Закалка токами высокой частоты (ТВЧ)

Отпуск

Отпуск стали всегда следует после закалки. После отпуска сталь приобретает требуемые физико-механические свойства. Кроме того, чем выше температура отпуска, тем полнее снимаются внутренние напряжения. Последующее охлаждение должно быть медленным, чтобы эти внутренние напряжения вновь не возникали.

Различают следующие виды отпуска (рис. 6.1):

Низкий отпуск 150…200 ⁰С. Получаем структуру мартенсит отпуска. Цель низкого отпуска: снять внутренние напряжения без снижения твердости. Такому отпуску подвергают режущий и измерительный инструмент, а также детали после цементации и поверхностной закалки токами высокой частоты (ТВЧ).

Средний отпуск 350…500 ⁰С. После такого отпуска получаем структуру троостит отпуска. Цель среднего отпуска – повысить предел упругости. Такому отпуску подвергаются рессоры и пружины. После среднего отпуска получаем твердость 40…50HRC.

Высокий отпуск 550…650 ⁰С. После высокого отпуска получаем структуру сорбит отпуска, который имеет зернистое строение и характеризуется повышенной ударной вязкостью.

Закалка с последующим высоким отпуском называется улучшением, так как улучшается ударная вязкость.

Поверхностная закалка – это местная закалка, когда поверхности закаливаются на некоторую глубину с целью повышения поверхностной твердости, износостойкости и предела выносливости, а сердцевина остается незакаленной, то есть вязкой и воспринимает ударные нагрузки при эксплуатации. Нагрев поверхности может осуществляться различными способами. В строительстве поверхность нагревают газопламенными горелками, в приборостроении – путем лазерного нагрева, а в машиностроении используют для нагрева токи высокой частоты (ТВЧ).

Поверхностная закалка с индукционным нагревом ТВЧ. Для нагрева изделие устанавливают в индуктор, представляющий один или несколько витков медной водоохлаждаемой трубки. Охлаждение дают, чтобы индуктор не прогорал в процессе работы. Через индуктор пропускают ток высокой частоты. В изделии индуцируется ток той же величины, но обратного направления. Наибольшая плотность тока будет на поверхности, и она быстро нагревается под закалку.

В тех участках поверхности, которые ближе расположены к индуктору, возникает большая плотность тока, что приводит к возникновению внутренних напряжений. Для получения равномерной толщины закаленного слоя изделие, если возможно, вращают в индукторе.

Способы закалки. К способам закалки относятся: одновременный нагрев и охлаждение, последовательный нагрев и охлаждение, и непрерывно-последовательный нагрев и охлаждение.

Одновременный нагрев и охлаждение всей поверхности детали. Например, одновременно нагревают и охлаждают всю поверхность головки шарового пальца. Поверхность этой головки должна быть твердой и износостойкой, то есть закаленной на структуру мартенсит. Сердцевина же шарового пальца должна быть закаленной, то есть вязкой, чтобы гасила ударные нагрузки при работе.

Последовательный нагрев и охлаждение. Например, последовательно нагревают и охлаждают зуб за зубом большой шестерни, шейки коленчатого вала.

Непрерывно последовательный нагрев и охлаждение. Например, длинные оси протягивают через индуктор с определенной скоростью, чтобы поверхность успела нагреться под закалку, а при выходе из индуктора идет охлаждение водой – закалка.

После закалки дается низкий отпуск или проводится закалка с самоотпуском, то есть деталь охлаждается водой не до полного остывания. Закалка прерывается тогда, когда поверхность уже холодная, а сердцевина детали еще горячая. За счет тепла сердцевины идет отпуск, а точнее самоотпуск поверхности.

Структура после такой закалки: на поверхности детали – мартенсит отпуска – твердый и износостойкий; в сердцевине детали – исходная незакаленная структура вязкая и воспринимает ударные нагрузки

Иногда для улучшения свойств сердцевины перед ТВЧ дают улучшение или нормализацию.

Для закалки ТВЧ используют стали с содержанием углерода 0,35...0,5%. Стали с меньшим содержанием углерода не применяют, так как твердость после закалки недостаточно высокая для повышения износостойкости. Стали с большим содержанием углерода, чем 0,5%, тоже не применяют, так как после закалки возможно образование трещин из-за повышенной хрупкости мартенсита.

Преимущества закалки ТВЧ: возможность механизации и автоматизации процесса (как правило, эти агрегаты работают в автоматическом режиме), применяется в массовом и серийном производстве; из-за быстроты процесса сталь не успевает быстро окислиться.

Недостатки: для каждого нового по форме изделия требуется новый индуктор; форма изделия должна быть простой, так как изготовить индуктор для сложного по форме изделия очень трудно.

Дата добавления: 2014-12-26