Процесс отжига происходит в печах. Детали из углеродистых сталей при этом нагреваются до температуры 760…920° С (чем больше содержание углерода, тем ниже температура нагрева). После определенной выдержки детали медленно охлаждаются вместе с печью до 350… 600° С со скоростью 50…200° С в час, затем охлаждение идет быстрее. Скорость охлаждения легированных сталей еще ниже (20…60° С в час).

Нормализация. Представляет собой одну из разновидностей отжига мало- и среднеуглеродистых сталей, при которой охлаждение детали после выдержки производится не в печи, а на воздухе. При этом сталь нагревается до красного каления, до температуры на 30…50° С выше, чем при отжиге, и скорость охлаждения достигает 150…250° С в час.

При нормализации уменьшается зернистость металла, снижаются внутренние напряжения, устраняется наклеп. Деталь после нормализации легко обрабатывается резанием и является подготовленной для дальнейшей термической или химико-термической обработки, например для закалки или цементации.

Закалка. Предназначена, в отличие от отжига и нормализации, для повышения прочности и твердости стальных деталей, а также повышения их износостойкости. Закалке подвергаются средне- и высокоуглеродистые (0,6…0,7% углерода), легированные стали. При закалке детали сначала подвергаются нагреву до 750… 900° С (меньшие температуры для сталей с большим содержанием углерода и легированных), а затем идет выдержка и быстрое охлаждение в воде, масле или на воздухе. В охлажденную воду иногда добавляют поваренную соль, мыло, соду.

Детали могут закаливаться на всю глубину и по поверхности. Поверхностная закалка особенно широко используется при обработке зубчатых колес, шеек и цапф валов, во время ремонта редукторов и узлов трансмиссии, а также осей, пальцев, роликов и др. Особенность поверхностной закалки состоит в том, что деталь получает твердую и износостойкую рабочую поверхность (на глубину до 3 мм) при вязкой сердцевине.

Нагрев детали при поверхностной закалке можно производить любым из трех следующих способов: открытым пламенем от ацетилено-кислородной горелки, а также от газовой, бензиновой или керосиновой горелки; токами высокой частоты (ТВЧ) и нагревом в электролите. Нагрев должен быть быстрым — 1000° С в минуту.

Для повышения прочности и износостойкости детали ее после закалки подвергают отпуску.

Отпуск. Предназначен для уменьшения хрупкости, полученной деталью при закалке. При отпуске снижаются внутренние напряжения, повышается вязкость металла. Для этого закаленная деталь нагревается до 100…700° С, выдерживается при этой температуре и медленно охлаждается в воде или на воздухе. В зависимости от температуры и условий нагрева различают низкий, средний; высокий и многократный отпуск.

Низкий отпуск применяется для деталей, подвергнутых цементации, цианированию и поверхностной закалке, а также при изготовлении инструментов из углеродистой и-легированной инструментальной стали.

При низком отпуске закаленные детали нагреваются до 120…250° С, выдерживаются и охлаждаются с любой скоростью.

Средний отпуск, когда закаленная деталь нагревается до 300…-400° С, выдерживается и охлаждается, позволяет повысить упругие свойства металла. Поэтому он применяется при изготовлении пружин и рессор.

При высоком отпуске (закаленная деталь нагревается до 450…650° С, выдерживается и охлаждается на воздухе, в масле или в воде) повышаются ударная вязкость, пластичность детали при сохранении -прочности и твердости. Высокий отпуск используется для ответственных деталей из улучшенных конструкционных сталей (валов, осей, шатунов и т. д.).

Улучшение. Представляет собой процесс закалки стали с последующим высоким отпуском (нагрев до 550… 650° С). Улучшение предназначено для получения хорошей вязкости и прочности в основном легированных конструкционных сталей. Оно применяется при изготовлении зубчатых колес и других деталей трансмиссии.

Химико-термическая обработка стали. Представляет собой процесс насыщения поверхностного слоя детали некоторыми химическими элементами (углеродом, азотом, бором, алюминием, серой) с последующей термообработкой (закалкой и отпуском). Химико-термическая обработка позволяет улучшать свойства поверхности детали (повысить твердость, износостойкость) при сохранении вязкой сердцевины.

Основными видами химико-термической обработки являются: цементация (насыщение поверхности углеродом); азотирование (насыщение поверхности азотом); цианирование (насыщение поверхности углеродом и азотом); борирование (насыщение поверхности бором); алитиро- вание (насыщение поверхности алюминием); сульфоциа- нирование (насыщение поверхности азотом, углеродом и серой) и хромирование (насыщение поверхности хромом).

Цементация. Предназначена для придания поверхностному слою детали твердости и износостойкости, например, поверхности зубьев зубчатых колес. Глубина цементации (науглероживания) поверхности может достигать 3 мм и более.

