Гартування металів та сплавів – це важливий процес термічної обробки, що значно підвищує міцність, твердість і зносостійкість матеріалів. Однією з ключових проблем під час проведення гартування є небажане окислення та карбюризація поверхневих шарів металу. Для запобігання цим негативним явищам використовують захисні середовища, що забезпечують оптимальні умови для процесу гартування.
Проблема окислення та карбюризації
Під час гартування металеві вироби нагріваються до високих температур, після чого відбувається їхнє швидке охолодження. Цей процес може призвести до зміни хімічного складу поверхні, що негативно впливає на якість і експлуатаційні характеристики матеріалу.
Окислення – це процес, при якому метал взаємодіє з киснем, що міститься в навколишньому повітрі, утворюючи оксиди. На поверхні металу може утворитися окалина – міцний шар оксидів, який погіршує зовнішній вигляд виробу, а також знижує його корозійну стійкість і міцність.
Карбюризація – це процес проникнення вуглецю в поверхню металу, що призводить до зміни його структури та властивостей. Це явище може відбуватися за високих температур при контакті металу з вуглецевмісними середовищами, такими як паливо або масло. Карбюризація змінює твердість і крихкість металу, що не завжди бажано у технологічному процесі.
Навіщо потрібні захисні середовища?
Використання захисних середовищ під час гартування дозволяє уникнути окислення і карбюризації, створюючи атмосферу, яка перешкоджає взаємодії металу з киснем і вуглецем. Основне завдання таких середовищ – створення інертної або відновної атмосфери навколо виробу, що мінімізує небажані хімічні реакції.
Види захисних середовищ
Існують різні типи захисних середовищ, які використовуються залежно від вимог до кінцевого продукту, складу матеріалу та особливостей технологічного процесу. Розглянемо основні види захисних середовищ, що застосовуються під час гартування.
- Газові середовища
Найпоширенішим видом захисного середовища є інертний газ, такий як азот, аргон або гелій. Ці гази не взаємодіють із металом за високих температур, створюючи умови, що перешкоджають окисленню.
Для запобігання карбюризації можуть використовуватися газові середовища з низьким вмістом вуглецю, такі як водень або азотоводневі суміші. Водень, завдяки своїм відновним властивостям, ефективно усуває оксиди з поверхні металу, що дозволяє зберегти чистоту та якість поверхні.
- Вакуум
Гартування у вакуумі – це один із найефективніших методів запобігання окисленню і карбюризації. Вакуумні печі створюють умови, за яких практично відсутні кисень та інші гази, здатні викликати небажані реакції. Цей метод особливо популярний під час обробки високолегованих сталей та інших матеріалів, які потребують високої точності й чистоти поверхні.
- Рідкі середовища
Гартування у рідких середовищах, таких як розплавлені солі, масла або спеціальні охолоджувальні рідини, також допомагає захистити метал від окислення і карбюризації. Рідкі середовища створюють бар’єр між виробом і навколишньою атмосферою, що перешкоджає проникненню кисню та вуглецю на поверхню металу.
Розплавлені солі, зокрема, часто застосовуються для термічної обробки деталей, що потребують точного контролю температури та швидкості охолодження. Вони забезпечують рівномірне охолодження і захист від окислення на всіх етапах процесу гартування.
- Порошкові та пастоподібні середовища
Деякі методи гартування передбачають використання захисних паст або порошків, що наносяться на поверхню металу перед нагріванням. Ці склади містять компоненти, які за високих температур створюють захисний шар, що запобігає контакту металу з киснем і вуглецем. Такий метод особливо ефективний для деталей складної форми або з особливими вимогами до якості поверхні.
Переваги гартування в захисних середовищах
Гартування в захисних середовищах має низку переваг порівняно з традиційними методами гартування:
- Підвищення якості поверхні. Відсутність окалини та інших продуктів окислення дозволяє зберегти початкову гладкість і чистоту поверхні виробу, що особливо важливо для деталей, які працюють в умовах тертя або високої корозійної агресивності.
- Контроль мікроструктури. Захисні середовища допомагають контролювати процес охолодження, що дозволяє отримувати оптимальну мікроструктуру матеріалу та досягати потрібних механічних властивостей.
- Мінімізація деформацій. Завдяки рівномірному розподілу температури та швидкості охолодження можна значно зменшити внутрішні напруження й деформації, що виникають під час термічної обробки.
- Зниження витрат на подальшу обробку. Оскільки вироби після гартування не потребують додаткового очищення від окалини та оксидних шарів, зменшуються витрати на механічну обробку, що прискорює виробничий процес.
Гартування в захисних середовищах – це важливий етап технологічного процесу виробництва металевих виробів, що забезпечує їх високу якість і довговічність. Завдяки застосуванню газових, вакуумних, рідких і порошкових захисних середовищ вдається запобігти окисленню та карбюризації, зберігаючи початкові властивості матеріалу. Правильний вибір захисного середовища залежить від конкретних умов і вимог до готового виробу, а також від особливостей технологічного процесу.