Дробеструйная обработка производится на специальных установках стальной или чугунной дробью диаметром 0,4…2 мм. В этих установках дробь с большой скоростью (50…70 м/с) направляется на обрабатываемую поверхность, вызывая в ней напряжения сжатия, достигающие нескольких десятков килограммов на 1 мм2. Такую обработку чаще всего применяют для повышения усталостной прочности и упрочнения термически обработанных стальных деталей, работающих при переменных нагрузках. К числу указанных деталей относятся рессоры, спиральные пружины, зубчатые колеса, шатуны, молотки, щеки камнедробилок и др. После дробеструйной обработки срок службы листовых рессор возрастает в 4…6 раз, а мелкомодульных зубьев шестерен в 2,5…3 раза.

Глубина наклепанного слоя, обычно не превышающая 1 мм, зависит для данной детали от продолжительности обработки (колеблется от 5…10 с до 2…3 мин), силы удара, размера и угла падения дроби (наибольший наклеп наблюдается при угле 75…90 °С).

Накатка поверхности закаленными роликами является эффективным средством упрочнения крупных деталей, имеющих форму тел вращения. Накаткой улучшается микрогеометрия поверхности и создается упрочненный наклепанный слой, что приводит к повышению предела усталости и износостойкости деталей.

Накатка производится свободно вращающимися роликами, приводимыми в соприкосновение с вращающейся деталью, установленной в токарном станке. Ролик на оправке закрепляется в суппорте станка или специальном приспособлении.

Упрочнение чеканкой применяют для значительного местного наклепа участков поверхностей деталей с высокой концентрацией напряжений (галтели, места выхода отверстий, шлицы, сварные швы и т.д.). Чеканка проводится специальными бойками, роликами, шариками путем ударного воздействия на упрочняемую поверхность.

Хорошие результаты в отношении упрочнения поверхности и получения наплавленного слоя без пор и раковин дает термомеханическая обработка. При этом совмещаются наплавка и упрочнение поверхности. Наплавленный слой непосредственно за сварочной ванной подвергается накатыванию роликом или ударом бойка.

Строительные машины имеют много деталей, поверхностные слои которых должны обладать высокой износостойкостью, а сердцевина—достаточной прочностью и вязкостью. Изменение свойств только поверхностного слоя деталей достигается насыщением поверхности углеродом (цементация), азотом (азотирование), углеродом и азотом (цианирование) и поверхностной закалкой.

Цементации подвергают детали, работающие при высоких удельных давлениях и трении, а также испытывающие в процессе эксплуатации ударные нагрузки (зубья шестерен, поршневые пальцы, распределительные валы и т.д.). Цементации подвергаются детали, изготовленные из стали, содержащей не более 0,25 % углерода, — это малоуглеродистые стали марок 0, 8, 10, 15, 20, легированные стали марок 15Х, 20Х и др.

Цементацию проводят в науглероживающей среде (карбюризаторе) при температурах 900…950°С без доступа воздуха. Применяемые для этой цели карбюризаторы могут быть твердыми, жидкими или газообразными. После науглероживания деталей их подвергают нормализации, закалке и отпуску.
Наибольшее распространение получила цементация в твердом карбюризаторе (мелкий древесный уголь в смеси с углекислыми солями бария).

Средняя скорость науглероживания составляет 0,8..0,1 мм/ч, поэтому для получения цементированного слоя глубиной 0.5…2 мм требуется 12…15 ч, что является существенным недостатком.

Цементацию в жидком карбюризаторе применяют для получения неглубокого науглероженного слоя в небольших и тонкостенных деталях. Этот вид цементации производят, погружая детали в ванну, содержащую смесь поваренной соли, углекислого натрия, цианистого натрия и хлористого бария. Процесс ведется при температуре 840…860°G в течение 0,5…2,5 ч. За это время удается получить цементированный слой глубиной 0,2.. 0,6 мм, который после соответствующей упрочняющей термической обработки достигает твердости 40…60 HRC.

Газовую цементацию широко применяют на заводах серийного и массового производства. Она позволяет значительно уменьшить продолжительность цементации и снизить ее стоимость. Газовую цементацию производят в шахтных и муфельных печах, в которые подается газ, содержащий углерод (природный, светильный и др.). За 6…7 ч при температуре 900…950°С этим путем получают науглероженный слой глубиной до 1 мм.

Азотированием удается получить твердость поверхностного слоя стальных деталей, в 1,5…2 раза большую, чем цементированием и закалкой. Причем твердость, полученная без применения термической обработки, сохраняется при нагреве деталей до 500…600 °С. Кроме того, при азотировании резко повышаются коррозионная стойкость, износостойкость и усталостная прочность стальных деталей.

Азотированию подвергают в основном легированные детали, к которым предъявляются особые требования в отношении износостойкости и усталостной прочности, например гильзы цилиндров и шейки коленчатых валов двигателей внутреннего сгорания, зубчатые колеса, измерительные инструменты и другие детали.

Азотирование состоит в насыщении поверхностных слоев стальных деталей азотом путем длительного нагрева их при температуре 480,..650°С в атмосфере аммиака. Перед азотированием детали подвергают термической обработке (закалке и^ отпуску), затем’ механической обработке (включая шлифование) и после этого промывке бензином. Для этого их помещают в специальную печь, туда же подают аммиак, который при высоких температурах разлагается с выделением атомарного азота и водорода. Азот, диффундируя в поверхностный слой стальных деталей, образует с легирующими элементами (хромом, молибденом) химические соединения — нитриды.

