Proces obróbki cieplnej metalu zmieniający właściwości mechaniczne powierzchni poprzez ogrzewanie i chłodzenie powierzchni części stalowych. Głównym elementem obróbki cieplnej powierzchni jest hartowanie powierzchni. Jego celem jest uzyskanie warstwy wierzchniej o dużej twardości i korzystnego rozkładu naprężeń wewnętrznych, aby poprawić odporność na zużycie i zmęczenie przedmiotu obrabianego.
Wzmocniony proces obróbki cieplnej metalu na powierzchni przedmiotu obrabianego. Jest szeroko stosowany w częściach, które wymagają wysokiej odporności na zużycie, wytrzymałości zmęczeniowej i dużego obciążenia udarowego powierzchni, ale również mają dobrą plastyczność i wytrzymałość jako całość, takich jak wały korbowe, wałki rozrządu, przekładnie itp. Obróbka cieplna powierzchni dzieli się na dwie kategorie: hartowanie powierzchni i chemiczna obróbka cieplna.
utonięcie 2022/8/12 8:34:44
Utwardzanie powierzchni
Obrabiany przedmiot jest szybko nagrzewany przez różne źródła ciepła i szybko schładzany, gdy temperatura powierzchni części przekracza punkt krytyczny (w tym czasie temperatura serca przedmiotu obrabianego jest poniżej punktu krytycznego), dzięki czemu powierzchnia przedmiot obrabiany jest utwardzony, a serce pozostaje oryginalną tkanką. Aby ogrzać tylko powierzchnię przedmiotu obrabianego, stosowane źródło ciepła musi mieć wysoką gęstość energii. Zgodnie z różnymi metodami ogrzewania, hartowanie powierzchni można podzielić na nagrzewanie indukcyjne (wysoka częstotliwość, częstotliwość pośrednia, częstotliwość mocy) hartowanie powierzchni, hartowanie powierzchni nagrzewania płomieniem, hartowanie powierzchni nagrzewania elektrycznego kontaktu, hartowanie powierzchni nagrzewania elektrolitu, hartowanie powierzchni nagrzewania laserowego, elektron hartowanie powierzchni wiązki itp. Najszerzej stosowane w przemyśle indukcyjne ogrzewanie i hartowanie powierzchniowe nagrzewaniem płomieniowym.
Chemiczna obróbka cieplna
Przedmiot obrabiany jest podgrzewany i izolowany w medium zawierającym pierwiastki aktywne, dzięki czemu atomy aktywne zawarte w medium wnikają w powierzchnię przedmiotu obrabianego lub tworzą powłokę ze związku zmieniającego tkankę i skład chemiczny warstwy wierzchniej, tak aby powierzchnia części ma specjalne właściwości mechaniczne lub fizykochemiczne. Inna odpowiednia obróbka cieplna jest zwykle wymagana przed i po przenikaniu chemicznym w celu zmaksymalizowania potencjału warstwy infiltracyjnej i uzyskania najlepszego dopasowania między środkiem przedmiotu obrabianego a powierzchnią pod względem struktury, wydajności itp. W zależności od różnych infiltracji pierwiastki, chemiczną obróbkę cieplną można podzielić na nawęglanie, azotowanie, borowanie, silikonowanie, siarkowanie, aluminiowanie, chromowanie, cynkowanie, współsączenie azotowania węgla, koosmozę aluminiowo-chromową itp.
Chłodzenie rezystancji kontaktowej
Napięcie mniejsze niż 5 woltów jest dodawane do przedmiotu obrabianego przez elektrodę, duży prąd przepływa przez kontakt między elektrodą a przedmiotem obrabianym i wytwarzana jest duża ilość oporu cieplnego, dzięki czemu powierzchnia przedmiotu jest podgrzewana do temperaturę hartowania, a następnie usuwa się elektrodę. Ciepło jest przenoszone do przedmiotu obrabianego, a powierzchnia jest szybko schładzana, co osiąga cel hartowania. W przypadku długich elementów elektroda przesuwa się do przodu, a pozostawiona część stale twardnieje.
utonięcie 2022/8/12 8:35:07
Zaletami tej metody jest to, że sprzęt jest prosty, łatwy w obsłudze, łatwy do zautomatyzowania, odkształcenie przedmiotu obrabianego jest minimalne, a także nie ma potrzeby odpuszczania, co może znacznie poprawić odporność na zużycie i ścieranie przedmiotu obrabianego, ale warstwa utwardzająca jest cienka ({{0}}.15 do 0.35mm). Jednorodność mikrostruktury i twardości jest słaba. Metoda ta jest najczęściej stosowana w hartowaniu powierzchniowym szyn obrabiarek wykonanych z żeliwa, a jej zakres zastosowań nie jest szeroki.
