10. Особенности нагрева и охлаждения при обработке токами высокой частоты (твч)

План лекции

1. Особенности нагрева и охлаждения при обработке токами высокой частоты (ТВЧ)

2. Технология лазерной и электронно-лучевой обработки

Охлаждение при поверхностной индукционной закалке может осуществляться разными методами: погружением в воду или масло, с помощью душирующих устройств потоком воды или эмульсии. Наилучшим способом считается охлаждение быстродвижущимся потоком воды или спрейерное.

Это связано с тем, что большая скорость охлаждения позволяет фиксировать в мартенсите наибольшее количество углерода, а после отпуска получать лучшее сочетание твердости, пластичности и прочности, чем при охлаждении в более мягких средах. При этом обеспечивается отсутствие трещин при правильно выбранной среде закалки и конструкции закалочного устройства (спрейер), что подтверждается графической зависимостью (рис. 12).

Кроме того, применение спрейерного охлаждения обеспечивает возможность использования дозированного времени охлаждения, что позволяет применять самоотпуск для деталей, закаленных этим методом. Оптимальная скорость движения воды относительно поверхности детали составляет 10-30 м⁄с. Применение в качестве закалочных жидкостей водных растворов органических и неорганических соединений не рекомендуется, так как приводит к осаждению этих добавок на стенках спрейера и более быстрому выходу его из строя.

Поверхностно-закаленные детали подвергают, как правило, низкому отпуску при температуре 150-250 °С в электрических печах с наличием вентиляторов с выдержкой 1,5-3,0 ч. Такой отпуск обеспечивает снятие закалочных напряжений повышение в 1,5-2,0 раза прочности закаленной стали, сохраняет в поверхностных слоях остаточные напряжения сжатия и не приводит к существенному снижению твердости.

Рис. 12. Зависимость относительного количества трещин от интенсивности (скорости) охлаждения в интервале мартенситного превращения ( 300-150 °С): 1 – сталь45; 2 – 40Х; 3 – 40ХГРТ; 4 – 40ХНМА

В настоящее время получает распространение применение электроотпуска с использованием индукционного нагрева при температуре на 50-100°С выше (200-350 °С), чем температура отпуска в печи, но за меньшее время (десятки секунд). Весьма эффективно применение самоотпуска, осуществляемого путем прерывания закалочного охлаждения, в момент, когда в поверхностных слоях уже произошло мартенситное превращение, а температура сердцевины еще существенно выше точки Мн. После прекращения охлаждения поверхность детали нагревается за счет тепла оставшегося в глубинных слоях и сердцевине, таким образом, происходит отпуск тонкого поверхностного слоя. В виду кратковременности при самоотпуске необходимо применять более высокие температуры, чем при отпуске в печи. Например, для стали 45 это превышение составляет 75-85 °С, для стали 40Х 50-65 °С.

График процесса индукционной закалки с самоотпуском представлен на рис. 13.

Время достижения поверхностью максимальной температуры самоотпуска чаще всего составляет 5-20 с. Это экономически выгодный процесс.

Технологически самоотпуск очень удобен, но его применение обосновано, если имеются быстродействующие краны открывания и закрывания водяного потока со временем срабатывания 0,1- 0,2 с.

Кроме того, необходимо обеспечение устойчивости параметров нагрева под закалку для этого используется автоматическая стабилизация электрических параметров индуктора и постоянство режима охлаждения. Гораздо чаще самоотпуск используют для предотвращения образования закалочных трещин. В этом случае длительность охлаждения выбирают таким образом, чтобы самоотпуск проходил при 100-150 °С. Затем проводится отпуск в печах по режиму, обеспечивающему требуемый уровень свойств изделий.

Рис. 13. Осциллографическая запись процесса индукционной закалки с самоотпуском