Твч закалка что это такое

Метод разработан советским ученым Вологдиным В.П.

Основан на том, что если в переменное магнитное поле, создаваемое проводником-индуктором, поместить металлическую деталь, то в ней будут индуцироваться вихревые токи, вызывающие нагрев металла. Чем больше частота тока, тем тоньше получается закаленный слой.

Обычно используются машинные генераторы с частотой 50. 15000 Гц и ламповые генераторы с частотой больше 106 Гц. Глубина закаленного слоя — до 2 мм.

Индукторы изготавливаются из медных трубок, внутри которых циркулирует вода, благодаря чему они не нагреваются. Форма индуктора соответствует внешней форме изделия, при этом необходимо постоянство зазора между индуктором и поверхностью изделия.

пропускают ток высокой частоты от машинного или лампового генератора. При этом вокруг индуктора возникает переменное магнитное поле, возбуждающее по закону электромагнитной индукции вихревые токи в детали, за счет которых и происходит нагревание ее поверхностного слоя до температуры закалки.

Изменяя частоту тока в индукторе, можно менять глубину нагрева и соответственно толщину закаленного слоя. По окончании нагрева деталь охлаждают водой в охлаждающем устройстве 3. Весь процесс закалки занимает несколько секунд и потому является очень производительным. Кроме того, следует отметить отсутствие такого нежелательного явления, как образование окалины на поверхности деталей, и отсутствие их деформации. При этом твердость и ударная вязкость закаленных слоев выше, чем при печном нагреве. Ввиду высокой стоимости оборудования этот способ применяется только в условиях массового производства.

Твч закалка что это такое

Рисунок 5 — Схема проведения поверхностной закалки

а, б, в — этапы процесса закалки;

3 — охлаждающее устройство

После нагрева в течение 3. 5 с индуктора 2 деталь 1 быстро перемещается в специальное охлаждающее устройство — спрейер 3, через отверстия которого на нагретую поверхность разбрызгивается закалочная жидкость.

Высокая скорость нагрева смещает фазовые превращения в область более высоких температур. Температура закалки при нагреве токами высокой частоты должна быть выше, чем при обычном нагреве.

При правильных режимах нагрева после охлаждения получается структура мелкоигольчатого мартенсита. Твердость повышается на 2. 4 HRC по сравнению с обычной закалкой, возрастает износостойкость и предел выносливости.

Наиболее целесообразно использовать этот метод для изделий из сталей с содержанием углерода более 0,4 %.

большая экономичность, нет необходимости нагревать все изделие;

более высокие механические свойства;

отсутствие обезуглероживания и окисления поверхности детали;

снижение брака по короблению и образованию закалочных трещин;

возможность автоматизации процесса;

использование закалки ТВЧ позволяет заменить легированные стали на более дешевые углеродистые;

позволяет проводить закалку отдельных участков детали.

Основной недостаток метода — высокая стоимость индукционных установок и индукторов.

Целесообразно использовать в серийном и массовом производстве.

Для изготовления штоков выберем поверхностную закалку ТВЧ, так как полный цикл данного вид закалки проходит быстрее, оборудование менее габаритно, после термообработки поверхность имеет минимальное количество дефектов, характеристики материала после термообработки полностью соответствуют поставленными перед нами задачами обработки.

Среднечастотные индукционные нагреватели имеют широкую область применения, в том числе индукционная плавка металлов. Благодаря глубине действия этих индукционных нагревателей до 10 мм именно приборы с рабочим диапазоном частот от 1 до 20 кГц входят в состав индукционных транзисторных плавильных печей ИПП и индукционных кузнечных нагревателей ИКН. Кроме индукционной плавки и сквозного индукционного нагрева перед штамповкой эти нагреватели применяют для индукционной ТВЧ закалки деталей, а также для ТВЧ пайки.

В отличие от тиристорных, среднечастотные транзисторные индукционные нагреватели обладают меньшими габаритами и на 30 % меньше потребляют энергии. Благодаря применению MOSFET транзисторов и IGBT модулей, помимо своей экономичности индукционные нагреватели обладают превосходной надежностью и могут работать до 24 часов в сутки.