Ogrzewanie elektrolityczne i hartowanie
Obrabiany przedmiot umieszcza się w elektrolicie wodnego roztworu kwasu, zasady lub soli, obrabiany przedmiot jest połączony z katodą, a elektrolizer jest połączony z anodą. Po podłączeniu prądu stałego elektrolit jest poddawany elektrolizie, tlen jest uwalniany na anodzie, a wodór jest uwalniany na przedmiocie obrabianym. Wodór tworzy warstwę gazu wokół przedmiotu obrabianego, stając się opornikiem i wytwarzając ciepło. Powierzchnia przedmiotu obrabianego jest szybko nagrzewana do temperatury hartowania, a następnie odcinany jest prąd. Film gazu znika natychmiast. Elektrolit staje się medium hartowniczym, dzięki czemu powierzchnia obrabianego przedmiotu jest szybko schładzana i utwardzana. Powszechnie stosowanym elektrolitem jest roztwór wodny zawierający 5-18 procent węglanu sodu. Metoda nagrzewania elektrolitycznego jest prosta, czas obróbki krótki, czas nagrzewania tylko 5-10s, wydajność wysoka, a odkształcenie hartowania niewielkie. Nadaje się do masowej produkcji małych części. Został użyty do hartowania powierzchni na końcu trzonu wydechowego silnika.
Laserowa obróbka cieplna
Zastosowanie lasera w obróbce cieplnej rozpoczęło się na początku lat 70-tych, a następnie weszło w etap aplikacji produkcyjnych od etapu badań laboratoryjnych. Gdy zogniskowany laser o dużej gęstości energii (10W/cm) świeci na powierzchnię metalu, powierzchnia metalu nagrzewa się do temperatury hartowania w ciągu kilku procent lub nawet kilku sekund. Ponieważ punkt napromieniowania nagrzewa się bardzo szybko, a ciepło nie ma czasu na dotarcie do otaczających metali, po zatrzymaniu naświetlania laserem metal wokół punktu napromieniowania działa jak środek hartujący i pochłania dużą ilość ciepła, dzięki czemu punkt napromieniowania szybko się ochładza i uzyskuje bardzo delikatną tkankę, która ma wysokie właściwości mechaniczne. Jeżeli temperatura nagrzewania jest wystarczająco wysoka, aby stopić metalową powierzchnię, gładką powierzchnię można uzyskać po schłodzeniu, co nazywamy glaminacją.
utonięcie 2022/8/12 8:35:33
Ogrzewanie laserowe może być również stosowane do miejscowego tworzenia stopów, to znaczy pokryty warstwą odpornego na zużycie lub żaroodpornego metalu na części przedmiotu obrabianego, które są łatwe do noszenia lub muszą być odporne na ciepło lub pokryte powłoką zawierające metale odporne na zużycie lub żaroodporne, a następnie szybko stopione za pomocą napromieniowania laserowego w celu utworzenia odpornej na zużycie lub żaroodpornej warstwy stopu. Nałożyć warstwę chromu na części, które wymagają odporności na ciepło, a następnie szybko stopić ją laserem, aby utworzyć twardą, odporną na ciepło powierzchnię zawierającą chrom, co może znacznie poprawić żywotność i odporność na ciepło przedmiotu obrabianego.
Obróbka cieplna wiązką elektronów
Badania i zastosowania rozpoczęły się już w latach 1970. Na początku był używany do ciągłego wyżarzania cienkich taśm stalowych i drutów stalowych o gęstości energii do 10W/cm. Poza tym, że hartowanie powierzchni wiązki elektronów powinno odbywać się w próżni, inne właściwości są takie same jak w przypadku laserów. Kiedy wiązka elektronów bombarduje metalową powierzchnię, punkt bombardowania szybko się nagrzewa. Głębokość wnikania wiązki elektronów w materiał zależy od napięcia przyspieszenia i gęstości materiału. Na przykład teoretyczna głębokość penetracji wiązki elektronów o mocy 150 kW na powierzchnię żelaza wynosi około 0,076 mm; na aluminiowej powierzchni może osiągnąć 0,16 mm.
Wiązka elektronów zbombardowała powierzchnię w krótkim czasie, a temperatura powierzchni gwałtownie wzrosła, podczas gdy matryca pozostała zimna. Gdy wiązka elektronów przestaje bombardować, ciepło jest szybko przekazywane do zimnego metalu osnowy, dzięki czemu powierzchnia grzewcza ulega samoczynnemu hartowaniu. Aby skutecznie przeprowadzić hartowanie z własnym chłodzeniem, należy zachować co najmniej 5:1 pomiędzy objętością całego przedmiotu a objętością hartowanej powierzchni. Temperatura powierzchni i głębokość hartowania są również związane z czasem bombardowania. Szybkość nagrzewania obróbki cieplnej wiązką elektronów jest szybka, a czas austenityzacji wynosi tylko kilka sekund lub mniej, więc ziarna na powierzchni przedmiotu obrabianego są bardzo drobne, twardość jest wyższa niż zwykła obróbka cieplna i ma dobrą mechaniczną nieruchomości.
