Находящаяся на поверхности закалка ТВЧ

Закалка сталей токами высокой частоты (ТВЧ) — это один из популярных методов верхней термообработки, который дает возможность увеличить твердость поверхности заготовок. Используется для деталей из углеродистых и конструкционных сталей или чугуна. Индукционная закалка ТВЧ представляет собой один из очень экономичных и технологичных вармантов упрочнения. Она позволяет закалить каждый сантиметр поверхности детали или некоторые ее детали или зоны, которые испытуют главную нагрузку.

При этом под закаленной твёрдой наружной поверхностью заготовки остаются незакаленные вязкие слои металла. Такая структура понижает хрупкость, увеличивает устойчивость и надежность всего изделия, а еще уменьшает затраты на энергию на нагрев всей детали.

Технология высокочастотной закалки

Находящаяся на поверхности закалка ТВЧ — это процесс термические обработки для увеличения характеристик прочности и твердости заготовки.

Важные этапы верхней закалки ТВЧ — индукционный нагрев до большой температуры, выдержка при ней, после быстрое охлаждение. Нагревание при закалке ТВЧ делают при помощи специализированной индукционной установки. Охлаждение выполняют в ванной с охлаждающей жидкостью (водой, маслом или эмульсией) либо разбрызгиванием ее на деталь из специализированных душирующих установок.

Выбор температуры

Для правильного прохождения процесса закалки немаловажен хороший выбор температуры, которая зависит от материала который применяется.

Стали по содержанию углерода делятся на доэвтектоидные — меньше 0,8% и заэвтектоидные — больше 0,8%. Сталь с углеродом меньше 0,4% не закаливают из-за получаемой невысокой твердости. Доэвтектоидные стали греют чуть выше температуры фазового превращения перлитового песка и феррита в аустенит. Это происходит в интервале 800—850°С. После заготовку быстро охлаждают. При резком остывании аустенит преобразуется в мартенсит, который обладает большой твердостью и прочностью. Небольшое время выдержки дает возможность получить мелкозернистый аустенит и мелкоигольчатый мартенсит, зерна не успевают вырасти и остаются небольшими. Такая структура стали обладает большой твердостью и в то же время невысокой хрупкостью.

Заэвтектоидные стали греют немного ниже, чем доэвтектоидные, до температуры 750—800°С, другими словами делают неполную закалку. Связывают это с тем, что при нагревании до этой температуры помимо образования аустенита в расплаве металла остается нерастворившимся немного цементита, обладающего твердостью высшей, чем у мартенсита. После резкого охлаждения аустенит преобразуется в мартенсит, а цементит остается в виде очень маленьких включений. Также в данной зоне не успевший полностью раствориться углерод образовывает твёрдые карбиды.

В переходной зоне при закалке ТВЧ температура близка к переходной, образуется аустенит с останками феррита. Но, так как переходная территория не стынет так быстро, как поверхность, а стынет неторопливо, как при нормализации. При этом в данной зоне происходит улучшение структуры, она становится мелкозернистой и одинаковой.

Перегревание поверхности заготовки содействует росту кристаллов аустенита, что смнртельно проявляется на хрупкости. Недогрев не даёт полностью феррито-перритной структуре перейти в аустенит, и могут появиться незакаленные пятна.

После охлаждения на металлической поверхности остаются высокие сжимающие напряжения, которые увеличивают свойства эксплуатации детали. Внутренние напряжения между поверхностным слоем и серединой нужно удалить. Это выполняется при помощи низкотемпературного отпуска — выдержкой при температуре примерно 200°С в печи. Во избежание возникновения на поверхности маленьких трещин, необходимо свести до минимума время между закалкой и отпуском.

Также можно проводить говоря иначе самоотпуск — охлаждать деталь не полностью, а до температуры 200°С, при этом в ее сердцевине останется тепло. Дальше деталь должна остывать неторопливо. Так случится разравнивание внутренних стрессов.

Индукционная установка

Индукционная установка для термические обработки ТВЧ собой представляет высокочастотный генератор и индуктор для закалки ТВЧ. Закаливаемая деталь может находиться в индукторе или возле него. Индуктор сделан в виде катушки, на ней навита медная трубка. Он как правило имеет разную форму все зависит от формы и размеров детали. При прохождении электрического тока через индуктор в нем рождается переменое электромагнитное поле, проходящее через деталь. Это электромагнитное поле вызывает появление в заготовке вихревых токов, популярных как токи Фуко. Такие вихревые токи, проходя в слоях металла, греют его до большой температуры.

