Производство деталей из металлических порошков 5 страница

Вода, как закалочная среда, имеет большую скорость охлаждения в перлитном интервале, но при этом и высокую скорость охлаждения при температурах образования мартенсита, что может приводить к образованию трещин и деформации закаливаемых изделий (рис.15). Кроме этого, охлаждающая способность воды резко снижается при повышении её температуры.

При закалке в масле охлаждение в мартенситном интервале осу-ществляется с невысокой скоростью, но в интервале перлитного превращения интенсивность охлаждения часто оказывается недостаточной для его подавления (рис. 15).

Таким образом, в настоящее время нет закалочной среды, которая бы обеспечивала идеальное охлаждение, и поэтому разработаны различные способы закалки, использование которых позволяет снизить уровень возникающих напряжений при обеспечении необходимого структурообразования.

Наиболее распространенным способом закалки является закалка в одном охладителе, при котором деталь погружают в закалочную среду, где она остается до полного охлаждения. С целью уменьшения внутренних напряжений детали перед погружением в закалочную жидкость некоторое время охлаждают на воздухе. Такой способ называется закалкой с подстуживанием. При этом необходимо, чтобы температура детали не опускалась ниже Аr3 для доэвтектоидных сталей и ниже Аr1 – для заэвтектоидных.

При закалке в двух средах деталь сначала охлаждают в воде до температуры несколько выше Мн, а затем для окончательного охлаждения переносят в среду с меньшей охлаждающей способностью, при этом уменьшаются внутренние напряжения, связанные с превращением аустенита в мартенсит.

При ступенчатой закалке деталь после нагрева охлаждается в закалочной среде, имеющей температуру несколько выше точки Мн, и выдерживается в ней до выравнивания температуры по всему сечению, но при этом не должно произойти превращение аустенита в бейнит. После этого следует окончательное охлаждение на воздухе, во время которого происходит превращение аустенита в мартенсит. Проведение ступенчатой закалки позволяет уменьшить деформации, коробление и опасность возникновения трещин.

Изотермическая закалка выполняется так же, как и ступенчатая, но выдержка при температуре несколько выше Мн увеличивается для завершения превращений аустенита в бейнит. Данный способ закалки применяется для легированных сталей и последующий отпуск не производится. В качестве охлаждающих сред при ступенчатой и изотермической закалках применяют расплавленные соли (55% KNO и 45%NaNO3) или щелочи (20%NaOH и 80%KOH).

Закалка с самоотпуском применяется в основном для ударного инструмента (зубила, кузнечный инструмент и т. д.), когда для обеспечения высокой стойкости инструмента требуется, чтобы твердость постепенно и равномерно снижалась от рабочей к хвостовой части. Такое распределение твердости возможно, если при закалке нагретую деталь рабочей частью погружают в воду и вынимают после кратковременной выдержки. За счет тепла хвостовой части детали её рабочая часть нагревается и отпускается. Температуру нагрева определяют по цветам побежалости, появление которых объясняется возникновением на шлифованной поверхности тонких слоев окислов. Цвет слоя зависит от его толщины, которая определяется температурой. При температуре 220оС поверхность приобретает светло-желтый цвет, при 230оС - желтый, при 240оС - темно-желтый, при 250оС - оранже-вый, при 260оС - коричневый, при 270оС - красный, при 280оС - фиолетовый, при 300оС - синий, при 320оС - серый. Этот давно известный способ сейчас становится все более востребованным, что объясняется стремлением к энергосберегающим технологиям и открывающимися возможностями предварительного моделирования закалочного процесса и его выполнения в автоматическом режиме.

2.3.2.3 Обработка холодом

Если температура конца мартенситного превращения ниже 0оС, то после закалки в структуре стали содержится остаточный аустенит. Нали-чие остаточного аустенита снижает твердость стали, а его последующий распад приводит к изменению форм и размеров. Чем ниже температура конца мартенситного превращения, тем больше остаточного аустенита в структуре закаленной стали.

