunt supuse unui tratament termic conform uneia dintre opțiunile prezentate în Fig. 18. Cel mai adesea folosesc călirea cu
vacanță scăzută. Pentru piese critice se realizează o opțiune cu două căliri (prima călire de la o temperatură de 900 0 pentru a rafina boabele și eliminarea rețelei de cementită din stratul superficial, a doua de la 760-790 0 pentru a obține o duritate optimă a suprafeței).
Nitrurare se efectuează într-o atmosferă de amoniac, care, descompunându-se la o temperatură de 500-550 0, furnizează azot atomic activ care se difuzează pe suprafața piesei. Spre deosebire de carburare, duritatea mare a suprafeței nitrurate se obține nu datorită martensitei, ci datorită nitrururilor foarte dure. Prin urmare, pentru nitrurare se folosesc oțeluri cu carbon mediu care conțin elemente puternice formatoare de nitruri (Al, Cr, Mo). Oțel clasic pentru piese nitrurate 38ХМУА. Durata nitrurării este de până la 48 de ore, grosimea stratului este de 0,2-0,5 mm.
Nitrurarea este tratamentul final al pieselor finite;
Ca urmare a nitrurării, se obține o duritate ridicată și rezistență la uzură a suprafeței, crește rezistența la fisurare sub sarcini alternative (rezistența la oboseală) și rezistența la coroziune.
Întărirea suprafeței consta in incalzirea rapida a suprafetei piesei pana la o stare austenitica, urmata de racirea in apa. Ca urmare, la suprafață se formează o structură solidă de martensită, în timp ce în interior se păstrează o structură ferită-perlită cu o vâscozitate destul de mare. După călirea la suprafață, piesele primesc o temperare scăzută sau starea de călire este lăsată fără călire.
Oțelurile cu carbon mediu (0,4-0,45% C) sau cele aliate pentru creșterea rezistenței miezului pieselor sunt supuse călirii la suprafață. Dintii angrenajelor, pinioanelor, fustelor arborelui, capetelor de sina etc. sunt supusi unei astfel de intariri.
Încălzirea rapidă a suprafeței este realizată de curenți de înaltă frecvență (până la 1 milion de Hz). Esența unei astfel de încălziri este că un curent de înaltă frecvență este trecut printr-un inductor de cupru (o spirală sau alt tub în formă de răcit în interior cu apă). În jurul inductorului apare un câmp magnetic alternativ. Piesa de călit este plasată în câmpul inductorului și, datorită efectului de suprafață, suprafața piesei se încălzește rapid (de obicei în 10-15 secunde). Cu cât frecvența curentului este mai mare, cu atât efectul de suprafață este mai mare, cu atât timpul de încălzire este mai scurt și adâncimea stratului întărit este mai mică. De obicei este de 1-3 mm. Când suprafața s-a încălzit până la temperatura necesară (850-900 0), piesa este răcită prin scufundarea ei într-un rezervor cu apă sau trecerea printr-un dispozitiv special de duș - un pulverizator.
Figura 19 prezintă o secțiune transversală a unui dinte de angrenaj după cementare și după întărire cu căldură de înaltă frecvență. Se poate observa că proprietățile unui angrenaj întărit sunt de preferat, totuși, costul întăririi cu particule de înaltă frecvență este semnificativ mai mic.
Întărirea HDTV are un număr calități pozitive:
1. Performanță ridicată;
2. Calitatea înaltă a întăririi (fără creștere a boabelor, aproape fără solzi);
3. Deformații foarte mici (dispoziții reduse la prelucrare și șlefuire);
4. Electricitatea este consumată economic, care merge doar la încălzirea unei părți a piesei;
5. Procesul se pretează bine mecanizării și automatizării;
6. Condițiile de muncă sunt îmbunătățite;
7. În multe cazuri, înlocuiește operația de cimentare mai costisitoare
În producția de reparații, se folosește uneori călirea suprafeței cu încălzire cu flacără. arzator pe gaz. Cu toate acestea, un astfel de proces este dificil de controlat și rezultatul aplicării sale este adesea imprevizibil.