Поверхностный и глубинный типы нагрева

Различают два типа нагрева:

1. Глубинный, когда Δ₂ > В_К , а удельная мощность на единицу поверхности велика.

2. Поверхностный, при котором Δ₂ < В_К , удельная мощность в этом случаи меньше.

На рис.23.6 приведены кривые распределения температуры при глубинном и поверхностном нагреве, а в таблице –сравнительные характеристики. Очевидно, более целесообразно применение глубинного индукционного нагрева.

Рис. 23.6

Сравнительные характеристики глубинного (Δ₂ > В_К ) и поверхностного (Δ₂ < В_К) нагревов:

Характеристики	Типы нагрева
Глубинный	Поверхностный
1. Выделение тепла при нагреве	Образуется внутри закаленного слоя	В тонком поверхностном слое
2. Распределение температуры	Приближается к прямоугольнику	Как при нагреве внешним источником
3. Перегрев поверхности	Малый	При быстром нагреве значительный
4. Нагрев внутри (незакаливаемой части детали)	Мал	Значителен
5. Время нагрева	Мало	Значительное, особенно при малых перегревах и больших ВК
6. Термический ηт	20 ¸30 %	<13 %

Выбор стали.

Необходимость получения высокой твердости и прочности поверхности при сохранении вязкой сердце­вины предопределяет выбор марки стали для изделий, подвергающихся поверхностной закалке. На рис. 2 при­ведена кривая, показывающая зависимость твердости закаленной стали от содержания в ней углерода.

Из графика видно, что твердость, близкая к максимальной, достигается при содержании углерода около 0,6%, Дальнейшее повышение содержания углерода дает не­значительное повышение твердости, но в то же время способствует снижению пластических свойств стали как в незакаленном, так и в закаленном состояниях. По­этому повышение содержания углерода свыше 0,6% для деталей машиностроения, работающих, как пра­вило, в сложных условиях нагружения, нежелательно. Обычно ограничиваются содержанием углерода 0,45- 0,50%, так как такое содержание дает вполне удов­летворительную твердость мартенсита. Повышение со­держания углерода сверх 0,5% вызывает повышенную опасность образования трещин. Твердость закаленной стали на достаточно высоком уровне сохраняется при снижении содержания углерода до 0,30- 0,35%. Это со­держание обычно и является нижним пределом при выборе стали для поверхностно закаливаемых деталей. Стали с нижним пределом по содержанию углерода при­меняют в тех случаях, когда решающую роль играет вязкость, а поверхностной твердостью можно посту­питься.

Глубина закаленного слоя при поверхностной за­калке сравнительно невелика: для деталей машино­строения она чаще всего не превышает 3- 4 мм. Эта глубина обеспечивается при закалке простой углероди­стой стали, у которой глубина прокаливаемости лежит как раз на этом уровне. Поэтому стремятся по возмож­ности ограничиться применением углеродистой стали марок 35, 40, 45, 50. Составы сталей и допустимая глу­бина закаленного слоя, определяемые прокаливаемостью стали, приведены в табл. 1.

В некоторых случаях к сердцевине изделия предъ­являются повышенные требования по механическим свойствам, которые достигаются путем предварительной термической обработки- улучшения или нормализа­ции. При улучшении осуще­ствляется объемная закал­ка, причем стремятся полу­чить структуру закалки по всему сечению. Если изде­лие небольшого сечения, то достаточно высокие свой­ства сердцевины могут быть получены после улуч­шения углеродистой стали.

При диаметре изделия бо­лее 50- 60 мм равномерных свойств по сечению на угле­родистой стали получить нельзя: улучшению будут подвергаться только по­верхностные слои, так как прокаливаемость углеродистых сталей низкая. Поэтому на больших сечениях приходится применять стали с по­вышенной прокаливаемостью, к числу которых отно­сятся стали, легированные марганцем, хромом, никелем и другими элементами. Степень легированности и, сле­довательно, марка стали выбираются в зависимости от размеров изделия и требуемых свойств после предвари­тельной термической обработки. Наиболее распростра­ненными марками легированной стали, применяемыми для изделий, подвергаемых поверхностной закалке, яв­ляются стали 45Х, 40ХН, 45ХН, 50Г, 40ХСА и др. (см. табл. 1).

Таблица 1.

Стали, наиболее часто применяемые для изделий с поверхностной закалкой.

Марка стали	Химический состав, %	Твердость закаленного слоя после низкого отпуска, HRC	Достижимая глубина слоя, мм
Углерод	Марганец	Кремний	Другие элементы
	0,32-0,40	0,50-0,80	0,17-0,37	-	50-56
	0,37-0,45	0,50-0,80	0,17-0,37	-	53-58
	0,42-0,50	0,50-0,80	0,17-0,37	-	55-62
	0,47-0,55	0,50-0,80	0,17-0,37	-	57-63
35ГС	0,31-0,39	1,1-1,4	1,1-1,4	-	52-58
35Г2	0,30-0,40	1,4-1,8	0,17-0,37	-	53-58
45Г2	0,35-0,45	1,4-1,8	0,17-0,37	-	55-61
50Г	0,47-0,55	0,70-1,00	0,17-0,37	-	57-62
У8	0,75-0,84	0,15-0,30	0,15-0,30	-	60-64
35Х	0,31-0,39	0,50-0,80	0,17-0,37	0,8-1,1 хрома	52-57
40Х	0,36-0,44	0,50-0,80	0,17-0,37	0,8-1,1 хрома	54-58
45Х	0,41-0,49	0,50-0,80	0,17-0,37	0,8-1,1 хрома	55-61
40ХС	0,37-0,45	0,30-0,60	1,2-1,6	1,3-1,6 хрома	54-59
40ХН	0,36-0,44	0,50-0,80	0,17-0,37	0,45-0,75 хрома, 1,0-1,4 никеля	55-60
45ХН	0,41-0,49	0,50-0,80	0,17-0,37	0,45-0,75 хрома, 1,0-1,4 никеля	56-61
40ХФ	0,37-0,44	0,50-0,80	0,17-0,37	0,8-1,1 хрома, 0,1-0,2 ванадия	55-60
ШХ15	0,95-1,10	0,20-0,40	0,15-0,30	1,30-1,65 хрома	62-64

Выбор марки стали для изделия, подвергающегося поверхностной закалке, должен про­изводиться исходя из предъявляемых к изделию техни­ческих условий, с обязательным учетом технологических возможностей получения качественной термической об­работки. Для каждой стали имеется определенный интервал закалочных темпера­тур. Уровень температуры зависит от состава и, глав­ным образом, от содержания углерода, причем колебания содержании углерода в 0,1% уже сильно сказы­ваются на режиме нагрева. Например, температура, оптимальная для стали с 0,4% С, дает структуру пере­грева на стали с 0,5% С. В то же время, как видно из табл. 1, ГОСТ для одной марки стали допускается коле­бание по содержанию углерода в пределах 0,08- 0,1%.

Дата добавления: 2014-01-07