Реформинг — упрочнение поверхности металлов¶

Реформинг — это технология поверхностного упрочнения металлических деталей, заключающаяся в насыщении их поверхности углеродом, азотом или другими элементами с одновременной или последующей термической обработкой. Термин происходит от англ. reforming (переформовка) и применяется преимущественно в машиностроении и металлургии. В отличие от цементации, реформинг обеспечивает более тонкий и насыщенный углеродом слой, пригодный для шлифования и обеспечивающий высокую износостойкость при сохранении вязкого пластичного ядра детали.

¶Принцип действия

Реформинг относится к химико-термической обработке (ХТО). Деталь помещается в среду, обогащённую углеродосодержащими газами (обычно природным газом, пропаном или специальными составами) при температуре, как правило, в интервале 900–980 °C. В отличие от классической цементации, при которой слой насыщения может достигать 0,5–2 мм, при реформинге формируется тонкий слой толщиной 0,25–0,8 мм с высоким содержанием углерода (0,8–1,1 %).

После насыщения проводят закалку с быстрым охлаждением. Поверхностный слой приобретает структуру мартенсита повышенной твёрдости, тогда как сердцевина сохраняет относительно низкое содержание углерода и остаётся вязкой. Это сочетание — твёрдая износостойкая оболочка и пластичное ядро — является основным преимуществом технологии.

¶Виды реформинга

По способу проведения различают:

• Газовый реформинг — насыщение в газовой атмосфере, наиболее распространённый промышленный вариант.
• Ионный (плазменный) реформинг — процесс ведётся в разряде тлеющего типа, позволяет точнее контролировать толщину слоя и сокращает время обработки.
• Вакуумный реформинг — проводится в разреженной атмосфере, обеспечивает высокую чистоту поверхности и равномерность слоя.

По виду насыщающего элемента реформинг может быть углеродным, азотоуглеродным (нитроцементационным) или с применением других элементов — бора, хрома — в зависимости от требуемых свойств поверхности.

¶Технологические параметры

Основные параметры процесса, определяющие качество слоя:

После закалки поверхность обычно подвергается шлифованию или полированию. Тонкий слой позволяет снимать припуск без риска выйти на неупрочнённую зону, что является одним из преимуществ перед цементацией.

¶Применение

Реформинг применяется для деталей, работающих в условиях интенсивного изнашивания и знакопеременных нагрузок:

• шестерни и валы трансмиссий;
• кулачки, толкатели и клапанные механизмы двигателей;
• приводные валы и оси;
• детали гидравлических и пневматических систем;
• инструмент и штампы.

Технология особенно востребована в автомобилестроении, где от деталей требуется сочетание высокой поверхностной твёрдости с устойчивостью к ударным нагрузкам. В российской промышленности реформинг применяется на предприятиях, выпускающих трансмиссионные и двигательные компоненты, а также в ремонтных производствах.

¶Достоинства и ограничения

К достоинствам технологии относят:

• высокую износостойкость поверхности при сохранении вязкости ядра;
• малую деформацию детали по сравнению с цементацией;
• возможность шлифования тонкого слоя без выхода на неупрочнённую зону;
• относительно короткий цикл обработки.

Ограничения технологии связаны с ограниченной толщиной слоя — реформинг не подходит для деталей, требующих глубокого упрочнения. Также процесс чувствителен к качеству газовой среды и точности контроля температуры: отклонения приводят к неравномерной толщине слоя или недостаточной твёрдости.

¶Отличие от смежных технологий

Реформинг занимает промежуточное положение между цементацией и азотированием. От цементации он отличается меньшей толщиной слоя и более высоким содержанием углерода в нём. От азотирования — более тонким и твёрдым слоем, но меньшей коррозионной стойкостью. В ряде случаев реформинг сочетают с азотированием (нитроцементация), получая слой с повышенной износостойкостью и коррозионной стойкостью.

¶История

Технология получила промышленное распространение в середине XX века в связи с ростом требований к точности и долговечности деталей трансмиссий автомобилей и авиадвигателей. В СССР реформинг осваивался на машиностроительных предприятиях в 1960–1970-х годах как альтернатива цементации для ряда ответственных деталей.

Источники:

• Гуревич И. Е. «Химико-термическая обработка металлов и сплавов»
• Лахтин Ю. М., Леонтьева В. П. «Материаловедение»
• Кутепов М. А. «Технология машиностроения»
• Справочник «Металловедение и термическая обработка металлов» под ред. М. Л. Берштейна