С целью уменьшения количества остаточного аустенита сталь после закалки охлаждают до отрицательных температур. Такой технологический процесс называется обработкой холодом, в результате чего возобновляется мартенситное превращение. Температурный режим обработки холодом определяется температурой конца мартенситного превращения. Поскольку превращение происходит только при охлаждении в области мартенситного превращения. Более глубокое охлаждение нецелесообразно, поскольку не вызовет дополнительного превращения.

После закалки стали выдержка при комнатной температуре приводит к стабилизации аустенита и при последующей обработке холодом не весь остаточный аустенит будет превращаться в мартенсит. Поэтому обработку холодом рекомендуется проводить немедленно после закалки.

Обработка холодом целесообразна для углеродистых сталей с содержанием углерода свыше 0,6% и применяется для стабилизации размеров калибров, колец шарикоподшипников и других особо точных изделий, для получения максимальной твердости инструмента и цементованных деталей, а также для повышения магнитных характеристик стальных магнитов.

2.3.3 Отпуск

Отпуском называется термическая операция, включающая нагрев до температуры ниже АС1, выдержку при заданной температуре и последующее охлаждение с заданной скоростью и обеспечивающая более равновесное состояние металла.

При отпуске происходит уменьшение внутренних напряжений и тем более значительное, чем выше температура отпуска. Повышение скорости охлаждения с температуры отпуска приводит к увеличению остаточных напряжений. Например, при охлаждении в воде после отпуска (применяется для устранения отпускной хрупкости) уровень возникающих напряжений может быть на порядок выше по сравнению с охлаждением той же детали на воздухе.

С повышением температуры отпуска твердость и прочность пони-жаются, а пластичность и ударная вязкость повышаются.

Зависимость твердости от температуры отпуска качественно имеет такой вид. С повышением температуры отпуска она снижается в результате увеличения карбидных частиц и обеднения углеродом a-твердого раствора. В высокоуглеродистых сталях при отпуске до 100°С имеет место повышение твердости на 1-2HRC в результате превращения тетрагонального мартенсита в отпущенный, а при отпуске при 200-250°С возможно некоторое повышение твердости в результате превращения остаточного аустенита в более твердый отпущенный мартенсит.

Нагрев до 300оС приводит к повышению пределов прочности и упругости, а при дальнейшем повышении температуры отпуска происходит их снижение.

Пластические свойства увеличиваются с повышением температуры отпуска и наибольшая пластичность соответствуют отпуску при 600...650оС. Отпуск при более высоких температурах уже не повышает пластичность.

Ударная вязкость у закаленной углеродистой стали сохраняется низкой вплоть до температуры отпуска » 400оС, после чего начинается её интенсивное повышение до достижения максимума при 600оС.

Различают три вида отпуска: низкотемпературный, среднетемпе-ратурный и высокотемпературный.

Низкотемпературный отпуск осуществляется в интервале температур 80…200оС. В результате его проведения мартенсит закалки превращается в мартенсит отпуска, имеющий повышенную ударную вязкость и пластичность по сравнению с мартенситом закалки при практически той же твердости. Поэтому низкотемпературному отпуску подвергают режущий и измерительный инструменты из углеродистых и низколегированных сталей, а также детали после поверхностной закалки и цементации.

Среднетемпературный отпуск проводят при температурах 350…500оС, в результате чего образуется дисперсная феррито-цементитная смесь с зернистой формой цементитных частиц, называемая трооститом отпуска. Троостит обладает повышенными значениями предела текучести и твердостью до 450…500 НВ. Среднетемпературному отпуску подвергаются рессоры и пружины.

Высокотемпературный отпуск производится при температурах 500…650оС. Образующаяся структура, представляющая собой ферритную основу с коагулированными и сфероидизированными частицами цементита, называется сорбитом отпуска. Сорбит отпуска обладает высоким комплексом прочностных и пластических свойств, ударной вязкости и низкой переходной температурой хладноломкости.

Термическая обработка, состоящая из закалки и высокотемпературного отпуска, называется улучшением.

При проведении отпуска возможно проявление отпускной хрупко-сти, проявляющееся в снижении ударной вязкости. Различают два рода отпускной хрупкости (рис. 16).

1 – быстрое охлаждение; 2 – медленное охлаждение

Рисунок 16 – Изменение ударной вязкости стали в зависимости от температуры отпуска и последующей скорости

охлаждения

Отпускная хрупкость первого рода проявляется при отпуске около 300оС у всех сталей, независимо от их состава и скорости охлаждения после отпуска.

