Поверхневий загартування: способи і технології. Загартування металів

Термічна обробка сталі проводиться для поліпшення її характеристик (твердості, міцності, зносостійкості). Основні вимоги до якості переважно пред 'являються до зовнішнього шару виробів, який найбільшою мірою піддається дії зовнішніх навантажень.

Необхідність поверхневого гарту та відпустки

Поверхневий гарт деталей робиться для досягнення кращих характеристик зовнішнього шару, а в серцевині метал залишається в 'язким і пластичним. Таким чином вдається змінити фізико-механічні властивості металу.


Щоб зменшити крихкість і залишкові напруги, метал потім піддають відпуску, після чого його твердість дещо знижується, а властивості стають більш стабільними.

Температура гарту поверхні сталі становить 820-900 0С. Її можна розрізняти за кольором.

Для отримання необхідної глибини термічної обробки після швидкого розігріву поверхню деталі охолоджують повітрям або водою.

Газопламане загартування

Температурні режими, пов 'язані з нагріванням і охолодженням, можуть бути безперервними або циклічними. Поверхневий загартування виконується чотирма способами.

  1. Нагрів з охолодженням ділянки деталі: гартування зубів коліс, кінців рейок, клапанів та ін.
  2. Загартування невеликих обертових тіл з малою шириною оброблюваної ділянки: цапфи осей і валів.
  3. Безперервно-послідовний спосіб: переміщення по поверхні полум 'я, а за ним - охолоджувача. Проводиться послідовний нагрів та охолодження водяними струменями вузьких ділянок. Аналогічно загартовуються поверхні деталей великого діаметру з повільним їх обертанням відносно нерухомих пальників і форсунок. На краях смуг залишаються зони відпустки при вторинному нагріванні від сусідніх ділянок.
  4. Комбінований спосіб: переміщення вздовж кольору полум 'я, а за ними - охолоджувального середовища при обертанні циліндричної деталі. Технологія застосовується для гартування довгомірних виробів. Спосіб забезпечує отримання однорідного твердого шару на поверхні деталі.

Технологія газопламаного гарту

Поверхневий гарт проводиться на верстатах, де процеси переміщення нагрівально-охолоджувальних пристосувань і деталей механізовані. Процес широко застосовується в промисловості. Для нього потрібні прості пристрої. Як джерело енергії застосовується суміш ацетилену з киснем, природний газ або гас. Іноді газопламаний нагрів застосовувати більш вигідно, ніж ТВЧ. Особливо це відноситься до великогабаритних виробів, для яких складно виготовити індуктори. Спосіб часто застосовують у дрібносерійному виробництві, коли до якості деталей не висуваються високі вимоги. Загартовувальні пальники інжекторного типу містять змінні наконечники для регулювання потужності полум 'я. Мундштуки виконуються відповідно до профілю оброблюваних деталей. Їх роблять з великою кількістю сопел або щілинними. Розбризкувачі струменевого типу подають воду на охолодження.


Механізми для переміщень інструментів і деталей застосовуються спеціалізовані або універсальні. Підприємства часто самостійно їх виготовляють на базі металообробних верстатів.

Загартування металів залежить від складу, а також від розмірів і форми виробів.

Параметри процесу

Наступні параметри регульовані:

  1. Потужність нагріву. Вона залежить від витрати ацетилену і швидкості переміщення полум 'я відносно виробу.
  2. Відстань від центру факела до нагріваної поверхні підтримується на рівні від 2 до 3 мм.
  3. Тривалість нагріву або швидкість пересування нагрівача. Від цих характеристик, які підбираються експериментально, залежить глибина гарту і твердість поверхні.
  4. Як охолоджувач здебільшого застосовується вода з температурою 18-350С, а витрата становить близько 1 л/см2.
  5. Час між нагрівом і охолодженням (5-10 сек) або відстань між зонами нагріву з охолодженням (12-25 мм).

Технологія гарту сталі включає процеси нагрівання металу, витримку для вирівнювання температури з проходженням необхідних структурних перетворень і охолодження з заданою швидкістю. Відмінною особливістю поверхневого гарту є швидкий нагрів.

Підготовка деталей перед гартуванням полягає в згладжуванні гострих кутів і очищенні різними способами: піскоструминна, хімічна, щітками вручну.


