Конспект лекций Часть 2 Омск 2006 (075. 8) Ббк 34. 202: 34. 206я73 Б95

3.2. Термическое упрочнение – поверхностная закалка

Сущность поверхностной закалки состоит в том, что верхние слои детали быстро нагреваются выше температуры критических точек и создается резкий перепад температуры по сечению от поверхности к сердцевине. Если нагрев пре­рвать и деталь быстро охладить, то закалку получит только ее поверхность, а сердцевина останется незакаленной.

Закалка с индукционным нагревом то­ком высокой частоты (закалка ТВЧ) – операция, при которой деталь для нагрева помещают в индуктор (со­леноид), представляющий собой один или несколько витков медной трубки, охлаждаемой проточной водой. Переменный ток высокой частоты, протекая по индуктору, создает пере­менное магнитное поле (рис. 5 и 6). В результате в поверхно­стном слое детали возникают вихревые токи и выделяется джоулево тепло. Происходит быстрый нагрев поверхности до температуры зак
алки. Время нагрева – 20 – 50 с.

Рис. 5. Схема нагрева детали ТВЧ: 1 – генератор тока

высокой частоты; 2 – конденсатор; 3 – индуктор; 4 – деталь

Установка для закалки с нагревом ТВЧ состоит из гене­ратора тока высокой частоты, конденсаторной батареи, индуктора, приспо­собления для охлаждения (спрейера). Контроль за темпера­турой нагрева осуществляется автоматически. Основные па­раметры процесса: температура, скорость, глубина нагрева.

О хлаждение нагретой для закалки детали производится либо в баке (с водой, эмульсией или маслом), либо душевым устройством – спрейером. Глубина закаленного слоя, в за­висимости от условий работы детали, – 1,5 – 4,0 мм. После закалки ТВЧ деталь подвергают низкому отпуску, или само­отпуску. Поверхностную индукционную закалку чаще приме­няют для углеродистых сталей (0,4 – 0,5 % углерода) и значительно реже – для легированных.
После закалки ТВЧ твердость поверхности на две – три еди­ницы HRC выше, чем после обычной закалки, и более мелкое действительное зерно (10-й – 12-й балл). Сопротивление уста­лостному разрушению повышается в 1,5 – 2 раза.
Получила распространение поверхностная закалка при глубинном нагреве. При этом используют специально разработанные стали пониженной и регламентированной прокаливаемости (РП). Так, например, для изготовления ведущей шестерни колесно-моторного блока локомотива применяют сталь ШХ4 вместо применяемой ранее цементованной стали 20ХН3А, для изготовления пружин из прутка диаметром до 30 мм – сталь 55С вместо стали 55С2, а для внутренних колец роликовых подшипников – сталь ШХ4 вместо стали ШХ15ГС.
При поверхностной закалке, в том числе с глубинным нагревом, повышается сопротивление усталостному разрушению.
Индукционный нагрев позволяет сократить длительность термической обработки и повысить производительность труда, получить поверхность без окалины, уменьшить деформацию и коробление деталей при закалке.
Закалка ТВЧ создает условия для полной механизации и автоматизации, обеспечивает термообработку в поточной линии без разрыва технологического процесса. Особенно эффективен этот метод для серийного и массового производства. Он экономически нерентабелен для закалки единичных деталей, так как для каждой требуется изготавливать индуктор и подбирать ре­жимы тока.
Преимущества высокочастотной закалки:
- высокая производительность;
- повышение износостойкости и циклической прочности;
- отсутствие обезуглероживания поверхности;
- незначительное окисление поверхности;
- малое коробление детали (деформация);
- точная регулировка глубины закаленного слоя;
- возможность автоматизации и организа­ции поточных линий;
- возможность замены легированных сталей углероди­стыми;
- при высокочастотном нагреве теплота генерируется в самом металле детали и не зависит от внешнего источника тепла, что обеспечивает очень быстрый нагрев.
Закалка с индукционным нагревом широко применяется во всех отраслях промышленности для упрочнения коленча­тых и шлицевых валов, распределительных валиков, зубьев крупных шестерен, тормозных шкивов, шпинделей, борштанг и других деталей.