Индукционный нагреватель ТВЧ

Характерной чертой индукционного нагрева при помощи ТВЧ считается прохождение вихревых токов на поверхности нагреваемой детали. Так нагревается только слой снаружи металла, причем, чем выше частота тока, тем меньше глубина прогрева, и, исходя из этого, глубина закалки ТВЧ. Это позволяет закалить только поверхность заготовки, оставив слой находящийся внутри мягким и вязким чтобы не было лишней хрупкости. Причем можно настраивать глубину закаленного слоя, меняя параметры тока.

Очень высокая частота тока позволяет собрать очень много тепла в небольшой зоне, что увеличивает быстрота нагрева до нескольких сотен градусов в секунду. Такая высокая быстрота нагрева передвигает фазовый переход в территорию более большой температуры. При этом твердость увеличивается на 2—4 единицы, до 58—62 HRC, чего нельзя добиться при объемной закалке.

Для правильного протекания процесса закалки ТВЧ приходится следить за тем, чтобы сохранялся аналогичный просвет между индуктором и заготовкой на всей поверхности закаливания, нужно убрать обоюдные прикосновения. Это обеспечивается при возможности вращением заготовки в центрах, что дает возможность обеспечить одинаковое нагревание, и, как последствие, одинаковую структуру и твердость поверхности закаленной заготовки.

Индуктор для закалки ТВЧ имеет пару вариантов выполнения:

• одно- или многовитковой кольцевой — для нагревания наружной или поверхности внутри деталей в форме тел вращения — валов, колес или отверстий в них;
• петлевой — для нагревания рабочей плоскости изделия, к примеру, поверхности станины или рабочей кромки инструмента;
• фасонный — для нагревания деталей сложной или сложной формы, к примеру, зубьев зубчатых колес.

Все зависит от формы, размеров и глубины слоя закаливания применяют эти режимы закалки ТВЧ:

• одновременная — нагревается сразу вся поверхность заготовки или конкретная территория, после также одновременно охлаждается;
• непрерывно-последовательная — нагревается одна территория детали, после при смещении индуктора или детали нагревается иная территория, тогда как предыдущая охлаждается.

Одновременный нагрев ТВЧ всей поверхности просит больших расходов мощности, по этому его выгоднее применять для закалки небольших деталей — валки, втулки, пальцы, а еще компонентов детали — отверстий, шеек и т.д. После нагревания деталь полностью опускают в бак с охлаждающей жидкостью или поливают струи воды.

Непрерывно-последовательная закалка ТВЧ позволяет закалять крупногабаритные детали, к примеру, венцы зубчатых колес, так же как и при таком процессе происходит нагрев небольшой зоны детали, зачем необходима низкая мощность генератора ТВЧ.

Охлаждение детали

Охлаждение — второй основополагающий этап процесса закалки, от его скорости и равномерности зависит качество и твердость всей поверхности. Охлаждение происходит в баках с охлаждающей жидкостью или разбрызгиванием. Для хорошей закалки нужно поддерживать постоянную температуру охлаждающей жидкости, не допускать ее перегрева. Отверстия в спрейере обязаны быть одного и того же диаметра и размещены одинаково, так достигается одинаковая структура металла на поверхности.

Чтобы индуктор не перегревался во время работы, по медной трубке регулярно течет вода. Некоторые индукторы делаются совмещенными с охладительной системой заготовки. В трубке индуктора прорезаны отверстия, через которые холодная вода поступает на горячую деталь и остужает ее.

Закалка токами высокой частоты

Плюсы и минусы

Закалка деталей при помощи ТВЧ обладает как плюсами, так и минусами. К плюсам можно отнести следующее:

• После закалки ТВЧ у детали сберегается мягкой середина, что намного повышает ее сопротивление пластической деформации.
• Экономность процесса закалки деталей ТВЧ из-за того, что нагревается только поверхность или территория, которую нужно закалить, а не вся деталь.
• При серийном производстве деталей нужно настроить процесс и дальше он будет автоматично повторяться, обеспечивая важное качество закалки.
• Возможность точно высчитать и настраивать глубину закаленного слоя.
• Непрерывно-последовательный метод закалки дает возможность применять оборудование небольшой мощности.
• Небольшое время нагрева и выдержки при большой температуре содействует отсутствию окисления обезуглероживания лицевого слоя и образования окалины на поверхности детали.
• Быстрый нагрев и охлаждение не дают большого коробления и поводок, что дает возможность сделать меньше припуск на чистовую обработку.

Но электромеханические установки экономически лучше всего использовать только при серийном производстве, а для единичного производства покупка или изготовление индуктора невыгодно. Для отдельных деталей замысловатой формы производство индукционной установки не легко или нельзя получить равномерность закаленного слоя. В данных случаях используют остальные виды поверхностных закалок, к примеру, газопламенную или объемную закалку.

Если вы нашли погрешность, пожалуйста, выдилите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.