Гартування з індукційним нагрівом

Це найпоширеніший спосіб поверхневого гартування. Нагрівання деталі відбувається за допомогою струмів високої частоти (СВЧ) і засноване на використовуванні явищ електромагнітної індукції і поверхневого розподілу індукційного струму.

Деталь встановлюється в індуктор, який включає один або декілька витків порожнистої мідної водоохолоджуваної трубки. При пропусканні через індуктор змінного струму високої частоти створюється магнітне поле. У поверхневих шарах деталі наводиться індукційний струм тієї ж частоти, але протилежного напряму. Цей струм нагріває деталь, при цьому глибина нагріву залежить від частоти струму згідно з наступною залежністю:

δ = 4,46·10⁵,

де δ – глибина нагріву, м;

r – питомий електроопір, Ом·м;

m – магнітна проникність, Гн/м;

f – частота струму, Гц;

З аналізу цієї формули виходить, що чим більше частота струму, тим менше глибина нагріву і, відповідно, товщина загартованого шару. Для сталі 45 глибина проникнення струму для частот 1000; 10000; 1000000 Гц складає, відповідно, 10; 6; 0,6 мм.

Для нагрівання використовують машинні і лампові генератори. Перші виробляють струм частотою до 10 000 Гц, а другі – понад 10 000 Гц. У машинних генераторах гартують деталі діаметром 5…50 мм на глибину від 1 до 10мм. Лампові генератори застосовують для гартування дрібніших деталей з товщиною загартованого шару до 1 мм.

Швидкість нагрівання ТВЧ складає 50...500^оС/с, а при нагріванні в газовій або електричній печі швидкість не перевищує 5^оС/с. Великі швидкості нагріву призводять до того, що утворення аустеніту і, відповідно, температура нагріву для гартування зміщуються в область вищих температур. Наприклад, при пічному нагріві сталі 40 температура гартування складає 840...860^оС, а при нагріві із швидкістю 500^оС/с – 980...1020^оС. Після такого швидкісного нагріву утворюється дрібне зерно аустеніту (10…12 бал), а після пічного нагріву зерно значно крупніше (8 бал).

Охолоджуючу рідину (воду, водоповітряні суміші, водяні розчини полімерів) для гартування подають через спрейєр (душовий пристрій). Швидкості охолоджування при гартуванні після індукційного нагріву значно перевищують ті, які досягаються при об'ємному гартуванні. Це пояснюється малою товщиною нагрітого шару порівняно із загальним об'ємом деталі і додатковим відведенням тепла в її центральні зони. Внаслідок цього структура загартованого поверхневого шару складається з дрібногольчатого мартенситу з твердістю на 3...6 HRC вище, ніж при пічному нагріві.

Існують наступні способи індукційного гартування:

- одночасне нагрівання і охолоджування всієї поверхні;

- безперервно-послідовне нагрівання і охолоджування;

- послідовне нагрівання і охолоджування окремих ділянок.

Перший спосіб застосовується для виробів, які мають невелику поверхню зміцнення, зокрема, для інструменту, валів, і т. п.; другої – для довгих валів і осей; а третій – для шийок колінчастих валів, кулачків розподільних валів.

Після гартування з індукційним нагрівом вироби піддають низькому відпуску при 160...200^оС, а іноді і самовідпуску.

Для поверхневого гартування з індукційним нагрівом застосовують сталі із змістом вуглецю 0,4...0,5% (40, 45, 40Х, 45Х та ін.). Леговані сталі практично не застосовуються, оскільки немає необхідності в глибокій прогартовуваності, що досягається легуванням.

До переваг індукційного нагріву слід віднести високу продуктивність, а також практично повну відсутність зневуглецювання, окислення і деформації, що дозволяє в певних випадках зробити таку обробку фінішною операцією. Важливим достоїнством є наявність можливості для регулювання глибини загартованого шару.

Проте необхідно відзначити, що у зв'язку з високою вартістю устаткування і оснащення для індукційного гартування її застосування економічно доцільне тільки в умовах масового виробництва.

2.4.2.2 Гартування деталей з газополум'яним нагрівом

Гартування з нагрівом деталей газокисневим полум'ям – один з найдоцільніших методів поверхневого зміцнення в умовах індивідуального виробництва. Як горючі гази найчастіше використовують ацетилен, коксівний або природний газ. Для нагріву застосовують газовий пальник. Вода для охолоджування поверхні деталі подається за допомогою пристрою для душування.

Газополум'яний нагрів може здійснюватися при стаціонарному положенні деталі з поступовим переміщенням пальника або при стаціонарному положенні пальника із стрічним рухом деталі.

Товщина загартованого шару в більшості випадків складає 2...4 мм, а його твердість для сталі із змістом вуглецю 0,4...0,45 % складає 50...56 HRC. Загартовані деталі піддають відпуску в печі при 180...250^оС.

До недоліків цього способу поверхневого гартування відносяться недостатнє регулювання температури і товщини загартованого шару, а також можливість перегріву окремих ділянок поверхні деталі.

Цих недоліків позбавлена єдина в Україні установка для поверхневого зміцнення прокатних валків діаметром до 1600мм, яка експлуатується на Новокраматорському машинобудівному заводі. Технологічний процес обробки передбачає попередній об'ємний нагрів валків до 400...500^оС. Далі валок передається на установку і піддається швидкісному газополум'яному нагріву до 900...950^оС. Товщина поверхневого шару, що нагрівається, досягає 150 мм. У процесі нагріву здійснюється контроль температури поверхні, на підставі даних якого відбувається автоматичне регулювання інтенсивності нагріву відповідно до розробленої технології. Після закінчення нагріву валок передається до спеціальної водно-повітряної охолоджувальної установки.

Дата добавления: 2014-01-07