Технологія гарту металів струмами висотою частоти

В гідромеханічних системах, пристроях і вузлах найчастіше використовуються деталі, які працюють на тертя, здавлювання, скручування. Саме тому основна вимога к ним — достатня твердість їх поверхні. Для отримання необхідних характеристик деталі, поверхня загартовується струмом високої частоти (ТВЧ).

В процесі застосування гарт ТВЧ показала себе як економний і високоефективний спосіб термічної обробки поверхні металевих деталей, який надає додаткову зносостійкість і високу якість оброблених елементів.

Опис методу загартування ТВЧ

Нагрівання струмами ВЧ заснований на явищі, при якому внаслідок проходження змінного високочастотного струму по індуктора (спіральний елемент, виконаний з мідних трубок) навколо нього формується магнітне поле, що створює в металевій деталі вихрові струми, які і викликають нагрів гартувати вироби. Перебуваючи виключно на поверхні деталі, вони дозволяють нагріти її на певну регульовану глибину.

Загартування ТВЧ металевих поверхонь має відміну від стандартної повної гарту, яке полягає в підвищеній температурі нагріву. Це пояснюється двома факторами. Перший з них — при високій швидкості нагріву (коли перліт переходить в аустеніт) рівень температури критичних точок підвищується. А другий — чим швидше проходить перехід температур, тим швидше відбувається перетворення металевої поверхні, адже воно має відбутися за мінімальний час.

Варто сказати, незважаючи на те, що при використанні високочастотної гарту викликається нагрівання більше звичайного, перегріву металу не трапляється. Таке явище пояснюється тим, що зерно в сталевої деталі не встигає збільшитися, завдяки мінімальному часу високочастотного нагріву. До того ж, через те, що рівень нагріву вище і охолодження інтенсивніше, твердість заготовки після її гарту ТВЧ виростає приблизно на 2-3 HRC. А це гарантує найвищу міцність і надійність поверхні деталі.

Разом з тим, є додатковий важливий фактор, який забезпечує підвищення зносостійкості деталей при експлуатації. Завдяки створенню мартенситной структури, на верхній частині деталі утворюються стискають напруги. Дія таких напружень проявляється у вищій мірі при невеликій глибині загартованого шару.

Застосовувані для загартування ТВЧ установки, матеріали та допоміжні засоби

Повністю автоматичний комплекс високочастотної гарту включає в себе гартівний верстат і ТВЧ установки (кріпильні системи механічного типу, вузли повороту деталі навколо своєї осі, руху індуктора у напрямку заготовки, насосів, що подають і відкачують рідину або газ для охолодження, електромагнітних клапанів перемикання робочих рідин або газів (вода / емульсія / газ)).

ТВЧ верстат дозволяє переміщати індуктор по всій висоті заготовки, а також обертати заготовку на різних рівнях швидкості, регулювати вихідний струм на індукторі, а це дає можливість вибрати правильний режим процесу загартування і отримати рівномірно тверду поверхню заготовки.

Принципова схема індукційної установки ТВЧ для самостійної збірки була приведена в попередній статті.

Індукційну високочастотну загартування можна охарактеризувати двома основними параметрами: ступенем твердості і глибиною загартування поверхні. Технічні параметри випускаються на виробництві індукційних установок визначаються потужністю та частотою роботи. Для створення загартованого шару застосовують індукційні нагрівальні пристрої потужністю 40-300 кВА при показниках частоти в 20-40 кілогерц або 40-70 кілогерц. Якщо необхідно провести загартування шарів, які знаходяться глибше, варто застосовувати показники частот від 6 до 20 кілогерц.

Діапазон частот вибирається, виходячи з номенклатури марок сталі, а також рівня глибини загартованої поверхні виробу. Існує величезний асортимент комплектацій індукційних установок, що допомагає вибрати раціональний варіант для конкретного технологічного процесу.

Технічні параметри автоматичних верстатів для загартування визначаються габаритними розмірами використовуваних деталей для загартування по висоті (від 50 до 250 сантиметрів), по діаметру (від 1 до 50 сантиметрів) і масі (до 0,5 т, до 1т, до 2т). Комплекси для загартування, висота яких становить 1500 мм і більше, оснащені електронно-механічною системою затиску деталі з певним зусиллям.