При цементации детали нагревают до 900…950° С в специальной среде, способствующей науглероживанию поверхности детали. Эта среда называется карбюризатором. Используют твердый (смесь древесного угля с углекислыми солями бора или натрия), жидкий (смесь расплавленной поваренной соли, углекислого и цианистого натрия и хлористого бария) и газообразный карбюризаторы (природный газ, светильный, газ — метан и т. д.). После цементации в поверхностном слое образуется до 1% углерода.

Глубина цементации зависит от продолжительности процесса. При твердом карбюризаторе процесс длится в течение 4…24 ч и глубина науглероженного слоя достигает 0,4…2,5 мм.

При газовой цементации продолжительность процесса снижается по сравнению с твердой цементацией (1…10 ч при слое 0,7…1,2 мм).

Жидкая цементация используется главным образом для мелких деталей. Их в корзинах помещают в ванну, выдерживают 0,5…3 ч. При этом достигается глубина цементации 0,2…0,5 мм. Обычно цементируют детали из стали с малым содержанием углерода (0,1…0,25%). Такая сталь не подвергается закалке. Но после цементации детали могут подвергаться закалке и отпуску. В результате у них образуется твердая и износостойкая поверхность и вязкая незакаленная сердцевина.

Азотирование. Предназначено для создания у детали, помимо твердой и износостойкой поверхности, повышенной прочности и поверхностной коррозионной стойкости. Азотированию подвергаются детали, прошедшие закалку и отпуск при температуре выше температуры азотирования.

Глубина азотирования (насыщение азотом) поверхности достигает 0,01…0,8 мм.

При азртировании детали (в основном из легированных сталей) нагревают до 500…650° С и выдерживают при этой температуре в среде аммиака в течение 3…90 ч.

Цианирование. Предназначено для одновременного повышения механических свойств стали и износостойкости поверхностного слоя. Как и цементация, цианирование может происходить в твердой, жидкой и газообразной среде. Такая среда носит название цианизатора.

Наибольшее распространение имеют жидкостное и газовое цианирование.

Жидкостное цианирование ведется в ваннах, содержащих цианистый натрий или калий, двууглекислую соду и поваренную соль, продолжается в течение 0,5…1,5 ч. В результате глубина слоя, насыщенного углеродом и азотом, достигает 0,15…0,45 мм. При газовом цианировании цианирующей средой является смесь науглероживающего газа и аммиака. Этот процесс более совершенный, при нем глубина цианированного слоя 0,02…0,4 мм. При твердом цианировании используется смесь древесного угля, калиевой или натриевой соли. Процесс твердого цианирования длится 1,5…3,5 ч.

Цианирование производится при температуре 500… 600° С (низко-), 800…860° С (средне-) и 900…960° С (высокотемпературное). Наибольшая глубина цианирования достигается при высокотемпературном цианировании (2 мм) при продолжительности 1…10 ч. Цианирование в больших масштабах используется при изготовлении инструмента, после цианирования детали могут подвергаться закалке и отпуску.

Борирование. Предназначено для улучшения износостойкости при абразивном воздействии, для повышения твердости и противокоррозионной стойкости в агрессивных средах. Однако борированный слой (насыщенный бором) легко выкрашивается при нагрузках.

При борировании деталь нагревается до 800…1100° С в твердой, жидкой и газообразной средах в течение 1 20 ч. Насыщенный бором слой достигает 0,1… 0,5 мм.

Алитирование. Предназначено для повышения жаростойкости поверхности детали и противокоррозионной стойкости при атмосферных воздействиях, представляет из себя насыщение алюминием в расплавленном алюминии, ведется при температуре 660…750° С в течение 45…60 мин. Глубина насыщения достигает 0,08…0,25 мм. Алитирование в порошкообразных Смесях, состоящих из порошка алюминия, хлористого амония и каолина (окись алюминия), производится в стальных ящиках при температуре 950…1000° С в течение 4…15 ч при глубине насыщения 0,3… 1 мм.

Так как алитированный слой обладает хрупкостью, ответственные детали должны подвергаться отжигу в течение 4…6 ч при температуре 950…1000° С для распределения алюминия в глубину детали.

Сульфоциэнирование. Насыщение азотом, углеродом и серой ведется при температуре 560…580 °С в. течение 1…3 ч при глубине слоя насыщения 0,1…0,2 мм. Затем деталь охлаждают на воздухе до 100…200° С, промывают горячей водой и погружают в масло с температурой 120…130 ° С.

Хромирование. Предназначено для улучшения коррозионной стойкости детали, повышения твердости и износостойкости ее поверхности. Кроме всего, хромирование улучшает внешний вид детали. Представляет из себя насыщение хромом, может проводиться в твердой, жидкой и газообразной средах.

При твердом хромировании применяются порошки, содержащие феррохром с добавками магнезита, шамота или каолина. Хромирование ведут при 1100 °С в течение 6…12 ч, получается слой 0,05…0,15 мм.

При газовом хромировании используются пары хлористого хрома. Продолжительность хромирования при той же температуре 3…6 ч для получения слоя 0,05…0,1 мм.