Вопрос 3. Поверхностная закалка, лазерная термическая и химико-термическая обработка Поверхностная закалка

Поверхностная закалка — это процесс термической обработки, который состоит в нагреве поверхностного слоя стального изделия до температуры выше линии A_С3 для доэвтектоидной стали и до температуры выше линии A_С1 для заэвтектоидной.

Поверхностная закалка предназначена для повышения твёрдости, износостойкости и предела выносливости поверхностного слоя обрабатываемых изделий. В результате такой закалки сердцевина остаётся вязкой, благодаря чему изделие воспринимает ударные нагрузки.

Поверхностная закалка осуществляется очень быстро и поэтому на поверхности детали не образуется окисленного слоя (окалины). Так как при этом нагревается и охлаждается поверхностный слой детали, коробление детали незначительное.

Нагрев под поверхностную закалку производят следующими способами: 1) токами высокой частоты (ТВЧ); 2) в расплавленных металлах или солях; 3) пламенем газовых или кислород-ацетиленовых горелок; 4) лазерным излучением.

Наибольшее распространение получил метод поверхностной закалки при нагреве токами высокой частоты (ТВЧ).

При нагреве ТВЧ используется явление индукции и поверхностного распределения индуцированного тока в детали. Так, если в переменное электромагнитное поле поместить замкнутый проводник электрического тока, то в проводнике возникают переменные (вихревые) токи. Характерным является распределение тока по сечению проводника. Если постоянный ток при прохождении по проводнику распределяется равномерно по его сечению, то распределение переменного тока по сечению проводника неравномерное. Плотность протекающего переменного тока значительно больше у поверхности, чем во внутренних слоях проводника. Такое неравномерное распределение переменного тока в проводнике называется поверхностным эффектом. Вследствие поверхностного эффекта проводник нагревается на определённую глубину от поверхности.

Различают следующие способы закалки с индукционным нагревом:

1) одновременный нагрев и охлаждение всей поверхности; этот метод применяется для изделий, имеющих небольшую упрочняемую поверхность (инструменты, валики, пальцы);

2) непрерывно-последовательный нагрев и охлаждение; этот метод применяют для закалки длинных валов, осей и т. д.;

3) последовательный нагрев и охлаждение отдельных участков; данный метод используют при закалке шеек коленчатых валов (последовательный нагрев и закалка одной шейки за другой), кулачков распределительных валов и т. д.

Преимуществами поверхностной закалки ТВЧ являются:

1) регулируемая глубина закалённого слоя;

2) высокая производительность и возможность автоматизации;

3) отсутствие на поверхности детали обезуглероживания и окалинообразования;

4) минимальное коробление детали;

5) по сравнению с обычной закалкой сталь, закалённая при нагреве ТВЧ, имеет следующие преимущества: более мелкозернистая структура; более высокая твёрдость; более высокая износостойкость; более высокая прочность при относительно меньшем понижении вязкости; более высокий предел выносливости (предел усталостной прочности).

К недостаткам поверхностной закалки ТВЧ следует отнести:

1) высокая стоимость технологического оборудования, в частности индуктора, являющегося индивидуальным для каждой детали;

2) малая применимость закалки ТВЧ к условиям единичного производства, что вызвано первым недостатком.