Термообработка и поверхностное упрочнение
Эти процессы меняют то, на что способна готовая металлическая деталь, а не её форму. Управляемые нагрев и охлаждение, атомы, впитавшиеся в поверхность, или миллионы мелких ударов делают детали твёрже, прочнее или долговечнее при повторяющихся нагрузках. Они обычно стоят ближе к концу маршрута, после формовки или обработки детали.
Главная идея
Прочность металла зависит от того, как расположены его атомы внутри, и это расположение можно изменить, не трогая внешнюю форму. Представьте буханку хлеба: из того же теста получается мягкий или хрустящий хлеб в зависимости от выпечки. Термообработка меняет всю деталь; цементация меняет только поверхностный слой глубиной от доли миллиметра до нескольких миллиметров; дробеструйное упрочнение сжимает поверхность, так что усталостным трещинам трудно расти. Три свойства возвращаются снова и снова: твёрдость (стойкость к царапинам и износу), вязкость (стойкость к растрескиванию при ударе) и усталостная долговечность (сколько циклов нагрузки выдерживает деталь).
Процессов в этой главе: 3
12.1Термообработка (закалка, отпуск, отжиг)Нагрев, закалка и отпуск (или медленное охлаждение) всей деталиОткрыть урок
12.2Цементация и азотированиеУглерод или азот диффундирует в поверхностьОткрыть урок
12.3Дробеструйное упрочнениеПоверхность обстреливается крошечными шариками, чтобы остаться сжатойОткрыть урокСравнение
| Процесс | Одной строкой | Лучше всего для | Размер партии | Точность |
|---|---|---|---|---|
| 12.1Термообработка (закалка, отпуск, отжиг) | Нагрев, закалка и отпуск (или медленное охлаждение) всей детали | Делает сталь твёрдой и вязкой или мягкой для обработки | От отдельных деталей до непрерывных линий | Форма сохраняется; небольшая деформация, часто шлифуют после |
| 12.2Цементация и азотирование | Углерод или азот диффундирует в поверхность | Шестерни и валы: твёрдая оболочка поверх вязкой сердцевины | Печные партии от сотен до тысяч | Азотирование: в пределах сотых миллиметра; цементация: небольшая деформация |
| 12.3Дробеструйное упрочнение | Поверхность обстреливается крошечными шариками, чтобы остаться сжатой | Пружины, шестерни, детали турбин, испытывающие повторяющиеся нагрузки | От отдельных деталей до миллионов пружин | Форма по существу не меняется |
Как выбирать внутри этого семейства
- Вся деталь должна быть твёрдой или прочной насквозь: термообработка (закалка и отпуск).
- Деталь должна быть мягкой для предварительной обработки или гибки: отжиг, затем при необходимости закалка позже.
- Поверхность должна сопротивляться износу, а сердцевина — удару: поверхностное упрочнение (цементация).
- Деформация должна быть минимальной: азотирование вместо цементации.
- Деталь разрушается от усталости (трещины после многих циклов): добавьте дробеструйное упрочнение, часто после закалки.
Ключевые слова
- Твёрдость
- стойкость к царапинам, вмятинам и износу.
- Вязкость
- способность поглощать удар без растрескивания.
- Закалка
- быстрое охлаждение в воде, масле или полимере, фиксирующее твёрдость.
- Отпуск
- мягкий повторный нагрев после закалки, жертвующий небольшой частью твёрдости ради вязкости.
- Отжиг
- нагрев с последующим очень медленным охлаждением, оставляющий металл мягким.
- Упрочнённый слой
- закалённая внешняя оболочка детали, прошедшей поверхностное упрочнение.
- Остаточное напряжение сжатия
- сжатие, оставшееся внутри поверхности, которое держит трещины закрытыми.
- Усталость
- медленное растрескивание под многими повторяющимися нагрузками, даже небольшими.
Попробуйте
Пусть ИИ работает в вашей САПР.
Моделируйте детали, создавайте чертежи и автоматизируйте рутину в вашей CAD-системе.