HomeОбработка сталиТермическая обработка › Индукционный метод закалки токами высокой частоты

Индукционный метод закалки токами высокой частоты

Индукционный метод закалки токами высокой частотыСущность этого метода заключается в том, что в поверхностных слоях изделия, помещенного вблизи индуктора, т. е. проводника, по которому проходит переменный ток, индуктируется ток той же частоты. Этот (вихревой) ток вызывает быстрый разогрев металла до закалочной температуры. После быстрого охлаждения поверхностные слои изделия оказываются закаленными.

 

Глубина закаленного слоя зависит прежде всего от глубины проникновения в металл индуктированного тока, который в силу так называемого поверхностного эффекта концентрируется у поверхности, быстро спадая внутрь изделия. Глубина проникновения тока может быть определена по формуле

Действительно, если вести нагрев при большой удельной мощности электрического тока, то поверхностный слой нагревается до закалочной температуры очень быстро, и закалке подвергнется только слой,близкий к глубине проникновения тока в разогретый металл. При медленном нагреве тепло, генерируемое в поверхностных слоях, путем теплопроводности успеет распространиться в глубь изделия, и нагретым до закалочной температуры может быть слой, значительно превышающий глубину проникновения тока.

 

Регулируя частоту тока, температуру и скорость нагрева, можно получить прогрев на любую толщину от долей миллиметра до десятков миллиметров. Глубина закаленного слоя определяется как расстояние от поверхности до полумартенситной зоны (50% \»мартенсита в структуре).

 

Типичное распределение температуры по сечению изделия при индукционном нагреве приведено на фиг. 169, где показано, что при нагреве на глубину меньшую или равную глубине проникновения тока распределение температуры является благоприятным. В пределах нужной глубины температура меняется очень незначительно и, следовательно, после быстрого охлаждения закаленный слой будет иметь однородную структуру по всей глубине.

 

Если глубина проникновения мала по сравнению с требуемой глубиной закалки (частота тока слишком велика), температура в пределах нагретого слоя меняется резко, и поверхностные слои могут оказаться перегретыми . Перепад температур в пределах нагретого слоя может быть уменьшен за счет снижения скорости нагрева. Однако такой режим обычно энергетически не выгоден и не обеспечивает высокого качества закалки. Применение больших скоростей нагрева для термической обработки стали потребовало пересмотра температурных режимов нагрева.

 

Превращение перлита в аустенит, которое в условиях медленного нагрева должно начинаться и заканчиваться при постоянной температуре Асг, при быстром нагреве протекает в некотором интервале температур. Процесс начинается по-прежнему при  на фигуре указывает глубину закаливаемого слоя.

близкой к равновесной, однако, протекая вначале интенсивно, затем затухает и заканчивается при температуре, превышающей точку Асх на 20-60* в зависимости от скорости нагрева и дисперсности цементита в перлите. Образование аустенита из мелкодисперсного перлита заканчивается быстрее.

 

В связи с этим температура закалки эвтектоидной и заэвтектоидной стали обычно устанавливается 760-800° . Особенно сильное влияние оказывает скорость нагрева на температуру закалки доэвтектоидной стали, так как для получения однородного аустенита необходимо добиться полного растворения избыточного феррита.

 

 Чем больше в стали избыточного феррита, тем выше температура закалки при данной скорости нагрева. При всех режимах нагрева существует оптимальный интервал температур, обеспечивающий максимальные свойства закаленного слоя.

 

С увеличением скорости нагрева оптимальныйинтер-вал закалки смещается в область более.вы-соких температур. Если при печном нагреве режим закалки данной стали определяется только температурой нагрева, то при быстром индукционном нагреве оно определяется диаграммой, построенной в координатах температура — скорость нагрева, что требует постановки большого количества опытов.

 

В специальной литературе известны диаграммы разного вида, которыми пользуются в практике термической обработки. Однако в настоящее время достоверные данные имеются только для ограниченного числа марок стали. Технология поверхностной закалки с индукционным нагревом строится следующим образом.

 

Если поверхность относительно невелика, применяется способ одновременной закалки, когда вся закаливаемая поверхность охватывается индуктором и нагревается одновременно. Охлаждение может производиться водой, поступающей в виде душа непосредственно из индуктора, или погружением нагретой детали в бак с маслом. Метод одновременного нагрева применяется также в случае местной закалки, когда обрабатываются только рабочие участки детали сложной формы, например шейки коленчатых валов.

 

При закалке больших поверхностей применяется непрерывно-последовательная закалка. При этом методе индуктор с равномерной скоростью перемещается относительно детали. Перемещается и зона нагрева. За индуктором следует водяной душ, охлаждающий нагретый металл.

В настоящее время технологический процесс поверхностной закалки полностью автоматизируется и может осуществляться непосредственно в потоке механической обработки детали.

 

В изделиях, поверхностно-закаленных при индукционном нагреве, возникают большие остаточные напряжения. При правильной технологии на поверхности закаленного слоя имеются сжимающие остаточные напряжения, которые благоприятно влияют на прочность изделия.

 

Под слоем имеется зона растягивающих напряжений. Для сохранения прочности изделия зона растягивающих остаточных напряжений должна быть дальше от поверхности, что достигается увеличением глубины закаленного слоя.

 

В случае местной закалки на границе закаленного слоя расположена зона растягивающих остаточных напряжений, иногда достигающих значительной величины. Растягивающие остаточные напряжения снижают прочность, поэтому граница закаленного слоя не должна располагаться в местах, испытывающих наибольшие усилия со стороны внешних нагрузок.

 

Для снижения остаточных напряжений применяют отпуск или самоотпуск. При самоотпуске поверхностно-закаленный слой нагревается за счет тепла, сохранившегося в изделии после закалки. Температура самоотпуска регулируется режимом.

 

Индукционная — поверхностная закалка по сравнению с другими видами поверхностной закалки имеет ряд несомненных преимуществ, заключающихся в огромной производительности метода (нагрев изделия осуществляется за очень короткие промежутки времени порядка нескольких десятков секунд), хорошей регулируемости, точности и стабильности процесса, отсутствии обезуглероживания, малой стоимости обработки и большой чистоте рабочего места.

 

Недостаток метода заключается в необходимости применения относительно сложного электрического оборудования. Но, как показывает опыт, все затраты на создание установок вполне окупаются при массовом производстве. Метод индукционной поверхностной закалки находит широкое применение в промышленности. Он может служить заменителем трудоемкого способа цементации стали углеродом

Article Global Facebook Twitter Myspace Friendfeed Technorati del.icio.us Digg Google StumbleUpon Eli Pets

Comments are closed.