Làm nguội bề mặt vật liệu kim loại

Trong sản xuất thực tế, nhiều bộ phận máy làm việc dưới các tải trọng xen kẽ như xoắn và uốn, cũng như tải trọng va đập. Lớp bề mặt chịu ma sát, ứng suất tiếp xúc xen kẽ hoặc dao động và đôi khi là va đập. Ví dụ, trục truyền động, bánh răng truyền động, v.v. Bề mặt của các bộ phận này chịu ứng suất cao hơn lõi nên đòi hỏi độ bền, độ cứng và khả năng chống mài mòn cao hơn trong phạm vi độ sâu giới hạn của bề mặt làm việc, trong khi lõi yêu cầu đủ độ dẻo và hao mòn điện trở. Có khả năng phục hồi để chịu được một áp lực nhất định. Tải trọng tác động. Dựa trên yêu cầu này và quy luật làm nguội và làm cứng của vật liệu kim loại, quá trình làm nguội bề mặt đã được phát triển.

Làm nguội bề mặt là một trong những phương pháp quan trọng để tăng cường bề mặt vật liệu kim loại. Bất kỳ vật liệu kim loại nào có thể tăng cường độ và độ cứng thông qua quá trình làm nguội đều có thể được tăng cường thông qua quá trình làm nguội bề mặt.
Phôi sau khi xử lý làm nguội bề mặt có thể đạt được hiệu quả "bề mặt cứng nhưng lõi cứng", nghĩa là bề mặt không chỉ có độ cứng, độ bền và khả năng chống mài mòn cao mà còn phù hợp với cấu trúc lõi thu được từ quá trình xử lý nhiệt sơ bộ của phôi. . phôi và có độ dẻo dai và độ bền mỏi tốt. Vì vậy, tôi bề mặt được sử dụng rộng rãi trong sản xuất công nghiệp.

Làm nguội bề mặt là một quá trình xử lý nhiệt sử dụng gia nhiệt nhanh để làm nóng phôi trên điểm biến đổi pha trong phạm vi độ sâu giới hạn trên bề mặt, sau đó làm nguội nhanh chóng để thu được martensite chỉ trong một phạm vi độ sâu nhất định trên bề mặt phôi. đạt được mục đích tăng cường bề mặt phôi.
Bánh răng, cam, trục khuỷu và các bộ phận trục khác nhau làm việc dưới các tải trọng xen kẽ như xoắn và uốn, đồng thời chịu ma sát và va đập. Bề mặt của chúng chịu ứng suất cao hơn lõi của chúng. Mục đích của quá trình làm nguội bề mặt là để thu được cấu trúc martensite trong một phạm vi độ sâu nhất định của bề mặt phôi, trong khi lõi vẫn được làm nguội bề mặt (làm nguội và ủ hoặc trạng thái bình thường hóa), do đó đạt được độ cứng và khả năng chống mài mòn cần thiết cao hơn của bề mặt bộ phận. tính chất, trong khi lõi duy trì độ bền nhất định, đủ độ dẻo và độ dẻo dai, tức là bề mặt cứng và lõi cứng.
Để nhanh chóng đạt được nhiệt độ austenit hóa trong phạm vi độ sâu giới hạn của bề mặt phôi, trong khi nhiệt độ lõi vẫn rất thấp, mật độ năng lượng nhiệt cực cao phải được cung cấp cho bề mặt phôi (nói chung mật độ năng lượng nhiệt cần phải lớn hơn). hơn hoặc bằng 102W/cm2) để tạo ra bề mặt này được làm nóng nhanh chóng đến nhiệt độ austenitizing và nhiệt trên bề mặt nguội đi trước khi có thể truyền vào lõi, giữ nhiệt độ lõi ở nhiệt độ thấp hơn.

Không có sự thay đổi pha ở phần tim này. Có nhiều cách để đáp ứng yêu cầu sưởi ấm nhanh chóng này. Tùy thuộc vào nguồn nhiệt, quá trình làm nguội bề mặt thép chủ yếu bao gồm làm nguội bề mặt gia nhiệt cảm ứng, làm nguội bề mặt gia nhiệt bằng laser, làm nguội bề mặt gia nhiệt bằng ngọn lửa, v.v. Ngoài ra, còn có gia nhiệt bằng chùm tia điện tử, gia nhiệt tiếp xúc điện, gia nhiệt điện phân, v.v. Làm nguội bề mặt sử dụng một nhiều phương pháp sưởi ấm khác nhau, chẳng hạn như sưởi ấm, chùm tia plasma và sưởi ấm tập trung hồng ngoại.

Vì các phương pháp sưởi ấm trên đều có những đặc điểm và hạn chế riêng nên chúng đều được áp dụng trong những điều kiện nhất định. Được sử dụng phổ biến nhất là làm nguội bề mặt gia nhiệt cảm ứng và làm nguội bề mặt gia nhiệt bằng ngọn lửa. Gia nhiệt bằng chùm tia laser và gia nhiệt bằng chùm tia điện tử hiện là các phương pháp gia nhiệt và làm nguội mật độ năng lượng cao mới. Vì chúng có một số ưu điểm mà các phương pháp khác không có nên chúng đã đạt được một số ứng dụng.

Surface quenching is widely used in mechanical parts made of medium-carbon quenched and tempered steel or ductile iron with a carbon content of 0.4% to 0.5%. Since medium carbon quenched and tempered steel is surface quenched after quenching and tempering or normalizing pretreatment, it can not only maintain high comprehensive mechanical properties in the core, but also make the surface have high hardness (>50HRC) và khả năng chống mài mòn. Hiệu suất, chẳng hạn như trục máy công cụ, bánh răng, trục khuỷu động cơ diesel, trục cam, v.v. Về nguyên tắc, có gang xám, sắt dẻo, gang dẻo, gang hợp kim, v.v. Ma trận tương đương với thép carbon trung bình có ngọc trai và ferit làm chất nền và có thể được làm nguội bề mặt. Tuy nhiên, sắt dễ uốn có hiệu suất xử lý tốt nhất và có tính chất cơ học toàn diện cao sau khi làm nguội bề mặt nên được sử dụng rộng rãi nhất.
Sau khi làm nguội bề mặt thép cacbon cao, mặc dù độ cứng bề mặt và khả năng chống mài mòn được cải thiện nhưng độ dẻo và độ bền của lõi thấp. Do đó, việc làm cứng bề mặt thép cacbon cao chủ yếu được sử dụng cho các công cụ có thể chịu được các tác động nhỏ hơn và tải trọng xen kẽ. Dụng cụ đo lường và con lăn được làm mát cao.
Hiệu quả tăng cường sau khi làm nguội bề mặt của thép cacbon thấp là không đáng kể nên hiếm khi được sử dụng.