35. Поверхностная закалка.

Этот способ применяется для изделий, у которых должна быть поверхность и вязкая сердцевина (шестерни, валы). При поверхностной закалке нагрев проводится не всей детали, а только её поверхности. После нагрева сразу проводится охлаждение. Поэтому структурные измерения затрагивают только поверхность. В зависимости от способов нагрева различают несколько видов поверхностей закалки:

Закалка погружением – разогрев поверхности ведется за счет кратковременного погружения детали в горячую среду. После нагрева детали охлаждают в воде или масле. Толщина закаленного слоя определяются временем выдержки в горячей среде. Недостаток – невозможность получения тонкого закаленного слоя.

Газопламенная закалка. Разогрев поверхности детали проводится за счет нагрева пламенем газовой горелки. Достоинство способа в его универсальности, недостаток – высокая температура пламени вызывает перегрев поверхности и как следствие - крупное зерно, выгорание углерода, легирующих элементов, резкий температурой градиент, возможно отслаивание закаленного слоя.

Закалка ТВЧ – токами высокой частоты (индукционная закалка). Разогрев детали производится за счет наведения в ней токов высокой частоты. Деталь помещается внутрь индуктора, подключенного к истокам токов высокой частоты. Достоинство способа – высокая производительность недостаток – потребность в сложном оборудовании, для каждой детали необходим свой индуктор, наличие вредных электромагнитных полей.

Закалка с нагревом поверхности лазером. При этом способе закалки разогрев поверхности осуществляется за счет воздействия на неё высокоэнергетического пучка излучения. Интенсивность энергии настолько велика, что поверхность в течении нескольких долей секунд может быть нагрета до расплавления. Охлаждение поверхности после нагрева происходит за счет теплоотвода вглубь детали. Дополнительное охлаждение водой не требуется. Перемещая луч лазера по поверхности можно закаливать как отдельные участки детали, так и всю её поверхность. Этим способом можно закаливать внутренние поверхности детали, не закаливая её наружную поверхность. Глубина закаленного слоя регулируется временем, освещая её лазером. При таком способе закалки она может меняться от нескольких микрон до десятков и сотен микрон.

36. Наиболее прогрессивным методом нагрева изделий для поверхностной закалки является нагрев токами высокой (или повышенной) частоты, или, как его еще часто называют, индукционный нагрев. Непосредственно в процессе закалки токи высокой частоты не используются, - они применяются лишь для нагрева поверхности изделия до закалочных температур.

Токи высокой частоты - это переменные токи, имеющие частоту более 20000 периодов в секунду. Токами повышенной частоты называют переменные токи с частотой от 50 до 20000 периодов в секунду. Обычный промышленный ток имеет частоту 50 периодов в секунду, т. е. он меняет свое направление 100 раз в одну секунду.

Применение токов высокой частоты для нагрева при поверхностной закалке основано на явлении, которое называется поверхностным эффектом. Это явление состоит в следующем. При прохождении через проводник постоянный ток равномерно распределяется по всему сечению проводника, т. е. плотность тока по всему сечению проводника одинакова. Ток протекает преимущественно в поверхностном слое проводника. При достаточно высоких частотах в центре проводника ток практически нет. Это явление называется поверхностным эффектом. Схема распределения постоянного и переменного токов различной частоты в проводнике. Степень проявления поверхностного эффекта характеризуется глубиной проникновения тока, что определяет и глубину слоя проводника, в котором выделяется тепло, а следовательно и глубину закалки. Наибольшая экономичность процесса достигается тогда, когда глубина проникновения тока немного больше требуемой глубины закалки.

На глубину проникновения тока большое влияние оказывает его частота. Чем больше частота тока, тем меньше глубина проникновения его в проводник и, следовательно, тем меньше глубина закалки. Распределение тока по сечению проводника зависит также от природы и свойств проводника. Процесс нагрева токами высокой частоты осуществляется практически следующим образом. Изделие, подлежащее нагреву, помещают внутри спирали, изготовленной из медной трубки. Эта спираль называется индуктором. Через индуктор пропускают ток высокой частоты большой силы (в несколько сот или тысяч ампер). Этот ток создает вокруг изделия мощное переменное магнитное поле. Так как это поле переменное, то изделие будет перемагничиваться много раз в секунду. В результате в нагреваемом изделии возникнут короткозамкнутые токи, которые называют вихревыми токами.