Отпускная хрупкость второго рода обнаруживается после отпуска выше 500оС и проявляется только при медленном охлаждении с температуры отпуска. Склонность к отпускной хрупкости второго рода проявляется у сталей, легированных марганцем, хромом, никелем при наличии в ней более 0,001% фосфора.

Для сталей, склонных к отпускной хрупкости второго рода, следует предусматривать быстрое охлаждение после отпуска или применять стали, легированные молибденом, замедляющим её развитие. Но более эффективным является применение чистых сталей по фосфору, а также по примесям внедрения (кислороду, азоту, водороду) и цветным металлам.

2.3.4 Дефекты термической обработки

Дефекты при отжиге могут возникать вследствие несоблюдения ре-жимов нагрева и охлаждения, применения слишком высоких или слишком низких температур, чрезмерной продолжительности нагрева.

При слишком быстром нагреве, особенно изделий крупных размеров, в результате теплового расширения наружных слоев в середине изделия могут возникнуть большие растягивающие напряжения, вызывающие образование трещин. На опасность возникновения трещин необходимо обращать особое внимание при нагреве сталей с плохой теплопроводностью и высоким коэффициентом теплового расширения, например аустенитных.

До достижения температуры отжига необходимо обеспечить выравнивание температуры, особенно для крупных изделий. Неравномерный нагрев приводит к неравномерной структуре и тем самым к получению различных механических свойств в разных сечениях изделия.

При слишком высоких температурах отжига и чрезмерно длительных выдержках происходит образование крупнозернистой структуры, называемой структурой перегрева. Перегрев стали возможен при нагреве слитков и заготовок для горячей деформации.

Перегрев характеризуется крупнокристаллическим блестящим изломом. Он может быть устранен последующим отжигом с фазовой перекристаллизацией, нормализацией или закалкой с высокотемпературным отпуском.

Очень большой перегрев, кроме сильного роста зерна, может вы-звать окисление и оплавление границ зерен. Такой дефект называется пережогом и является неисправимым браком.

Неправильно проведенная закалка может привести к недостаточной и неравномерной твердости, короблению и образованию трещин.

Недостаточная твердость закаленной стали объясняется низкой температурой нагрева под закалку, недостаточной длительностью выдержки при правильной температуре или недостаточно интенсивным охлаждением. В первом случае мартенсит не обладает достаточной твердостью из-за исходного негомогенного аустенита. При недостаточно интенсивном охлаждении в структуре стали могут присутствовать продукты диффузионного распада аустенита.

Образование мягких пятен также является следствием недостаточного прогрева или недостаточно интенсивного охлаждения.

Повышенная хрупкость стали появляется в результате закалки от слишком высоких температур, при которых произошел значительный рост зерен аустенита. Устраняют этот дефект повторной закалкой от нормальных температур для этой стали.

При проведении термической обработки наличие газов в атмосфере печи (кислорода, водяного пара, углекислого газа, окиси углерода и др.) вызывает обезуглероживание и окалинообразование.

Обезуглероживание стали связано с выгоранием углерода в поверхностных слоях. Толщина обезуглероженного слоя может достигать 1,5 – 2 мм

Обезуглероживание поверхности металла обусловливает неравномерную и неполную восприимчивость к закалке, например, инструментальных сталей. Кроме того, обезуглероживание способствует снижению усталостной прочности, ухудшению химических свойств поверхности.

Окисление стали в процессе нагревания ведет к образованию на поверхности окалины, состоящей из соединений железа с кислородом FеО, Fе2О3, Fе3О4. Масса этого слоя может составлять 1-2% от массы заготовки.

Для защиты от окисления и обезуглероживания выполняется светлый нагрев, который осуществляется в печах с защитной атмосферой или вакуумных печах.

Используются также инертные газы – атмосферы, не вступающие во взаимодействие ни с одним из металлов или сплавов и с углеродом. Наиболее широкое применение в промышленности находят аргон и гелий. Необходимо отметить, что применение инертных атмосфер требует их тщательной очистки от кислорода, двуокиси углерода и других газов, а также глубокой осушки.