Поверхневий гарт при правильному режимі забезпечує підвищення стійкості деталей в 2-5 разів. Вибір режимів охолодження дозволяє плавно збільшувати твердість загартованого шару до 700 HB. Процес повинен проходити швидко. На кінцевому етапі, коли температура становить 200-3000С, швидкість охолодження сповільнюється. В результаті зменшується утворення тріщин і вироби не коробяться.

При перегріві легованих сталей твердість може зменшитися, що розглядається як шлюб. Тут також відсутня можливість точного регулювання товщини загартованого шару. Крім того, при роботі з газом потрібні додаткові заходи щодо забезпечення безпечних умов праці.

Загартування струмами високої частоти (ТВЧ)

Високочастотний нагрів є одним з найбільш ефективних способів зміцнення поверхні. Застосування ТВЧ до 10 тис. кГц істотно скорочує час термічної обробки. Через водоохолоджуваний мідний індуктор пропускається високочастотний струм. Електромагнітне поле, що утворюється, проникає в деталь зі сталі, утворюючи в ній вихорі струми, тим самим викликаючи нагрів. Основна енергія зосереджується в поверхневих шарах. Глибина прогріву залежить від магнітної проникності сталі, електросопротивлення і частоти струму. Ви можете налаштувати ці параметри, змінюючи величину загартованого шару.

Гідності індукційного методу

  • висока продуктивність і економічність нагріву, коли необхідно нагрівати тільки окремі ділянки деталей;
  • поверхня деталі незначно окисляється, відсутнє обезвуглероживание;
  • вироби мало коробяться, менше утворюється тріщин;
  • точно регулюється глибина гарту;
  • можливість автоматизації процесу.

До недоліків методу загартування ТВЧ відноситься висока вартість і складність виготовлення індукційних пристроїв.

Мідні індуктори виготовляються з душуючими пристроями або без них.

Існують наступні види поверхневого гарту.


  1. Одночасний. Після нагріву деталь охолоджується водою. Загартована деталь нагрівається всередині індуктора. Через заданий час електричний струм відключається і через отвори нагрівача сильними струменями подається вода на охолодження виробу. Для загартування зубчастих коліс застосовуються кільцеві індуктори, а для плоских деталей - петлеві або зигзагоподібні.
  2. Безперервно-послідовний. Уздовж нерухомої деталі переміщується нагріваючий індуктор, а за ним - душуючий пристрій.

Нагрів ТВЧ дозволяє створювати автоматизовані агрегати в потоці цехів механічної обробки. За рахунок цього немає необхідності в транспортуванні деталей у термічні цехи.

Інші способи поверхневого гарту стали

  1. Загартування в електроліті. Якщо через водний розчин електроліту пропускати електричний струм, де катодом є деталь, яка швидко нагрівається. Спосіб зручний, оскільки після відключення електроенергії деталь тут же загартовується. Ванна з електролітом одночасно виконує функції нагрівальної печі і загартовувальної ємності.
  2. Лазерне загартування. Випромінювання лазера розігріває поверхню металу до високої температури. Товщина зміцнення становить менше 1 мм. Зносостійкість деталей з чавуну зростає в кілька разів, а межа витривалості сталі - до 80%. Спосіб часто використовується для зміцнення ріжучих кромок інструмента.

Відпустка після гарту

Загартування і відпустка - це 2 процеси, що доповнюють один одного і забезпечують отримання якісних деталей. Призначення відпустки - заключна операція після гарту, що формує остаточні, більш стійкі властивості металу, що забезпечує зняття внутрішніх напружень. Виріб зі сталі певної марки нагрівають і витримують при відповідній температурі, після чого охолоджують на повітрі.


  1. Низька відпустка при 120-2500С - обробка інструменту та ін. Деталей. Метал має стабільну структуру, високу зносостійкість і твердість.
  2. Середня відпустка при 350-5000С - для штампів, пружин, ресор. Структура має хорошу пластичність, високу пружність.
  3. Висока відпустка при 500-6800С - середньовуглецеві конструкційні сталі. Забезпечує високу міцність, в 'язкість, пластичність.

Ув 'язнення

Загартування і відпуск металу вимагають суворого виконання технології, яка підбирається для кожної марки сталі. При правильному підході загартування металів може проводитися в домашніх умовах.