Закалка токами высокой частоты.
Закалка ТВЧ обеспечивает высокую производительность, экономию электроэнергии (нагревается 1–2 % объема детали), повышение ударной вязкости и предела текучести, возможность замены легированной стали углеродистой качественной. После проведения ТВЧ на поверхности детали не появляется окалина, не возникает обезуглероживание.
Недостатками ТВЧ являются неравномерная твердость ПС и трудность упрочнения фасонных изделий; при недостаточной толщине закаленного слоя возможно его продавливание при больших контактных напряжениях. И наоборот, излишне толстый слой подвергается хрупкому разрушению. Для исключения этого недостатка после ТВЧ проводится пластическая обработка – обкатка роликами или волочение через фильеру. Полученный ПС имеет высокую твердость, его износостойкость повышается в 2–4 раза, а усталостная прочность повышается на 15–25 %. Закалке ТВЧ и пластической деформации подвергают детали из стали марок 45, 40Х, 65Г, а также металлопокрытия, полученные наплавкой, напылением или припеканием (рис. 4.4).
Рис. 4.4. Схема установки ТВЧ:
1 – машинный или ламповый генератор высокой частоты;
2 – конденсаторные батареи; 3 – трансформатор; 4 – деталь; 5 – витки нагрева-
тельного индуктора (медные).
Для мелких деталей (размером менее 30 мм) и при нагреве на глубину δ ≤ 1,5 мм применяют ламповые генераторы, а при δ > 3 мм – машинные генераторы. Генератор преобразует ток промышленной частоты 50 Гц в ток с частотой 60 кГц и более. Мощность генератора от 10 до 200 кВт. КПД генератора ≈50 %. Трансформатор повышает
напряжение 220/380 В до 10000 В. Индуктор, по которому идет ток,
образует переменное электромагнитное поле, которое возбуждает
вихревые токи в ПС детали. В результате нагревается только ПС детали. Количество выделяемого тепла Q пропорционально квадрату силы тока I2, сопротивлению R и времени t:
Q = I2Rt.
Достоинства ТВЧ: высокая производительность, отсутствие окалины и обезуглероживания на поверхности детали, экономия электроэнергии (нагревается 1-2 % объема детали), хорошие условия труда. Возможность механизации и автоматизации процесса. Кроме того, в ПС возникают остаточные напряжения сжатия, способствующие повышению усталостной прочности деталей, возможность проводить ТВЧ как финальную операцию после механической обработки, глубина закаленного слоя легко регулируется от 0,2 до 3 мм. Появляется возможность заменить легированную сталь углеродистой качественной или марганцовистой. Существенно повышается предел текучести и ударная вязкость.
Разновидностью высокочастотной закалки является термомеханическая обработка (ТМО), которая реализуется совмещением термического воздействия и пластической деформации, а именно: нагрев ТВЧ в индукторе, а затем пластическая обработка, которая проводится обкаткой роликом, волочением и т.д. Мощный режим обработки: I = 2500–3000 А, U=1,8–80 В, температура в ПС 1000–1050 °С, давление 0,06–0,3 кН/мм2 – позволяют достичь упрочнения на глубину до 2 мм. Такой ПС обладает высокой твердостью, износостойкостью в 2–4 раза выше, чем у закаленных сталей, усталостная прочность повышается на 20 %.
ТМО подвергают стали марок 45, 40Х, 65Г в нормализованном состоянии, а также металлопокрытия (наплавку, напыление).