Анализ современных методов поверхностного упрочнения деталей машин

Преимущества: возможность получения более качественных азотированных слоев по всей обрабатываемой поверхности детали; сокращение продолжительности обработки (сталей — в 3-5 раз, титановых сплавов — в 5-10 раз); возможность регулирования процесса азотирования для оптимизации слоев по строению, фазовому составу и свойствам; снижение хрупкости упрочненного слоя; бездеформационность деталей в процессе обработки и высокая чистота поверхности; исключение операции депассивации; простота и надежность экранной защиты от азотирования неупрочняемых поверхностей по сравнению с гальваническими покрытиями (например, никелерованием); уменьшение расхода электроэнергии в 8-10 раз и расхода газов в 30-50 раз; полная экологическая безопасность обработки в

безвредной газовой среде; возможность упрочнения широкой номенклатуры деталей различной формы и типоразмера. В том числе длинномерных, тонкостенных, с глубокими отверстиями малого диаметра (1-2 мм). Полное отсутствие ограничений по виду используемого материала (например, низко- и среднеуглеродистые, высокопрочные комплексно-легированные и мартенситно-стареющие стали, титановые сплавы, сплавы на основе хрома, ванадия, молибдена, ниобия и тантала), а так же алюминий.

Область применения: машиностроение, транспорт, энергетика, нефтедобыча и другие отрасли промышленности.

Технология азотирования деталей разработана с ориентацией на установки тлеющего разряда нового поколения. При проведении процесса азотации непременно присутствует атмосфера, которая не была откачена вакуумными насосами (остаточный кислород). Новая технология позволяет оказаться от водородных смесей, которые нейтрализуют оксидные пленки, препятствующие диффузионному насыщению азотом поверхности детали. Известно, что наличие водорода пагубно сказывается на прочности изделий, работающих в условиях высоких контактных нагрузок. Водород попросту охрупчивает поверхность детали. Устранить этот недостаток возможно применением технологии ионно-импульсного термоциклического азотирования, которая позволяет снизить рабочую температуру процесса за счет воздействия импульсов короткой длительности и большой амплитуды. При таком воздействии на поверхность мощными энергетическими пучками сердцевина детали в целом остается холодной, а оксидные пленки разрушаются (эффект травления поверхности).

Цементация, нитроцементация и ТВЧ-закалка оправдывают себя при изготовлении тяжелонагруженных деталей (зубчатые колеса, оси, валы и др.) низкой и средней точности, не требующих последующей шлифовки.

Указанные виды термообработки экономически нецелесообразны при изготовлении средне- и низконагруженных высокоточных деталей, т.к. при данной обработке наблюдается значительное коробление и требуется последующая шлифовка. Соответственно, при шлифовке необходимо снимать значительную толщину упрочненного слоя.

ИПТА позволяет полностью устранить коробление и деформацию деталей при сохранении шероховатости поверхности в пределах Ra=0,63...1,2 мкм, что позволяет в подавляющем большинстве случаев использовать ИПТА как финишную обработку.

ИПТА наиболее эффективно при обработке крупносерийных однотипных деталей: шестерен, валов, осей, зубчатых валов, вал-зубчатых шестерен и др. Шестерни, подвергнутые плазменному азотированию, имеют лучшую стабильность размеров по сравнению с цементированными шестернями и могут использоваться без дополнительной обработки.

При этом несущая способность боковой поверхности и прочность основания зуба, достигаемые с помощью плазменного азотирования, соответствуют цементированным шестерням. В мире широко используется технология ИПТА.