Поверхневе зміцнення металів — це процес, у якому поліпшуються механічні властивості лише поверхневого шару металевих виробів, тоді як внутрішня структура залишається незмінною. Цей метод спрямований на підвищення твердості та зносостійкості металів, при цьому зберігаючи їх внутрішню пластичність та здатність до поглинання ударних навантажень. В результаті такої обробки вироби стають довговічнішими, зберігаючи при цьому свої базові експлуатаційні характеристики.
Методи поверхневого зміцнення
Цементація
Цементація – це процес дифузійного насичення поверхневого шару сталевого виробу вуглецем. Деталь нагрівають в атмосфері, насиченій вуглецем (наприклад, у середовищі чадного газу або газоподібних вуглеводнів), внаслідок чого атоми вуглецю проникають у поверхню металу, утворюючи тверду та зносостійку структуру. Після цементації зазвичай проводиться загартування, щоб створити міцний поверхневий шар.
Застосування : цементація широко застосовується для зміцнення деталей, схильних до значних механічних навантажень, таких як шестерні, вали, осі, кулачки двигунів.
Нітроцементація
Нітроцементація – це процес насичення поверхні металу вуглецем та азотом. На відміну від цементації, тут вуглець і азот проникають одночасно, що створює більш стійкий до корозії та зносу шар. Цей процес проводять за відносно низьких температур (500–600°C), що зменшує ризик деформації деталі.
Застосування : нітроцементація використовується для зміцнення дрібних та середніх деталей, які потребують високої зносостійкості, таких як поршні, штоки, елементи кріплення.
Нітрування
Нітрування це процес насичення поверхні металу азотом при температурі близько 500-600°C. Азот утворює нітриди з елементами металу, що призводить до значного підвищення твердості та зносостійкості поверхні. На відміну від цементації, для нітрування не потрібно наступне загартування, і виріб може бути використаний відразу після охолодження.
Застосування : нітрування використовується для деталей, що вимагають високої стійкості до зношування та корозії, таких як лопатки турбін, штоки гідроциліндрів, шестерні та елементи коробок передач.
Індукційне загартування
Індукційне загартування полягає в швидкому нагріванні поверхневого шару металу за допомогою електромагнітної індукції, після чого деталь різко охолоджується (зазвичай водою або олією). Це дозволяє створити твердий поверхневий шар з м’яким та пластичним серцевим шаром.
Застосування : індукційне загартування застосовується для деталей, що працюють в умовах ударних навантажень, таких як осі, шестерні, кулачки, що направляють.
Хромування
Хромування це метод нанесення тонкого шару хрому на поверхню металевих деталей. Цей процес не тільки надає виробам красивого вигляду, але й значно збільшує твердість і стійкість до корозії, а також знижує тертя.
Застосування : хромування використовується для зміцнення деталей, які схильні до високого тертя, таких як поршневі кільця, гідроциліндри, деталі підвіски та механізми машин.
Борування
Борування – це процес насичення поверхні металу бором, що призводить до утворення на поверхні дуже твердого шару боридів. Цей шар відрізняється високою стійкістю до корозії та зносу. Борування проводиться при температурах близько 900-1000 ° C, і, як і нітрування, не вимагає наступного загартування.
Застосування : борування застосовується у виробництві деталей, що вимагають високої твердості та стійкості до стирання, наприклад, лопатки турбін, деталі паливних насосів, інструменти для роботи з абразивними матеріалами.
Де застосовується поверхневе зміцнення?
Методи поверхневого зміцнення застосовуються в різних галузях промисловості, де потрібно підвищити зносостійкість і довговічність деталей без істотного збільшення їх маси або зміни внутрішніх характеристик. Ось деякі з ключових областей застосування:
- Машинобудування : шестірні, вали, підшипники, які схильні до великих механічних навантажень і зносу, зміцнюються для підвищення терміну служби.
- Автомобільна промисловість : деталі двигуна, коробки передач, підвіски, кулачки та поршні, які працюють в умовах високих температур, ударних навантажень та тертя, потребують зміцнення для підвищення зносостійкості.
- Аерокосмічна промисловість : у лопатках турбін, корпусах двигунів та інших високонавантажених елементах використовуються методи зміцнення для підвищення їхньої міцності при мінімальному збільшенні ваги.
- Сільськогосподарська техніка : елементи плугів, ножів та інших деталей, що контактують з агресивним середовищем і піддаються механічному зносу, вимагають зміцнення для підвищення стійкості до абразивного зносу.
- Інструментальна промисловість : різальні інструменти, такі як свердла, фрези та ножі, отримують зміцнення для збільшення терміну служби та зменшення необхідності частої заміни або заточування.
Приклади поверхневого зміцнення
Шестерні автомобільної коробки передач
Шестерні в автомобілях зазнають значних навантажень, тертя та температурних коливань. Щоб продовжити їх термін служби, часто застосовують цементацію або індукційне загартування. Це дозволяє шестерням витримувати високі контактні навантаження, залишаючись при цьому стійкими до зношування.
Пружини підвіски автомобілів
Пружини, що піддаються циклічним навантаженням та деформаціям, проходять шотпінування для підвищення втомної міцності. Цей процес допомагає запобігти утворенню тріщин та збільшити термін служби пружин.
Поршні двигунів
Поршні піддаються хромуванню для зниження тертя та збільшення зносостійкості. Хромований шар захищає поршні від зносу в умовах високих температур та тиску, що продовжує термін їхньої служби.
Ріжучі інструменти
Фрези та свердла зі сталі піддаються лазерному гартуванню для отримання твердого ріжучого краю. Це дозволяє інструментам довше зберігати гостроту, знижуючи необхідність частої заміни або заточування.
Поверхневе зміцнення металів – це важливий процес, який значно покращує експлуатаційні характеристики металевих деталей, збільшуючи їхню зносостійкість, міцність і довговічність. Різні методи зміцнення дозволяють оптимально поєднувати твердість поверхневого шару із пластичністю серцевини, що робить такі деталі ідеальними для використання в умовах підвищених навантажень та агресивних середовищ.