В последнее время получает распространение нагрев в «кипящем» слое. Если продувать горячий воздух сквозь слой, состоящий из мелких частиц (обычно, корундовых диаметром 200…500 мкм), то такой слой «кипит», превращаясь как бы в жидкость. В него можно погружать изделие и осуществлять нагрев при продувании горячего воздуха. Вместо воздуха можно использовать другие среды, в том числе и нейтральные. «Кипящий» слой может служить и закалочной средой при продувании через него холодного воздуха.

С целью защиты изделия от обезуглероживания и окалинообразования при отсутствии печей с защитной атмосферой нагрев можно осуществлять в ящиках или трубах, замазанных глиной, а также в ящиках с засыпкой древесным углем или чугунной стружкой.

2.4 Поверхностное упрочнение

2.4.1 Общие положения

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 дей-ствием 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 б0,2 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.

2.4.2 Поверхностная закалка

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 АС3; слоя, нагретого до температур между АС3 и АС1; слоя, нагретого ниже АС1.

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.

2.4.2.1 Закалка с индукционным нагревом

Это наиболее распространенный способ поверхностной закалки. Нагревание детали происходит с помощью токов высокой частоты (ТВЧ) и основано на использовании явлений электромагнитной индукции и поверхностного распределения индукционного тока.

Деталь устанавливается в индуктор, представляющий собой один или несколько витков пустотелой медной водоохлаждаемой трубки. При пропускании через индуктор переменного тока высокой частоты создается магнитное поле. В поверхностных слоях детали наводится индукционный ток той же частоты, но противоположного направления. Этот ток нагревает деталь, при этом глубина нагрева зависит от частоты тока согласно следующей зависимости:

δ = 4,46•105 ,

где δ - глубина нагрева, м;

r - удельное электросопротивление, Ом•м;

m - магнитная проницаемость, Гн/м;

f - частота тока, Гц;

Из анализа этой формулы следует, что чем больше частота тока, тем меньше глубина нагрева и, соответственно, толщина закаленного слоя. Для стали 45 глубина проникновения тока для частот 1000; 10 000; 1 000 000 Гц составляет, соответственно, 10; 6; 0,6 мм.

Для нагревания используют машинные и ламповые генераторы. Первые вырабатывают ток частотой до 10 000 Гц, а вторые – свыше 10 000 Гц. В машинных генераторах закаливают детали диаметром 5…50 мм на глубину от 1 до 10мм. Ламповые генераторы применяют для закалки более мелких деталей с толщиной закаленного слоя до 1 мм.

Скорость нагревания ТВЧ составляет 50...500оС/с, а при обычном нагревании в газовой или электрической печи скорость не превышает 5оС/с. Большие скорости нагрева приводят к тому, что образование аустенита и, соответственно, температура нагрева для закалки смещаются в область более высоких температур. Например, при печном нагреве стали 40 температура закалки составляет 840...860оС, а при нагреве со скоростью 500оС/с – 980 ...1020оС. После такого скоростного нагрева образуется мелкое зерно аустенита (10-12 балл), а после печного нагрева зерно значительно крупнее (8 балл).

Охлаждающую жидкость (воду, водовоздушные смеси, водяные растворы полимеров) для закалки подают через спрейер (душевое устройство). Скорости охлаждения при закалке после индукционного нагрева значительно превышают те, которые достигаются при объемной закалке. Это объясняется малой толщиной нагретого слоя в сравнении с общим объемом детали и дополнительным отводом тепла в её центральные зоны. Вследствие этого структура закаленного поверхностного слоя состоит из мелкоигольчатого мартенсита с твердостью на 3...6 HRC выше, чем при печном нагреве.

Существуют следующие способы индукционной закалки:

- одновременное нагревание и охлаждение всей поверхности;

- непрерывно-последовательное нагревание и охлаждение;

- последовательное нагревание и охлаждение отдельных участков.

Первый способ применяется для изделий, которые имеют неболь-шую поверхность упрочнения, в частности, для инструмента, валов, и т. п.; второй – для длинных валов и осей; а третий – для шеек коленчатых валов, кулачков распределительных валов.

