Для улучшения механических характеристик деталей и узлов из металлов и сплавов применяют разные виды закалки. Одна из них - ТВЧ термообработка. Она представляет собой индукционную закалку и выполняется с помощью токов высокой частоты. После такой термической обработки материалы становятся более износостойкими и прочными, увеличиваются их твердость и срок службы готовых изделий.
Особенности технологии
Закалка металла ТВЧ (токами высокой частоты) - технологический процесс, который происходит во внешнем слое заготовок толщиной 1-5 мм. Его принцип основан на явлении электромагнитной индукции и заключается в генерации переменного магнитного поля. В результате возникают вихревые токи, которые обеспечивают интенсивный нагрев поверхностного слоя. Такое повышение температуры в сочетании с последующим быстрым охлаждением меняет кристаллическую структуру и позволяет получить материалы с нужными свойствами.
Например, при закаливании стали происходит преобразование феррита в состояние аустенита при нагревании, который становится прочным и твердым мартенситом после охлаждения. При изменении химического состава и режима обработки возможно образование других структур.
Результат поверхностной закалки ТВЧ зависит от соблюдения технологии и правильного выбора температурного режима. Оптимальные показатели получают с помощью специализированных программ или исследований. Степень нагревания определяется характеристиками материала и позволяет выбирать глубину теплового воздействия. При этом излишний нагрев приводит к неконтролируемым структурным изменениям и может стать причиной деформаций заготовок.
При термообработке показатели температуры в различных зонах обрабатываемых заготовок могут отличаться из-за неодинаковой толщины. Поэтому температурный режим подбирают в соответствии со средним и максимальным уровнем нагрева.
Таблица рекомендуемых режимов ТВЧ-закалки для сталей
| Марка стали | Температура нагрева, °C | Охлаждающая среда | Глубина закалки, мм | Примечания |
|---|---|---|---|---|
| 45 | 850–880 | Вода | 2–4 | Для валов, осей |
| 40Х | 840–870 | Масло | 3–5 | Повышенная вязкость |
| 20ХГНР | 900–930 | Полимерный раствор | 1–3 | Для деталей с высокой нагрузкой |
| ШХ15 | 860–890 | Масло | 1–2 | Подшипниковые кольца |
Применение и преимущества
Закаливание ТВЧ используют для углеродистых низколегированных и легированных сталей. Технология востребована при изготовлении изделий и узлов для авиационной, космической и тяжелой промышленности, судостроения и машиностроения. Такую термообработку применяют для производства:
- распределительных, коленчатых и других валов и тел вращения;
- фрез, метчиков и остальных режущих инструментов;
- деталей подшипников, включая кольца и ролики;
- ответственных конструкций и элементов крупных механизмов.
Токи высокой частоты также используют для объемной поверхностной закалки, которая предусматривает упрочнение слоев разной глубины изделий с усиленной нагрузкой, к которым относятся поршневые пальцы двигателей и шестерни тепловозов и электровозов. ТВЧ технология помогает улучшить показатели других металлов. На поверхности заготовок создается внешний слой увеличенной твердости, который повышает стойкость к износу и деформации.
Закалка ТВЧ предусматривает быстрое нагревание, поэтому процесс требует меньшего времени, чем другие методы термической обработки. К преимуществам такой технологии также относятся:
- Высокая точность. Обработка поверхности позволяет контролировать зону и глубину воздействия токов, повышает качество процесса.
- Эффективность. После термообработки поверхность заготовок становится более твердой, износостойкой и прочной, повышается сопротивляемость усталости.
- Отсутствие перегрева. В сравнении с объемным закаливанием воздействие на поверхность упрочняет только внешний слой. При этом внутренняя структура не перегревается и остается упругой.
При ТВЧ закалке происходит изменение заготовок – они становятся менее склонными к окислению, снимаются остаточные напряжения и уменьшается вероятность появления трещин и других дефектов. Процесс позволяет рационально использовать энергию, что снижает затраты на производство. При необходимости можно проводить закаливание слоя поверхности на отдельных участках деталей.
Основные недостатки термообработки высокочастотными токами – сложность и высокая стоимость оборудования, необходимость квалифицированного обслуживания. Процесс осуществляется при тщательном контроле, имеет ограничения по форме и размерам деталей.
Этапы обработки и оснащение
Для ТВЧ термообработки применяют установки, которые включают генераторы, индукторы и охладительные системы. При температурном воздействии предусмотрены следующие этапы:
- нагрев до заданных показателей температуры и выдержку;
- охлаждение, для которого используют разные среды.
Самый простой и недорогой способ – остудить обрабатываемые детали с помощью воздуха. Он отличается небольшой скоростью и подходит для мягкого закаливания. При использовании воды металл становится наиболее твердым, но возможно появление трещин и других дефектов из-за термических напряжений. Для охлаждения также применяют минеральные масла и водно-масляные эмульсии. Снижение температуры достигается за счет распыления среды или погружения в нее деталей. Возможна комбинация способов.
Комментарии к статье
Пока нет комментариев. Будьте первым!