Сл.2. Термическая обработка стали с применением скоростных методов нагрева

Нагрев изделий для термической обработки может производиться разными способами, с использованием различных методов подвода энергии: лучеиспускания, конвекции, теплопроводности. Нагрев в печах с температурой выше 700...750 °С, в пламени горелки, индукционным методом и лазерным излучением имеет общую природу. Различие этих способов нагрева заключается в методах генерации излучения, его частотах или длинах волн и в механизмах его взаимодействия с веществом. Электромагнитное излучение, обусловленное тепловой энергией тела, называют тепловым излучением. Поэтому нередко нагрев в печах и в пламени горелок рассматривают как нагрев внешним источником тепла, а индукционный и лазерный – внутренним источником тепла. Такое подразделение методов нагрева в известной; мере условно и базируется на особенностях восприятия человеком электромагнитного излучения различной частоты.

При нагреве изделий в расплавленных солях передача тепла нагреваемому телу осуществляется в основном конвекцией и теплопроводностью. Применяются также способы нагрева, основанные на пропускании электрического тока непосредственно через нагреваемое изделие. В последнее время находит применение нагрев электронным пучком.

Важной технической характеристикой того или иного метода нагрева является скорость повышения температуры изделий. Скорость нагрева в печах обычно невелика и редко превышает 0.1...1.0 град/с. При нагреве в печах стремятся получить сквозной равномерный прогрев изделий.

Детали машин, работающие в условиях контактного нагружения, подвергающиеся изнашиванию и действию динамических нагрузок, должны иметь твердую прочную износоустойчивую поверхность и одновременно относительно вязкую сердцевину, обеспечивающую повышенные значения работы разрушения. Кроме того, нередко требуется и высокое сопротивление усталостному разрушению. Такое сочетание механических свойств достигается поверхностной закалкой с низким отпуском.

Сл.3. Поверхностная закалка может быть осуществлена двумя принципиально различными путями. Один путь заключается в быстром нагреве наружного слоя до температур аустенитного состояния и немедленной закалке. Глубинные слои изделия при этом не нагреваются и не претерпевают структурных изменений. Другой путь состоит в том, что сталь с пониженной прокаливаемостью подвергается сквозному или глубокому нагреву с последующим интенсивным охлаждением. Толщина закаленного слоя в первом случае определяется глубиной прогрева до температур выше критических точек, а во втором – прокаливаемостью стали. Последний путь не рассматривается в настоящем разделе.

Необходимым условием поверхностного нагрева является высокая скорость подвода энергии к нагреваемому слою, значительно превышающая скорость связанного с теплопроводностью стали отвода тепла в глубину изделия. Вследствие этого нагрев под поверхностную закалку производят очень быстро: от 200...300 до 10⁵..10⁶ град/с в зависимости от метода нагрева и мощности источника энергии. Столь быстрый нагрев невозможно осуществить в печи, для этого необходим более интенсивный приток энергии к поверхности нагреваемого тела. Широкое применение для быстрого поверхностного нагрева находит индукционный нагрев токами высокой частоты (ТВЧ), а в последнее время и лазерный нагрев. Другие названные выше методы быстрого нагрева применяются значительно реже.

Нагрев со скоростью до 10 град/с называют медленным, от 10 до 10³ град/с – скоростным, или быстрым, а нагрев с более высокими скоростями предложено называть сверхбыстрым.