Методы поверхностного упрочнения сталей. Закалка ТВЧ

Конструкционная прочность часто зависит от состояния материала в поверхностных слоях детали. Одним из способов поверхностного упрочнения стальных деталей является поверхностная закалка. В результате поверхностной закалки увеличивается твердость поверхностных слоев изделия с одновременным повышением сопротивления истиранию и предела выносливости. Общим для всех видов поверхностной закалки является нагрев поверхностного слоя детали до температуры закалки с последующим быстрым охлаждением. Эти способы различаются методами нагрева деталей. Толщина закаленного слоя при поверхностной закалке определяется глубиной нагрева. Наибольшее распространение имеют электротермическая закалка с нагревом изделий токами высокой частоты (ТВЧ) и газопламенная закалка с нагревом газово-кислородным или кислородно-керосиновым пламенем.

Закалка токами высокой частоты.

Основан на том, что если в переменное магнитное поле, создаваемое проводником-индуктором, поместить металлическую деталь, то в ней будут индуцироваться вихревые токи, вызывающие нагрев металла. Возникает явление "скин-эффекта", в результате которого, токи концентрируются около поверхности:

x=k(r/mf)- толщина прокаливаемого слоя; r - удельное эл. сопротивление, m - магнитная проницаемость, f - частота тока.

Для нагрева на глубину более 2 мм, используются машинные генераторы с частотой 500…8000 Гц, мощностью до 500 кВт. Для тонких слоев - ламповые генераторы с частотой больше 450000 Гц, мощностью до 250 кВт. Глубина закаленного слоя – до 2 мм.

Индукторы изготавливаются из медных трубок, внутри которых циркулирует вода, благодаря чему они не нагреваются. Форма индуктора соответствует внешней форме изделия, при этом необходимо постоянство зазора между индуктором и поверхностью изделия.

После нагрева в течение 3…5 с индуктора, деталь быстро перемещается в специальное охлаждающее устройство – спрейер, через отверстия которого на нагретую поверхность разбрызгивается закалочная жидкость.

Высокая скорость нагрева смещает фазовые превращения в область более высоких температур. Температура закалки при нагреве токами высокой частоты должна быть выше, чем при обычном нагреве.

При правильных режимах нагрева после охлаждения получается структура мелкоигольчатого мартенсита. Твердость повышается на 2…4 HRC по сравнению с обычной закалкой, возрастает износостойкость и предел выносливости.

Перед закалкой ТВЧ изделие подвергают нормализации, а после закалки низкому отпуску при температуре 150…200^oС (самоотпуск).

Наиболее целесообразно использовать этот метод для изделий из сталей с содержанием углерода более 0,4 %.

Преимущества метода:

большая экономичность, нет необходимости нагревать все изделие;

более высокие механические свойства;

отсутствие обезуглероживания и окисления поверхности детали;

снижение брака по короблению и образованию закалочных трещин;

возможность автоматизации процесса;

использование закалки ТВЧ позволяет заменить легированные стали на более дешевые углеродистые;

позволяет проводить закалку отдельных участков детали.

Основной недостаток метода – высокая стоимость индукционных установок и индукторов.

Целесообразно использовать в серийном и массовом производстве.

Этому способу ТО подвергают стали: среднеуглеродистые (легированные и нелегированные) (40, 45, 40Х, 40ХН); стали пониженной прокаливаемости (55ПП).