Твч закалка что это такое

Рисунок 6 — Среднечастотный индукционный нагреватель

Читать также:  Какой трехфазный счетчик выбрать для частного дома

Твч закалка что это такое

Сталь 40 является доэвтектоидной сталью, следовательно, температура закалки будет определяться как А + (30 — 50) °С = 790 + 40 = 830 °С. Твёрдость стали после закалки бкдет составлять 54-56 HRC.

График проведения термообработки отображён на рисунке 7.

Твч закалка что это такое

Рисунок 7 — График проведения термической обработки

Исходная структура среднеуглеродистой конструкционной стали 40 до нагрева под закалку — перлит + феррит. Структура стали 40 при температуре нагрева под закалку — аустенит, после охлаждения со скоростью выше критической — мартенсит. Микроструктуры отображены на рисунке 8.

Твч закалка что это такое

Твч закалка что это такоеТвч закалка что это такое

Рисунок 8 — Микроструктура стали 40 х 500

а) микроструктура стали 40 до закалки (перлит + феррит)

б) микроструктура стали 40 вовремя закалки (аустенит)

в) микроструктура стали 40 после закалки (мартенсит)

Индукционная закалка с нагревом токами высокой частоты является прогрессивным методом поверхностного упрочнения. Ее преимущества перед обычной закалкой следующие: большая экономичность, так как нет необходимости расходовать тепло на нагрев всей детали в печи, что неизбежно для обычной закалки; при закалке ТВЧ значительно меньше брака по короблению и образованию закалочных трещин; при нагреве ТВЧ не происходит окалинообразование и выгорание углерода; механические свойства после закалки ТВЧ выше, чем после обычной закалки; легко регулировать толщину закаленного слоя; внедрение ТВЧ позволяет заменить в ряде случаев легированные стали дешёвыми углеродистыми сталями; высокая производительность процесса; установки ТВЧ без затруднений вписываются в поточные линии механических цехов и, при их использовании, легко осуществляется автоматизация производственного процесса.

Недостатком закалки ТВЧ является необходимость в специали­зированном оборудовании (генераторах ТВЧ) и в приспособлениях (индукторах). Последние являются индивидуальными для каждого вида закаляемой детали.

Внедрение ТВЧ перспективно и особенно экономично на предприятиях серийного и массового производства.

Метод нагрева ТВЧ основан на том, что если в переменное элек­тромагнитное поле, создаваемое проводником-индуктором, поместить металлическую деталь, то в ее поверхностных слоях будут индуктироваться вихревые токи, вызывающие нагрев металла. Схема индукционного нагрева показана на рис.3.1. Скорость нагрева зависит от количества выделившегося тепла. Изменяя силу тока в индукторе, можно в широких пределах изменять скорость нагрева.

Систему индуктор — нагреваемая деталь можно рассматривать как электрический трансформатор, первичной обмоткой которого является индуктор, а вторичной – контур тока в металлической детали. В этой системе происходит бесконтактная передача электрической энергии из первичной цепи – индуктора, во вторичную цепь – нагреваемое изделие, где электрическая энергия преобразуется в тепловую.

Твч закалка что это такое

Рис. 3.1. Схема индукционного нагрева

а – распределение магнитного потока в индукторе; б – направление токов в индукторе и детали;1 – нагреваемая деталь; 3 – магнитные силовые линии; 2– виток индуктора; 4,5 – направление тока в индукторе и детали, соответственно.

В теории индукционного нагрева установлено, что ток индуктора I и мощность, выделяемая в нагреваемой детали Р, связаны соотношением:

Твч закалка что это такое,(1)

где k – коэффициент, зависящий от размеров индуктора и нагрева­емой детали;

ρ,µ – удельное сопротивление и магнитная проницаемость нагреваемого материала;

f – частота тока в индукторе.

Повышение частоты тока позволяет концентрировать в небольшом объеме нагреваемой детали значительную мощность и выполнять индук­ционный нагрев с большой скоростью: до 300-500 °С/cек.

