Читайте также:
|
|
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. 35 и 36). В результате индукции в поверхностном слое детали возникают вихревые токи и выделяется джоулево тепло. Происходит быстрый нагрев поверхности до температуры закалки. Время нагрева 20 – 50 с.
Рис. 35. Схема нагрева ТВЧ с машинным генератором: 1 – генератор
высокой частоты; 2 – электродвигатель; 3 – трансформатор;
4 – индуктор; 5 – деталь; 6 – конденсатор
Установка для закалки с нагревом ТВЧ состоит из генератора тока высокой частоты (машинного или лампового), конденсаторной батареи, трансформатора, индуктора, приспособления для охлаждения (спрейера). Контроль за температурой нагрева осуществляется автоматически. Основные параметры процесса: температура, скорость и глубина нагрева.
Охлаждение 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 2 – 3 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 (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.
Закалка с газопламенным нагревом применяется в основном для крупных деталей, толщина закаленного слоя не менее 20 – 40 мм при минимальной твердости HRC55 – 58.
Поверхность детали нагревают газовым пламенем, имеющим температуру 2400 – 3150°С. Для нагрева используют одно- и многопламенные горелки. Вследствие подвода большого количества тепла поверхность детали быстро нагревается до температуры выше фазовых превращений. Последующее спрейерное охлаждение обеспечивает закалку поверхностного слоя.
Наибольшее распространение получил нагрев ацетилено-кислородным пламенем (3150°С) и более дешевым и безопасным керосино-кислородным пламенем (2400°С). Горючий газ и кислород могут поступать из баллонов, генераторов, газгольдеров; в горелках газы смешиваются и при их горении происходит быстрый нагрев поверхности.
Этот способ (как и закалка ТВЧ) обеспечивает меньшее коробление деталей по сравнению с объемной закалкой, более чистую поверхность (без окалины). Процесс легко механизировать и автоматизировать, включать в технологический поток; не требуется сложное, дорогостоящее оборудование. Наиболее целесообразно использовать этот способ при индивидуальном производстве и ремонте, когда закалка ТВЧ нерентабельна, при нагреве поверхностей большой площади; для деталей сложной формы, для которых невозможно изготовить индуктор.
Недостатки закалки с газопламенным нагревом:
опасность перегрева, металла вплоть до оплавления поверхностного слоя;
отсутствие возможности точно регулировать температуру и толщину закаленного слоя;
использование газа требует дополнительных мероприятий по охране труда и технике безопасности.
Несмотря на эти недостатки газопламенная закалка с успехом применяется в некоторых областях техники. Например, газопламенная закалка стальных и чугунных прокатных валков увеличивает срок их службы в 2 – 3,5 раза и повышает производительность прокатных станов на 20 – 25 %.
Кроме индукционного и газопламенного нагрева для поверхностной закалки стальных деталей используют установки электроконтактного нагрева и установки лазерного излучения.
Лазерная закалка – перспективный метод упрочнения сложных стальных и чугунных деталей, долговечность которых лимитируется износостойкостью и усталостной прочностью, когда их упрочнение другими методами затруднено. Износостойкость чугунных деталей повышается в 8 – 10 раз, а предел выносливости стальных – на 70 – 80 %.
Дата добавления: 2015-12-07; просмотров: 123 | Нарушение авторских прав