Високочастотний гарт деталей здійснюється в двох режимах. У першому кожен пристрій індивідуально підключається оператором, а в другому — відбувається без його втручань. Як середовище гарту зазвичай вибирають воду, інертні гази або полімерні склади, що володіють властивостями по теплопровідності, близькими до маслу. Середа гарту вибирається в залежності від необхідних параметрів готового виробу.

Технологія гарту ТВЧ

Для деталей або поверхонь плоскої форми маленького діаметру використовується високочастотна гарт стаціонарного типу. Для успішної роботи розташування нагрівача і деталі не змінюється.

При застосуванні безперервно-послідовної ТВЧ гарту, яка найчастіше використовується при обробці плоских або ціліндрообразних деталей і поверхонь, одна зі складових системи повинна переміщатися. В такому випадку або нагріває пристрій переміщується у напрямку до деталі, або деталь рухається під нагріваючим апаратом.

Для нагріву виключно ціліндрообразних деталей невеликого розміру, прокручуються один раз, застосовують безперервно-послідовну високочастотну загартування тангенціального типу.

Структура металу зубця шестерні, після гарту ТВЧ методом

Після скоєння високочастотного нагрівання вироби роблять його низький відпустку при температурі 160-200 ° С. Це дозволяє збільшити зносостійкість поверхні виробу. Отпуски відбуваються в електропечах. Ще один варіант — вчинення самоотпуска. Для цього необхідно трохи раніше відключити пристрій, що подає воду, що сприяє неповного охолодження. Деталь зберігає високу температуру, яка нагріває загартований шар до температури низького відпустки.

Після скоєння гарту також застосовується електроотпуск, при якому нагрів здійснюється за допомогою ВЧ установки. Для досягнення бажаного результату нагрів проводиться з меншою швидкістю і більш глибоко, ніж при поверхневому загартуванню. Необхідний режим нагріву можна визначити методом підбору.

Для поліпшення механічних властивостей серцевини і загального показника зносостійкості заготовки потрібно провести нормалізацію і об’ємну загартування з високим відпусткою безпосередньо перед поверхневої загартуванням ТВЧ.

Сфери застосування гарту ТВЧ

Загартування ТВЧ використовується в ряді технологічних процесів виготовлення наступних деталей:

  • валів, осей і пальців;
  • шестерень, зубчастих коліс і вінців;
  • зубів або западин;
  • щілин і внутрішніх частин деталей;
  • кранових коліс і шківів.

Найбільш часто високочастотну загартування застосовують для деталей, які складаються з вуглецевої сталі, що містить піввідсотка вуглецю. Подібні вироби набувають високу твердість після гарту. Якщо наявність вуглецю менше вищевказаного, подібна твердість вже недосяжна, а при більшому відсотку швидше за все виникнуть тріщини при охолодженні водяним душем.

У більшості ситуацій гарт струмами високої частоти дозволяє замінити стали, пройшли легування, більш недорогими — вуглецевими. Це можна пояснити тим, що такі переваги сталей з легуючими добавками, як глибока прокаліваемость і менше спотворення поверхневого шару, для деяких виробів втрачають значення. При високочастотної гарту метал стає більш міцним, а його зносостійкість зростає. Точно так же, як вуглецеві використовуються хромисті, хромонікелеві, хромокремністие і багато інших видів сталей з низьким відсотком легуючих добавок.

Переваги і недоліки методу

Переваги гарту струмами ВЧ:

  • повністю автоматичний процес;
  • робота з виробами будь-яких форм;
  • відсутність нагару;
  • мінімальна деформація;
  • варіативність рівня глибини загартованої поверхні;
  • індивідуально визначені параметри загартованого шару.

Серед недоліків можна виділити:

  • потреба в створенні спеціального індуктора для різних форм деталей;
  • труднощі в накладці рівнів нагріву і охолодження;
  • висока вартість обладнання.

Можливість використання гарту струмами ВЧ в індивідуальному виробництві малоймовірна, але в масовому потоці, наприклад, при виготовленні колінчастих валів, шестерень, втулок, шпинделів, валів холодної прокатки і ін., Гарт поверхонь ТВЧ набуває все більш широке застосування.

Ссылка на основную публикацию