Переменный ток протекает преимущественно в поверхностных слоях проводника, при достаточно высоких частотах глубину проникновения тока δ, м можно определить по формуле:

Твч закалка что это такое,(2)

При этом размерность ρОм м, µ-Г/м, f –Гц. Ток высокой частоты для индукционного нагрева металла получают от машинных генераторов (частота от 500 до 15 000 Гц) либо от ламповых (частота до 10 7 Гц). Поэтому машинные генераторы используют для получения закаленного слоя толщиной от 2 до 10 мм, ламповые от десятых долей мм до 1-2 мм.

Читать также:  Станок для гибки арматуры своими руками чертежи

Для закалки ТВЧ обычно используют среднеуглеродистые стали с содержанием углерода 0,4 и выше. Легированные стали с повышенной прокаливаемостью используются редко. Стали должны иметь малую ск­лонность к росту зерна аустенита при нагреве под закалку.

На диаграмме (рис.3.2.) указана область температур рекомендуемого нагрева для стали У10 в зависимости от скорости нагрева. Как видно, чем больше скорость нагрева, тем выше требуется температура нагрева для закалки. Низкие температуры недостаточны для завершения образования аустенита, высокие вызывают перегрев, то есть интенсивный рост зерен. Таким образом, для каждой скорости нагрева имеется определенный интервал температур, обеспечивающий получение мелкозернистой структуры.

Аналогичный вид имеют диаграммы для других сталей. Во всех случаях при использовании скоростного нагрева температуры закалки должны быть более высокими, чем при медленном печном нагреве.

При проведении индукционной закалки наилучшим способом ох­лаждения, как с точки зрения свойств и качества изделий, так и по удобству использования в производстве, является охлаждение быстродвижущейся водой душем или потоком воды. Для легированных сталей иногда применяют метод охлаждения без подачи на закаливаемую поверхность жидкости – посредством отвода теплоты в глубинные ненагретые зоны детали.

Твч закалка что это такое

Рис. 3.2. Диаграмма для выбора температуры нагрева при

индукционном нагреве стали У10.

На рис. 3.3. показана микроструктура стали 45 после закалки ТВЧ. В поверхностном слое детали образуется мелкоигольчатый мартенсит, так как нагрев был выше критической температуры Ас3. Прогрев детали уменьшался с поверхности во внутрь детали, поэтому в сердцевине детали, где нагрев был ниже Ас1, изменения структуры, а следовательно и упрочнения, не происходит. Структура сердцевины феррит и перлит. На рис.3. 4. показана схема зарисовки изучаемой структуры.

После закалки сталь рекомендуется отпускать при температурах 150-200 °С. Низкий отпуск, незначительно снижая твердость поверхностно-закаленного изделия, существенно (часто в 1,5-2 раза) повышает сопротивление стали хрупкому разрушению, увеличивает усталостную прочность детали, уменьшает чувствительность к концентраторам напряжений. Более высокие температуры отпуска применять не следует, так как это приводит к снижению твердости, статической и усталостной прочности, износостойкости поверхностно-закаленных изделий.

Твч закалка что это такое

Рис. 3.3. Микроструктура стали 45 после индукционной закалки (х725)

поверхность – мартенсит, сердцевина – феррит + перлит)

Твч закалка что это такое

Рис. 3.4. Схема зарисовки структуры стали 45 после

Экономически выгодно и более производительно применение самоотпуска после закалки. Для этого охлаждение при закалке прерывается с таким расчетом, чтобы за счет оставшегося в изделии тепла произошел отпуск. На рис. 3.5. показана термическая кривая закалки ТВЧ с самоотпуском, которая наглядно иллюстрирует цикл термообработки детали.

Твч закалка что это такое

Рис. 3.5. Термическая кривая закалки ТВЧ с самоотпуском для стали 45.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: На стипендию можно купить что-нибудь, но не больше. 8746 — Твч закалка что это такое | 7144 — Твч закалка что это такое или читать все.

91.146.8.87 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)

очень нужно

Стальные детали, которые испытывают значительные истирающие, изгибающие и вращающие нагрузки, должны иметь высокую твердость поверхности. При этом к сердцевине предъявляются совсем другие требования. Центр детали должен быть невосприимчив к ударам и быть способным к упругим деформациям, что возможно только при небольшой твердости.

Эти противоречивые требования обусловили появление методов поверхностной закалки стали, которые не изменяют внутреннюю структуру заготовки.

