Термиялық және химия-термиялық өңдеу

Жалпы мағлұматтар. Машина детальдарының ұзақ мерзімді жұмыс істеуінің есептік мәндерін сақтау және оны жоғарылату мақсатында әртүрлі әдістер қолданылады: конструктивтік, технологиялық және пайдалану-жөндеу.

Конструктивтік әдістерге детальдардың қажетті қаттылығы мен серпімді қатаңдылығын, машина конструкциясына негізгі элементтердің тозуын компенсациялайтын құрылғыларды енгізуді, үйкеліс торабын сыртқы абразивті ортадан жасыруды қамтамасыз ететін әдістер жатады.

Технологиялық әдістер төмендегі тәсілдердің бірімен орындалуы мүмкін:

- қатты қорытпалармен балқыту;

- термиялық (беттік шынықтыру) және химия-термиялық (көміртектендіру, азоттау) өңдеу:

- жоңқасыз механикалық өңдеу (аунақшалармен таптау).

Болатты термиялық өңдеу. Термиялық өңдеуді құрылымды өзгерту және қажетті қасиеттер мен механикалық сипаттамаларды алу үшін жүргізеді.

Жасыту – кіші дәнді перлитті құрылымды алу, илемділікті жоғарылату, ішкі кернеулер мен қақталманы жою үшін қолданылатын термиялық өңдеу. Босаңдату кезінде, мысалы, болаттарды 900⁰-қа шейін, болаттарды 840⁰ С-қа дейін қыздырады, одан соң біраз ұстап тұрып, біртіндеп салқындату процесі жүреді. Дәнді перлит болатты 680...700⁰ С-та ұзақ уақыт қыздырып, сонан соң біртіндеп салқындату жолымен алынуы мүмкін.

Қалыптандыру – болатты босаңдату температурасына дейін қыздыру және кіші дән алудағы босаңдатуға қарағанда жоғары беріктікті әрі қаттылықты болатты алу үшін ауада салқындату.

Шынықтыру – 950 С-қа дейін қыздыру, беріктікті, қаттылықты, тозуға төзімділікті жоғарылату үшін суда немесе майда салқындату арқылы біраз ұстап тұру. Ереже бойынша шынықтырудан соң болатты босаңдату жүреді. Болаттың әрбір типі мен маркасының өзінің шынықтыру температурасы мен салқындату сұйығы болады. Кейбір легірленген детальдарды ауада да шынықтыра береді Шынығу қабатының тереңдігі жоғары температурада болатты ұстап тұру уақыты мен оның шынығуына байланысты болады.

Шынықтыруда қаттылықтың жетіспеуі, жұмсақ орындар, қатты қызып кету, бұжырлану, сызаттар, пештің қышқылдану нәтижесінде көміртектің жетіспеуі секілді ақаулардың барлығы да технологияны дұрыс сақтамаудан және өңдеу ретін бұзудан келіп шығады.

Жұмсарту – шынықтырылған болатты 723⁰ С-қа дейін қыздырып, сонан соң ішкі шынықтыру кернеулерін азайту және созымдылық пен иілімділік қасиеттерін жоғарылату үшін жайлап салқындату, төменгі жұмсартуды 150-250⁰ С-та жүргізіп, сонан соң жайлап босатады. Бұл өңдеу болаттың қаттылығын кемітпестен тұтқырлығын жоғарылатады. Орташа жұмсарту жеткілікті тұтқырлық бола тұра жоғары серпімді қасиеттерді қамтамасыз ету мақсатында 350...450⁰ С температурада жүргізіледі, мысалы, серіппелер үшін.

Жоғары жұмсарту – 450...650⁰ С температурада жүргізіледі де, ол шынықтыру кернеулерін төмендетеді, беріктік пен тұтқырлықты жоғарылатады.

Беттік шынықтыру – қатты тозуға түскен көлік техникасы детальдары жоғары беттік қаттылыққа ие болуы тиіс. Осы қасиеттерді беру үшін детальдардың беттік шынықтыруын жоғары жиілікті токтар (ЖЖТ) арқылы жүргізу әдісі қолданылады. Ол детальдарды индуктор-катушка көмегімен жасалатын магнит өрісінде қыздырып, содан соң жайлап салқындату арқылы жүргізіледі.

Деталь конструкциясына байланысты ЖЖТ-мен шынықтыру төмендегі тәсілдің бірімен жүзеге асырылады:

- деталь қозғалмайтын немесе айналып тұрған жағдайда олардың барлық беттерін (үлкен емес беттер үшін) бір мезгілде қыздыру және шынықтыру.

- детальдің жекелеген участоктарын біртіндеп қыздыру және шынықтыру

- жылжытып отыру арқылы үздіксіз-тізбектей қыздыру және шынықтыру (ұзын өлшемді біліктер мен осьтер үшін қолданылады).

Берілген тереңдіктегі шыныққан қабатты алуға қажетті қыздыру режимі меншікті қуат пен қыздыру ұзақтығы арқылы келетін ток жиілігімен анықталады.

Қажетті жалпы ток қуаты (ЖЖТ генераторының) мына формуламен анықталады:

; (3.1)

мұндағы, - меншікті қуат, кВт/см², арнайы номограммалар көмегімен анықталады; - шынығуға түсетін деталь бетінің ауданы; - генератордың П.Ә.К-і.

Беттік шынықтыруға арналған детальдарды қыздыру температурасы болат маркасына тікелей байланысты болады. Көлік техникасын жасауда кеңінен қолданылатын болаттар үшін детальдардың қыздыру температурасы мен қыздыру жылдамдықтары 3.1-кестеде келтірілген.

3.1-кесте

Жоғары жиілікті токпен шынықтыру кезінде болат детальдарды қыздыру жылдамдығы және ұсынылатын температура

Болаттар маркалары	Қыздыру температурасы, С	Қыздыру жылдамдығы С /С
	900...940	380...400
45, Ст6	880...920	380...400
40Х	940...980	380...400

Болат құрылымы мен қасиеттеріне жақсы әсер етуімен қатар, ЖЖТ-мен шынықтыру толықтай автоматтандыруға мүмкіншіліктері бар жоғары өнімділікті процесс болып саналады.

Болатты химия-термиялық өңдеу. Беріктендірудің химия-термиялық тәсілдерінің мақсаты детальдардың беттік қабаттарының қасиеттері мен химиялық құрамын өзгерту болып табылады. Химия-термиялық өңдеудің түрлері: газдық көміртектендіру, азоттау, циандау, алюминийлеу, хромдау, мырыштау, кадмийлеу және т.б.

Машина детальдарының беттік қабаттарының беріктігі мен тозуға төзімділігін арттыру өте маңызды, өйткені, біріншіден, тозудың барлық процестері беттік қабаттарда жүреді және деталь металдарының терең қабаттарын қамтымайды; екіншіден, беттік қабаттарда механикалық өңдеудің іздері қалып қояды (микросызаттар, күйіктер). Мысалы, абразивті ортада жұмыс істейтін детальдарды борлау мен азоттау олардың жұмыс істеу мерзімін 6-10 есе өсіреді.

Көміртектендіру дегеніміз болат детальдардың беттік қабаттарын көміртекпен қанықтыру болып табылады, бұл металдың қаттылығын, тозуға төзімділігін және қажу шегін жоғарылатады. Көміртектендіруге құрамындағы көміртектің үлесі 0,35%-ды құрайтын детальдар түседі. Көміртектендіру түрлері: қатты карбюратормен, газдық және сұйықтық көміртектендіру.

Көміртектендіру процесі аяқталған соң пештегі температураны біртіндеп 500⁰С-қа дейін төмендетіп, жәшіктерді шығарып, ауада салқындатады, детальдардың құрылымын жақсарту үшін (көміртектендіру кезінде дәндері іріленуі мүмкін) шынықтыру мен жұмсартуға жібереді.

Газдық көміртектендіру – құрамында көміртек (мысалы, СН₄) немесе азот бар газдардың көмегімен беттік қабаттың өзгеруі, процестің өнімділігі тез өседі, механикаландыру мен автоматтандыру мүмкіндігі жоғары болады.

Азоттау – детальдің беттік қаттылығын, тозуға және тат басуға төзімділігін жоғарылату мақсатында беттік қабатты азотпен қанықтыру процесі.

Азоттауға құрамында хром, алюминий, вольфрам, молибден және басқа азотпен тез әрекеттесіп бірігетін элементтері бар легірленген болаттан жасалған детальдар қатысады (мысалы, қозғалтқыш цилиндрлерінің гильзалары, тістегеріштер, клапандар және т.б.). Азоттау 650⁰С-қа дейін қыздырылған электрпештерінде жүргізіледі.

Циандау– болат детальдар беттерін көміртек және азотпен бір мезгілде қанықтыру процесі. Азкөміртекті болаттарды көміртектендіру орнына қолданылады да, онымен салыстырғанда едәуір артықшылықтары бар: тозуға төзімділігінің, соққы жүктерге қарсылығының және процесс жылдамдығының жоғарылығы, т.б.

Алюминийлеу – іштен жану қозғалтқышының клапандары типтес детальдарды алюминийлеу процесі.

Хромдау– агрессивті ортада тозуға жұмыс істейтін детальдарды 900...1100⁰С температурада хроммен қанықтыру процесі.

Мырыштау – атмосферада тот басуға төзімділікті жоғарылату мақсатында жүргізілетін процесс. Мырыш қабатының қалыңдығына байланысты мырыштауды әртүрлі тәсілмен жүзеге асырады:

- 0,02...0,03 мм қабатты алу үшін 440...480⁰С температурады 15...20 сек тоқтата тұрып, мырышқа қорытпа құю арқылы мырыштау;

- 0,03...0,06 мм қабатты алу үшін 350...430⁰С температурада 1...10 сағатта мырыш ұнтағында мырыштау;

- гальваникалық тәсілмен мырыштау. Бет қабатын мырышпен диффузиялық қанықтыру жүргізілетін алғашқы екі тәсілмен салыстырғанда, гальваникалық тәсіл жоғары берік қабат пен төменгі тот басуға төзімділік береді.

Кадмиймен жабу әдісі өзінің қорғаныс қасиеттері бойынша мырыштауға жақын болады. Бұл әдіс бұрандалық қосылыстар үшін ұсынылады. Кадмий қабатының қалыңдығы 0,003...0,015 мм құрайды.