Анализ методов поверхностной термической обработки для отливок

1 、 Поверхностная закалка
Быстро нагревая заготовку различными источниками тепла и быстро охлаждая ее, когда температура поверхности заготовки достигает критической точки или выше (в этот момент температура ядра заготовки ниже критической точки), поверхность заготовки закаляется, а сердечник сохраняет свою первоначальную структуру. Для достижения цели нагрева только поверхности заготовки требуется, чтобы используемый источник тепла обладал высокой плотностью энергии. В соответствии с различными методами нагрева закалку поверхности можно разделить на индукционный нагрев (высокочастотная, среднечастотная, промышленная частота) закалку поверхности, закалку поверхности нагрева пламенем, электрическую Контакты закалку поверхности нагрева, закалку поверхности нагрева электролита, закалку поверхности нагрева лазером, закалку поверхности электронным лучом, И т. д. Наиболее часто используемыми методами в промышленности являются индукционный нагрев и закалка поверхности пламени.
2 、 Химическая термическая обработка
Поместите заготовку в среду, содержащую активные элементы для нагрева и изоляции, позволяя активным атомам в среде проникать через поверхность заготовки или образовывать покрытие из определенного соединения, чтобы изменить структуру и химический состав поверхности, Тем самым придавая поверхности детали особые механические или физико-химические свойства. Обычно требуется другая подходящая термообработка до и после химической инфильтрации, чтобы максимизировать потенциал инфильтрационного слоя и достичь наилучшего соответствия между сердцевиной и поверхностью заготовки с точки зрения микроструктуры, свойств и т. Д. Согласно различным элементам инфильтрата, химическую термическую обработку можно разделить в обуглероживать, азотирование, Боронизация, силиконизация, сульфидирование, инфильтрация алюминия, инфильтрация хрома, инфильтрация цинка, совместная инфильтрация углерода азотом, совместная инфильтрация алюминия и хрома и т. д.
3 、 Контакты закалка с сопротивлением нагреву
Подавая напряжение менее 5 вольт на заготовку через электрод, большой ток протекает через область между электродом и заготовкой, создавая большое количество тепла сопротивления, которое нагревает поверхность заготовки до температуры закалки. Затем электрод удаляется, и тепло передается внутрь заготовки, в то время как поверхность быстро охлаждается, достигая цели закалки. При работе с длинными заготовками электрод непрерывно движется вперед, а оставшаяся часть непрерывно затвердевает.
Преимущества этого метода в том, что оборудование простое, операция удобна, его легко автоматизировать, искажение заготовки минимально, нет необходимости в закалке, и он может значительно улучшить износостойкость и устойчивость к царапинам заготовки. Однако затвердевший слой относительно тонкий (0,15-0,35 мм). Равномерность микроструктуры и твердости плохая. Этот метод в основном используется для поверхностной закалки направляющих станков из чугуна, и диапазон его применения невелик.
4 、 Закалка электролитического нагрева
Поместите заготовку в раствор электролита кислоты, щелочи или соли, подсоедините заготовку к катоду и подсоедините электролитическую ячейку к аноду. После подключения к прямому току электролит электролизуется, выделяя кислород на аноде и водород на заготовке. Водород образует газовую пленку вокруг заготовки, становясь резистором и выделяя тепло. Поверхность заготовки быстро нагревается до температуры закалки, а затем отключается питание. Газовая пленка немедленно исчезает, и электролит становится закалочной средой, быстро охлаждая и твердея поверхность заготовки. Обычно используемый электролит представляет собой водный раствор, содержащий 5-18% карбоната натрия. Метод электролитического нагрева прост, с коротким временем обработки всего 5-10 секунд, высокой производительностью и минимальными искажениями закалки. Он подходит для крупномасштабного производства мелких деталей и использовался для поверхностной закалки концов штока выпускного клапана двигателя.
5 、 Лазерная термическая обработка
Исследования применения лазера в термической обработке начались в начале 1970-х годов, а затем перешли от стадии лабораторных исследований к стадии производственного применения. Когда сфокусированный лазер с высокой плотностью энергии (10 Вт/см) облучается на металлическую поверхность, металлическая поверхность поднимается до температуры закалки в течение нескольких сотых или даже тысячных долей секунды. Из-за быстрого нагрева точки облучения тепло не может быть передано окружающему металлу во времени. Поэтому, когда лазерное облучение прекращено, металл вокруг точки облучения действует как закалочная среда и поглощает большое количество тепла, быстро охлаждая точку облучения и получая чрезвычайно тонкую структуру с высокими механическими свойствами. Если температура нагрева достаточно высока, чтобы расплавить поверхность металла, гладкая поверхность может быть получена после охлаждения, которое называется полировкой.
Лазерный нагрев также можно использовать для местной легирующей обработки, то есть покрытия слоя износостойкого или термостойкого металла на частях заготовки, склонных к износу или требующих термостойкости, или покрытия слоя покрытия, содержащего износостойкий или термостойкий металл, а затем с помощью лазерного излучения быстро расплавить его, Образуя слой износостойкого или термостойкого сплава. Покрытие слоя хрома на деталях, требующих термостойкости, а затем быстрое плавление их лазером для образования твердого, устойчивого к закалке, содержащего хрома термостойкого поверхностного слоя, может значительно улучшить срок службы и термостойкость заготовки.
6 、 Термическая обработка электронного луча
Исследования и применение начались еще в 1970-х годах. В первые дни, он был использован для непрерывного отжига тонких стальных полос и стальных проводов, с плотностью энергии до 10 Вт/см. Поверхностная закалка электронным лучом имеет те же характеристики, что и лазерная, за исключением того, что она должна осуществляться в вакууме. Когда электронный луч попадает на металлическую поверхность, точка удара быстро нагревается. Глубина, на которой электронный луч проникает в материал, зависит от напряжения ускорения и плотности материала. Например, теоретическая глубина проникновения электронного пучка мощностью 150 кВт на железную поверхность составляет примерно 0076 мм; на поверхности алюминия она может достигать 0,16 мм.

Электронный луч бомбардирует поверхность за короткий период времени, вызывая быстрое повышение температуры поверхности, в то время как подложка остается в холодном состоянии. Когда электронный луч перестает бомбардировать, тепло быстро проводит к холодному основному металлу, в результате чего нагретая поверхность самогаснет. Для того чтобы эффективно осуществлять «самоохлаждающуюся закалку», должно поддерживаться соотношение по меньшей мере 5:1 между объемом всей заготовки и объемом закаленного поверхностного слоя. Температура поверхности и глубина закалки также связаны со временем бомбардировки. Электронно-лучевая термообработка имеет высокую скорость нагрева, а время аустенитизации составляет всего несколько десятых секунды или даже меньше. Следовательно, поверхностные зерна заготовки очень тонкие, твердость выше, чем при общей термообработке, и она обладает хорошими механическими свойствами.