Значительной эффективностью обладает закалка токами высокой частоты (ТВЧ). Она заключается в разогреве поверхности металла электрическим током до определенной температуры, после чего выполняется быстрое охлаждение. Закалка ТВЧ обеспечивает стали высокую прочность и сопротивление истиранию. При этом технологический процесс полностью соответствует принципам массового промышленного производства и в зависимости от способа выполнения позволяет придать деталям разную прочность.

Читать также:  Ремонт краскопульта электрического своими руками

Существуют другие способы придать поверхности стали высокую прочность, такие как цементация и азотирование. Однако закалка ТВЧ обладает следующими достоинствами:

  • Высокая твердость обработанной детали;
  • Значительная производительность;
  • Возможность варьирования толщины закаленного слоя в широких пределах;
  • Не происходит образование окалины;
  • Возможность полной автоматизации процесса;
  • Низкая вероятность образования брака – появления трещин и коробления поверхности;
  • Не используются ядовитые или горючие вещества;
  • Возможность обработки отдельных элементов детали;
  • Отсутствуют продукты горения, нуждающиеся в отводе.

Технологический процесс при закалке ТВЧ

Обрабатываемую деталь помещают внутрь медной трубки, согнутой по форме детали, которая называется индуктором. При прохождении через индуктор тока высокой частоты создается магнитное поле. Оно проникает в обрабатываемую деталь, и способствуют образованию в ней вихревых токов Фуко, которые приводят к нагреву детали.

Особенностью действия ТВЧ является неравномерное образование вихревых токов в детали. Их плотность вблизи поверхности детали. Результатом этого является очень быстрый нагрев поверхности до температур, достаточных для закалки. При этом сердцевина подвергается минимальному нагреву. В зависимости от параметров процесса толщина нагреваемого приповерхностного слоя стали, который называется глубиной проникновения тока, может значительно различаться. Вторым основным параметром процесса выступает твердость поверхностного слоя.

После нагрева производится быстрое охлаждение детали. Для этого на деталь подают жидкое закалочное вещество, которым может выступать вода, масло, растворы солей, а в последнее время и полимеры. Скорость охлаждения оказывает значительное влияние на твердость стали. Наиболее быстрое охлаждение наблюдается в воде и растворах на её основе, однако не все стали рекомендуется обрабатывать таким образом.

Оборудование для закалки ТВЧ

Установки ТВЧ должны обеспечивать высокую скорость нагрева металла. Иначе будет происходить передача тепла внутрь детали, что снизит эффективность процесса. Для этого используют магнитные сердечники различной конструкции. Они обеспечивают концентрацию вихревых токов вблизи поверхности детали. Вторым требованием является подача охлаждающей жидкости в определенном количестве, чтобы быстро охлаждать поверхность детали. Для соблюдения технологического процесса необходимо учитывать температуру жидкости и скорость её подачи.

Современные автоматизированные комплексы для закалки стали состоят из установки ТВЧ, включающей набор индукторов, и закалочного станка. Конструкция этого станка включает элементы для крепления детали и её вращения. Он выполняет перемещение индуктора вдоль детали и подает закалочную жидкость на деталь. Неиспользованная жидкость, попавшая на деталь, собирается и используется повторно. Некоторые комплексы имеют возможность переключения между двумя и более закалочными жидкостями.

Основными параметрами установок ТВЧ является мощность и частота тока. В промышленности используется оборудование мощностью от 40 до 300 кВт. Частота находится в пределах 7-70 кГц. Если мощность установки является постоянным параметром, определенным во время изготовления, то рабочую частоту можно варьировать. При повышении толщина обрабатываемого слоя уменьшается.

Оборудование для закалки ТВЧ производится для работы с заготовками высотой от 500 до 2500 мм с шагом 500 мм. Диаметр заготовки может находиться в пределах 10 – 500 мм, а масса 500 – 2000 кг.

Современные закалочные комплексы могут работать в автоматическом режиме по заложенной программе. Все параметры процесса – частота тока, скорость перемещения индуктора и пр. будут выставлены автоматически. Также возможна работа в ручном режиме.

Статья носит ознакомительный характер.
Не забывайте консультироваться со специалистами.

Оставить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *