Обработка деталей с нанесением термоупрочняющего покрытия

Подготовка поверхности перед упрочнением требует особой тщательности. Деталь обезжиривают органическим растворителем, как трихлорэтилен, либо применяют щелочную ванну. Финишная абразивная обработка создает шероховатость Ra не более 0,4 мкм, что критично для прочности сцепления слоя.

Перед самым началом процесса выполняют ионную бомбардировку в вакуумной камере. Это удаляет остаточные оксидные пленки, активируя поверхность для лучшей адгезии. Параметры режима: напряжение 800-1000 В, давление аргона 0,1-0,3 Па, длительность 15-30 минут.

Широко распространен способ осаждения нитрида титана газофазным химическим методом. Реакцию ведут при 850-1050 °C в атмосфере из хлористого титана, азота и водорода. Получаемый пласт имеет толщину 2-5 мкм и твердость до 2000 HV.

Физическое напыление в вакууме позволяет работать с температурами около 450-500 °C. Это сохраняет структуру основного металла, не отпуская его. Катодное распыление титановой мишени в среде азота дает ровный золотистый слой.

Для ответственных узлов трения, скажем, штоков гидроцилиндров, используют многослойные системы. Чередуют пласты карбида вольфрама и нитрида хрома суммарной толщиной 8-12 мкм. Подобная структура эффективно гасит микроудары, препятствуя росту трещин.

После процедуры покрытия часто нуждается в финишной доводке. Алмазное шлифование позволяет достичь параметра шероховатости Ra 0,1 мкм. Снимают припуск не более 0,05 мм, чтобы не повредить упрочненный слой.

Контролируют итоговую твердость методом Виккерса, вдавливая индентор под нагрузкой 0,5 Н. Прочность сцепления проверяют по методу Роквелла-Бринелля, анализируя края отпечатка. Отсутствие отслоений подтверждает высокое качество работы.

Для сталей 40Х и 40ХН применяют режим азотирования перед осаждением. Глубина диффузионной зоны составляет 0,3-0,5 мм при твердости 600-700 HV. Это создает плавный переход от основного материала к внешнему пласту, предотвращая выкрашивание.

Инструментальные стали марки Р6М5 обрабатывают по щадящему температурному графику. Плазменное напыление ведут при 480-520 °C, сохраняя их структуру. Толщина покрытия для фрез или сверл не превышает 3-4 мкм, иначе режущая кромка теряет остроту.

Оборудование для данных работ — это вакуумные камеры объемом от 100 до 5000 литров. Они обеспечивают остаточное давление 10^-3 Па, необходимое для чистоты процесса. Современные установки управляются программой, задающей все стадии автоматически.

Практический совет — всегда проводите пробную обработку на образце из той же партии стали. Это помогает точно подобрать температуру, давление и длительность цикла. Учесть специфику каждой марки сплава — залог отсутствия брака.

При работе с чугунами СЧ20-25 предварительный нагрев до 300 °C обязателен. Он удаляет остатки влаги и газов из пор материала, улучшая адгезию. Без этого этапа возможно образование дефектов типа раковин на границе раздела фаз.

Для деталей сложной конфигурации, как пресс-формы, используют поворотные держатели. Они обеспечивают равномерное осаждение со всех сторон, избегая зон с разной толщиной. Скорость вращения составляет 3-8 оборотов в минуту.

После завершения цикла охлаждение ведут в той же камере под вакуумом до 100-150 °C. Резкий контакт с воздухом вызывает термические напряжения, способные привести к отслоению. Только потом изделие извлекают для дальнейших операций.

Комбинация азотирования и последующего нанесения нитрида титана значительно повышает износостойкость. Диффузионный слой работает как упругая подложка, воспринимающая нагрузки. Внешний пласт сопротивляется абразиву, создавая синергетический эффект.

При механической постобработке алмазный инструмент – единственно верный выбор. Кубческий нитрид бора не справляется с чрезвычайной твердостью таких пластов. Полировку ведут на станках с жестким шпинделем, исключая вибрации.

Регламентирующий документ ГОСТ 27820-88 описывает методы испытаний покрытий. Он устанавливает нормы по твердости, толщине и прочности сцепления с основой. Следование его указаниям гарантирует стабильность характеристик изделия в эксплуатации.

Для алюминиевых сплавов Д16Т применяют низкотемпературное ионно-плазменное упрочнение. Процесс ведут при 180-200 °C, что предотвращает отпуск материала. Толщина слоя не превышает 1-2 мкм, но многократно увеличивает стойкость к истиранию.

Реальный пример — обработка коленчатых валов двигателей увеличивает их ресурс в 2-2,5 раза. Нагруженные шейки сохраняют геометрию даже при длительных режимах работы. Это снижает общий износ силового агрегата, продлевая его службу.

Восстановление уже бывших в употреблении деталей также возможно данным способом. Предварительно изношенную поверхность наплавляют, затем обрабатывают под покрытие. Так ремонтируют дорогостоящие пресс-формы, существенно экономя средства.

Эффективность технологии напрямую зависит от согласованности всех стадий. От подготовки основы до финишного шлифования — каждый шаг влияет на итог. Строгое соблюдение регламентов — основа получения предсказуемого высокого результата.