Общая глубина азотированного слоя обычно не превышает 0,5 мм. Скорость диффузии при температуре 500 °С составляет примерно 0,1 мм за каждые 10 ч.
Цианирование применяется для малоуглеродистых сталей вместо цементации и имеет перед ней значительные преимущества (повышается износостойкость и стойкость против ударных нагрузок, большая скорость процесса). Процесс заключается в нагреве деталей до 820 ° С в расплавленных цианистых солях натрия, калия или кальция, содержащих активные углерод и азот, выдержке деталей при этой температуре в течение определенного времени (от 20 мин до 2 ч) и в последующем медленном охлаждении их. По окончании цианирования детали подвергают закалке и отпуску. Толщина цианированного слоя 0,15…0,3 мм, остальная толщина детали остается вязкой.

Существенным недостатком, сдерживающим применение цианирования, является токсичность цианистых ванн, что вызывает необходимость специальных мер предосторожности.

Поверхностной закалкой упрочняют детали из углеродистой стали марок 40, 45, 50, малолегированной хромистой и марганцовистой стали. Детали из этих сталей при обычных способах имеют пониженную пластичность и вязкость, так как прокаливаются по всему сечению.

Чтобы придать твердость только поверхностному слою и в то же время сохранить вязкую сердцевину, необходимо нагревать деталь так, чтобы до температур закалки нагревался только поверхностный слой толщиной 1…6 мм. Тогда в процессе охлаждения сердцевина детали не закалится и сохранит свойства, присущие незакаленному металлу.

Нагрев поверхности детали под закалку производят кислородно-ацетиленовым пламенем (пламенная закалка) и токами высокой частоты (закалка ТВЧ). При пламенной закалке для нагрева могут быть использованы стандартные сварочные горелки, у которых мундштуки заменяют специальными многопламенными закалочными наконечниками. Размеры и профиль таких наконечников зависят от формы закаливаемых деталей.

Рис. 1. Схемы профилей и наконечников

Плоские наконечники (рис. 1, а) применяют для закалки поверхности разных размеров тел вращения (катков, колес и др.). Кольцевые (рис. 1,б) и полукольцевые наконечники предназначены для закалки шеек валов и других цилиндрических деталей. Контурные многопламенные наконечники (рис. 1, в) применяют для закалки зубьев шестерен.

Движение горелки должно быть равномерным. Расстояние между наконечником горелки и закаливаемой поверхностью выдерживают в пределах 10…15 мм. Поверхности нагревают до светло-красного цвета, а охлаждают водой, которая подводится к закалочным наконечникам и, вытекая через специальные отверстия, создает водяной душ, отстоящий на 10…20 мм от пламени горелки.

В зависимости от конструктивных особенностей деталей применяют следующие два способа пламенной поверхностной закалки: циклический и непрерывно-последовательный.

При циклическом способе вначале производят нагрев поверхности под закалку, а затем ее охлаждение. При нагреве деталь может оставаться неподвижной (стационарный способ) или вращаться со скоростью 10… 12 м/мин (вращательно-циклический способ). Циклическим способом производят поверхностную закалку деталей небольшого размера: роликов, мелкомодульных шестерен, шеек валов диаметром до 100 мм и т. п.

Непрерывно-последовательный способ применяют для поверхностной закалки плоских деталей (направляющие станин металлорежущих станков) и деталей большого диаметра (ходовых колес, кранов, бегунов и т.д.).

Рис. 2. Поверхностная закалка непрерывно-последовательным способом
1— сварочная горелка;

При этом способе закалки нагрев поверхности и ее охлаждение протекают непрерывно за счет постоянного перемещения деталей относительно горелки и охлаждающего источника (рис. 2). Скорость перемещения детали относительно горелки выбирают в пределах 60…300 мм/мин.

Детали, прошедшие поверхностную закалку, подвергаются низкому отпуску при температуре 180…200°С в масляных ваннах с электрическим подогревом. Время выдержки деталей при этих температурах определяют из расчета 1 ч на 1 см радиуса детали. Окончательная обработка деталей (шлифование и доводка) производится после термообработки, обеспечивающей требуемую твердость и структуру металла.

Поверхностная закалка деталей при нагреве токами высойЪй частоты (до 106 Гц) применяется в серийном и массовом производстве для упрочнения деталей автомобилей и строительных машин. Нагрев ТВЧ с одинаковым успехом может использоваться для закалки как наружных, так и внутренних поверхностей диаметром более 11 мм.

Сущность поверхностного нагрева токами высокой частоты состоит в следующем. В детали, помещенной в переменное магнитное поле, создаваемое индуктором, возбуждаются вихревые токи. Эти токи под действием магнитного поля оттесняются к поверхности изделия. С увеличением частоты тока эффект оттеснения токов к поверхностным слоям, а следовательно, и плотность тока в них возрастают. В результате теплового действия вихревых токов за 3…5 с поверхностные слои нагреваются до температуры закалки, после чего детали охлаждаются в воде, масле или эмульсии.

Индукторы изготавливают из медных трубок диаметром 4…20 мм с толщиной стенок 0.5…2 мм, в которых циркулирует вода, предупреждающая их нагрев. Для повышения КПД индуктора круглые трубки профилируют, придавая сечению квадратную или прямоугольную форму.

Отдельные участки у крупных деталей (шеек коленчатых валов, зубьев шестерен) нагревают и закаляют частями, чередуя нагрев и охлаждение. При закалке деталей средних размеров применяют непрерывно-последовательный нагрев и охлаждение. После закалки ТВЧ детали обрабатывают так же, как и после пламенной поверхностной закалки.