После закалки с индукционным нагревом изделия подвергают низкому отпуску при 160...200оС, а иногда и самоотпуску.

Для поверхностной закалки с индукционным нагревом применяют стали с содержанием углерода 0,4...0,5% (40, 45, 40Х, 45Х и др.). Легированные стали практически не применяются, поскольку нет необходимости в глубокой прокаливаемости, достигаемой легированием.

К преимуществам индукционного нагрева следует отнести высокую производительность, а также практически полное отсутствие обезуглероживания, окисления и деформации, что позволяет в определенных случаях сделать такую обработку финишной операцией. Немаловажным достоинством является наличие возможности для регулирования глубины закаленного слоя.

Однако необходимо отметить, что в связи с высокой стоимостью оборудования и оснастки для индукционной закалки её применение экономически целесообразно только в условиях массового производства.

2.4.2.2 Закалка деталей с газопламенным нагревом

Закалка с нагревом деталей газокислородным пламенем – один из наиболее целесообразных методов поверхностного упрочнения в условиях индивидуального производства. В качестве горючих газов чаще всего используют ацетилен, коксовый или природный газ. Для нагрева применяют газовую горелку. Вода для охлаждения поверхности детали подается с помощью душирующего устройства.

Газопламенный нагрев может осуществляться при стационарном положении детали с постепенным перемещением горелки или при стационарном положении горелки со встречным движением детали.

Толщина закаленного слоя в большинстве случаев составляет 2...4 мм, а его твердость для стали с содержанием углерода 0,4...0,45 % составляет 50...56 HRC. Закаленные детали подвергают отпуску в печи при 180...250оС.

К недостаткам этого способа поверхностной закалки относятся недостаточное регулирование температуры и толщины закаленного слоя, а также возможность перегрева отдельных участков поверхности детали.

Этих недостатков лишена единственная в Украине установка для поверхностного упрочнения прокатных валков диаметром до 1600 мм, которая эксплуатируется на Новокраматорском машиностроительном заводе. Технологический процесс обработки предусматривает предварительный объемный нагрев валков до 400...500оС. Далее валок передается на установку и подвергается скоростному газопламенному нагреву до 900...950оС. Толщина нагреваемого поверхностного слоя достигает 150 мм. В процессе нагрева осуществляется контроль температуры поверхности, на основании данных которого происходит автоматическое регулирование интенсивности нагрева в соответствии с разработанной технологией. По окончании нагрева валок передается в специальную водо-воздушную охладительную установку.

2.4.2.3 Поверхностная закалка в электролитах

Этот способ поверхностной закалки основан на использовании так называемого «эффекта нагрева катода».

Нагрев проводят путем погружения детали в ванну с солевым рас-твором (например, 8...12%-ный раствор поташа К2СО3), через который пропускают постоянный ток при напряжении 220-380В. Деталь соединяется с отрицательным полюсом, а корпус ванны – с положительным. При прохождении тока через электролит происходит его диссоциация и положительно заряженные ионы водорода устремляются к поверхности детали. По контуру детали образуется тонкая водородная оболочка с большим электросопротивлением. Выделением значительного количества тепла в этой оболочке и обеспечивается скоростной поверхностный нагрев. При изменении напряжения тока появляется возможность для регулирования толщины закаленного слоя. После нагрева в электролите последующее охлаж-дение детали возможно проводить в самом электролите.

2.4.2.4 Закалка с нагревом лазерным лучом

Применение лазеров для термической обработки основано на трансформации световой энергии в тепловую. Оборудование, в котором активное вещество генерирует когерентные электромагнитные волны в результате вынужденного излучения, называется квантовым генератором. Если излучение находится в видимой или инфракрасной области (длина волны 0,4...3,0 мкм), то такой квантовый генератор называется оптическим или лазером. Высокая концентрация энергии в световом потоке лазера позволяет нагревать поверхность до температур закалки за очень короткое время (³ 10-3с).

Механизм лазерной закалки заключается в фазовом превращении материала после скоростного нагрева с последующим охлаждением нагретого слоя путем отвода тепла за счет теплопроводности металла. Скорость охлаждения превышает 103 оС/с.

Существует два основных типа технологических лазеров: твердо-тельные и газовые. В твердотельных лазерах в качестве рабочего тела используют кристаллические или аморфные диэлектрические материалы: корунд (Al2O3), итрий-алюминиевый гранат (Y3Al5O12), стекло. Рабочим веществом в газовых лазерах чаще всего является диоксид углерода СО2 или смесь газов.

Лазеры могут работать как в импульсном, так и в непрерывном ре-жимах. Лазеры с использованием стекла работают лишь в импульсном режиме, газовые лазеры и твердотельные с использованием итрий-алюминиевого граната могут работать в обоих режимах.

Особенностью лазерного излучения является его локальность. Им-пульсное излучение действует в точке, а непрерывное – в полосе шириной до 3 мм. В связи с этим возникает необходимость сканирования луча, которое может происходить с взаимным перекрытием или без перекрытия зон упрочнения.

Лазеры непрерывного действия обеспечивают более высокую производительность обработки и равномерность упрочнения.

Процессы лазерной термической обработки определяются взаимо-действием лазерного излучения с материалом, которое зависит от оптических и теплофизических свойств обрабатываемого материала: коэффициента отражения поверхности, теплопроводности, температуры плавления.

Для снижения отражения, и, соответственно, увеличения поглоще-ния повышают шероховатость поверхности металла или наносят светопоглощающие покрытия: химические, углеродные, лакокрасочные, напыленные в вакууме и другие.

Чаще всего применяют фосфатирование солями ортофосфорной кислоты. Специально для лазерной термической обработки созданы водорастворимые краски, в состав которых входят вещества с высокими коэффициентами поглощения (0,8...0,9). Эти краски после лазерной обработки легко смываются водой.

Поверхностное лазерное упрочнение перспективно для таких деталей машин, долговечность которых определяется их износостойкостью и усталостной прочностью.

При лазерном упрочнении среднеуглеродистых сталей достигается высокая прочность и при этом заплавляются поверхностные трещины и уменьшается шероховатость поверхности, в результате чего повышается усталостная прочность.

При лазерном упрочнении углеродистых инструментальных сталей (У8...У12) твердость может возрасти до 13 000 МПа. Низколегированные инструментальные стали (Х, ХВГ, 9ХС, ХВ4) после лазерной закалки для повышения твердости подлежат обработки холодом. Например, охлаждение стали ХВГ в жидком азоте приводит к повышению твердости с 9700 до 11 200 МПа.

Лазерная закалка повышает теплостойкость быстрорежущих сталей на 70...80оС в результате насыщения матрицы легирующими элементами при растворении карбидов и равномерного распределения этих элементов.

Лазерное упрочнение валков прокатных станов из стали Х9ВМФШ с оплавлением поверхности приводит к увеличению твердости до 65...70 НRС, что значительно превышает твердость после обычной закалки и низкого отпуска (63...64НRС).

2.4.3 Химико-термическая обработка (ХТО)

2.4.3.1 Общие положения

Химико-термической называют обработку, которая заключается в сочетании термического и химического действия с целью изменения со-става, структуры и свойств поверхностного слоя детали в необходимом направлении.

По сравнению с поверхностной закалкой, преимуществом ХТО является более существенная разница между свойствами сердцевины и поверхности, которая при ХТО определяется разницей в строении и составе, а при поверхностной закалке – только разницей в строении слоя.

К достоинствам данного вида поверхностного упрочнения следует отнести независимость от внешней формы изделия, а также возможность устранить последствия перегрева при ХТО последующей термической обработкой.

При химико-термической обработке проходят три взаимосвязанные стадии: диссоциация, адсорбция и диффузия.

В результате диссоциации образуются активные атомы насыщающего элемента. Адсорбция есть поглощение активных атомов поверхностью металла, а диффузия – проникновение их в глубину.

Диффузия является важной стадией ХТО. При образовании твердых растворов замещения диффузия происходит по вакансионному механизму, а при образовании твердых растворов внедрения – путем диффузии между узлами кристаллической решетки. Толщина диффузионного слоя определяется температурой и длительностью процесса. Зависимость толщины от температуры носит экспоненциальный характер согласно формуле: