Поверхневе загартування твч. Устаткування для гартування твч

Індукційне нагрівання відбувається в результаті розміщення оброблюваної деталі поблизу провідника змінного електричного струму, який називається індуктором. При проходженні індуктором струму високої частоти(ТВЧ) створюється електромагнітне поле і, якщо в цьому полі розташовується металевий виріб, то в ньому збуджується електрорушійна сила, яка викликає проходження виробу змінного струму такої ж частоти, як і струм індуктора.

Таким чином наводиться теплова дія, яка викликає розігрів виробу. Теплова потужність Р, що виділяється в деталі, що нагрівається, дорівнюватиме:

де К – коефіцієнт, що залежить від конфігурації виробу та величини зазору, що утворюється між поверхнями виробу та індуктора; Iін – сила струму; f – частота струму (Гц); r - питомий електричний опір (Ом · см); m - магнітна проникність (Г/Е) сталі.

На процес індукційного нагріву істотно впливає фізичне явище, зване поверхневим (скин) ефектом: струм індукується переважно в поверхневих шарах, і при високих частотах щільність струму в серцевині деталі мала. Глибина шару, що нагрівається оцінюється за формулою:

Підвищення частоти струму дозволяє концентрувати в невеликому обсязі деталі, що нагрівається, значну потужність. Завдяки цьому реалізується високошвидкісне (до 500 С/сек) нагрівання.

Параметри індукційного нагрівання

Індукційне нагрівання характеризується трьома параметрами: питомою потужністю, тривалістю нагрівання та частотою струму. Питома потужність - це потужність переходить у теплоту на 1 см2 поверхні металу, що нагрівається (кВт/см2). Від величини питомої потужності залежить швидкість нагрівання виробу: що вона більше, то швидше здійснюється нагрівання.

Тривалість нагріву визначає загальну кількість теплової енергії, що передається, а відповідно і досягається температуру. Також важливо враховувати частоту струму, оскільки від неї залежить глибина загартованого шару. Частота струму і глибина шару, що нагрівається знаходяться в протилежній залежності (друга формула). Чим вище частота, тим менше об'єм металу, що нагрівається. Вибираючи величину питомої потужності, тривалість нагріву і частоту струму, можна в широких межах змінювати кінцеві параметри індукційного нагріву - твердість і глибину загартованого шару при загартуванні або об'єм, що нагрівається при нагріванні під штампування.

На практиці контрольованими параметрами нагріву є електричні параметри генератора струму (потужність, сила струму, напруга) і тривалість нагріву. За допомогою пірометрів також може фіксуватись температура нагрівання металу. Але частіше не виникає необхідності в постійному контролі температури, тому що підбирається оптимальний режим нагріву, який забезпечує постійну якість загартування або ТВЧ. Оптимальний режим гарту підбирається зміною електричних параметрів. Таким чином здійснюють загартування кількох деталей. Далі деталі піддаються лабораторному аналізу з фіксуванням твердості, мікроструктури, розподілу загартованого шару по глибині та площині. При недогріві у структурі доевтектоїдних сталей спостерігається залишковий ферит; при перегріві виникає великогольчастий мартенсит. Ознаки шлюбу при нагріванні ТВЧ такі самі, як і при класичних технологіяхтермообробки.

При поверхневому загартуванні ТВЧ нагрівання проводиться до більш високої температури, ніж при звичайному об'ємному загартуванні. Це зумовлено двома причинами. По-перше, при дуже великій швидкості нагрівання температури критичних точок, при яких відбувається перехід перліту в аустеніт, підвищуються, а по-друге, потрібно, щоб це перетворення встигло завершитися за дуже короткий час нагрівання та витримки.

Незважаючи на те, що нагрівання при високочастотному загартуванні проводиться до вищої температури, ніж при звичайній, перегріву металу не відбувається. Так відбувається через те, що зерно у сталі просто не встигає вирости за дуже короткий проміжок часу. При цьому також варто зазначити, що в порівнянні з об'ємним гартуванням, твердість після гарту ТВЧ виходить вище приблизно на 2-3 одиниці HRC. Це забезпечує більш високу зносостійкість та твердість поверхні деталі.

Переваги загартування струмами високої частоти

висока продуктивність процесу
легкість регулювання товщини загартованого шару
мінімальне викривлення
майже повна відсутність окалини
можливість повної автоматизації всього процесу
можливість розміщення гартової установки в потоці механічної обробки.

Найбільш часто поверхневому високочастотному гартуванню піддають деталі, виготовлені з вуглецевої сталі з вмістом 0,4-0,5% С. Ці сталі після загартування мають поверхневу твердість HRC 55-60. При вищому вмісті вуглецю виникає небезпека появи тріщин через різке охолодження. Поряд із вуглецевими застосовуються також низьколеговані хромисті, хромонікелеві, хромокремністі та інші сталі.

Устаткування для виконання індукційного загартування (ТВЧ)

Індукційне загартування вимагає спеціального технологічного обладнаннящо включає три основні вузли: джерело живлення - генератор струмів високої частоти, індуктор і пристрій для переміщення деталей у верстаті.

Генератор струмів високої частоти це електричні машини, що розрізняються за фізичними принципами формування в них електричного струму.

Електронні пристрої, що працюють за принципом електронних ламп, що перетворюють постійний струм на змінний струм підвищеної частоти – лампові генератори.
Електромашинні пристрої, що працюють за принципом наведення електричного струму в провіднику, що переміщуються в магнітному полі, що перетворюють трифазний струм промислової частоти на змінний струм підвищеної частоти - машинні генератори.
Напівпровідникові пристрої, що працюють за принципом тиристорних приладів, що перетворюють постійний струм на змінний струм підвищеної частоти - тиристорні перетворювачі (статичні генератори).

Генератори всіх видів розрізняються за частотою і потужністю струму, що генерується.

Види генераторів Потужність, кВт Частота, кГц ККД

Лампові 10 – 160 70 – 400 0,5 – 0,7

Машинні 50 – 2500 2,5 – 10 0,7 – 0,8

Тиристорні 160 - 800 1 - 4 0,90 - 0,95

Поверхневе гартування дрібних деталей (голки, контакти, наконечники пружин) здійснюють за допомогою мікроіндукційних генераторів. Частота, що виробляється ними, досягає 50 МГц, час нагрівання під загартування становить 0,01-0,001 с.

Способи загартування ТВЧ

По виконанню нагрівання розрізняють індукційне безперервно-послідовне загартування і одночасне загартування.

Безперервно-послідовне загартуваннязастосовується для довгомірних деталей постійного перерізу (вали, осі, плоскі поверхні довгомірних виробів). Нагріта деталь переміщається в індукторі. Ділянка деталі, що знаходиться в певний момент в зоні впливу індуктора, нагрівається до гартової температури. На виході з індуктора ділянка потрапляє до зони охолодження спрейєра. Недолік такого способу нагрівання – низька продуктивність процесу. Щоб збільшити товщину заклятого шару, необхідно збільшити тривалість нагріву за допомогою зниження швидкості переміщення деталі в індукторі. Одночасне загартуванняпередбачає одноразове нагрівання всієї поверхні, що зміцнюється.

Ефект самовідпустки після загартування

Після завершення нагрівання поверхня охолоджується душем або потоком води безпосередньо в індукторі або в окремому пристрої, що охолоджує. Таке охолодження дозволяє виконувати загартування будь-якої конфігурації. Дозуючи охолодження та змінюючи його тривалість, можна реалізувати ефект самовідпустки у сталі. Цей ефект полягає у відведенні тепла, накопиченого при нагріванні в серцевині деталі, до поверхні. Іншими словами, коли поверхневий шар охолодився і зазнав мартенситного перетворення, у підповерхневому шарі ще зберігається певна кількість теплової енергії, температура якої може досягати температури низької відпустки. Після припинення охолодження ця енергія за рахунок різниці температур відводитиметься на поверхню. Таким чином відпадає потреба у додаткових операціях відпустки сталі.

Конструкція та виготовлення індукторів для гарту ТВЧ

Індуктори виготовляють із мідних трубок, через які в процесі нагрівання пропускається вода. Таким чином запобігається перегріву та перегорання індукторів при роботі. Виготовляються також індуктори, що поєднуються з гартальним пристроєм - спрейером: на внутрішній поверхні таких індукторів є отвори, через які на нагріту деталь надходить рідина, що охолоджує.

Для рівномірного нагрівання необхідно виготовляти індуктор таким чином, щоб відстань від індуктора до всіх точок поверхні виробу була однаковою. Зазвичай це відстань становить 1,5-3 мм. При гарту виробу простої форми ця умова легко виконується. Для рівномірності загартування деталь необхідно переміщати і (або) обертати в індукторі. Це досягається застосуванням спеціальних пристроїв - центрів або загартованих столів.

Розробка конструкції індуктора передбачає передусім визначення його форми. При цьому відштовхуються від форми і габаритів виробу, що гартується, і способу гарту. З іншого боку, під час виготовлення індукторів враховується характер переміщення деталі щодо індуктора. Також враховується економічність та продуктивність нагріву.

Охолодження деталей може застосовується у трьох варіантах: водяним душуванням, водяним потоком, зануренням деталі в загартоване середовище. Душеве охолодження може здійснюватися як в індукторах-спрейєрах, так і в спеціальних загартованих камерах. Охолодження потоком дозволяє створювати надлишковий тиск порядку 1 атм, що сприяє рівномірному охолодженню деталі. Для забезпечення інтенсивного та рівномірного охолодження необхідно, щоб вода переміщалася по поверхні, що охолоджується, зі швидкістю 5-30 м/сек.

Міцність елементів у особливо відповідальних сталевих конструкціяхбагато в чому залежить від стану вузлів. Поверхня деталей відіграє не останню роль. Для надання їй необхідної твердості, стійкості чи в'язкості проводять операції термічної обробки. Зміцнюють поверхню деталей у різний спосіб. Один із них – загартування струмами високої частоти, тобто ТВЧ. Він відноситься до найбільш поширених і дуже продуктивних способів під час великосерійного виробництва різних конструкційних елементів.

Подібна термообробка застосовується як до деталей, так і до окремих їх ділянок. У цьому випадку метою є досягнення певних рівнів міцності, тим самим підвищуючи термін експлуатації та експлуатаційні характеристики.

Технологія використовується для посилення вузлів технологічного обладнання та транспорту, а також загартовування різного інструменту.

Сутність технології

ТВЧ загартування – це поліпшення характеристик міцності деталі за рахунок здатності електричного струму (зі змінною амплітудою) проникати в поверхню деталі, піддаючи її нагріванню. Глибина проникнення завдяки магнітному полю може бути різною. Одночасно з поверхневим нагріванням і гартуванням серцевина вузла може бути не прогрітий зовсім або лише трохи підвищити свою температуру. Поверхневий шар виробу, що обробляється, утворює необхідну товщину, достатню для проходження електричного струму. Цей шар є глибиною проникнення електроструму.

Експерименти довели, що збільшення частоти струму сприяє зменшенню глибини проникнення. Даний факт відкриває можливості для регулювання та отримання деталей з мінімальним загартованим шаром.

Термообробка ТВЧ здійснюється у спеціальних установках – генераторах, помножувачах, перетворювачах частоти, що дозволяють здійснювати регулювання у необхідному діапазоні. Крім частотних характеристик на кінцеве загартування впливають габарити і форма деталі, матеріал виготовлення і індуктор, що використовується.

Виявлено також таку закономірність – що менше виріб і простіша в нього форма, краще проходить процес загартовування. Також знижується загальна витрата електроенергії установки.

Індуктор мідний. На внутрішній поверхні часто є додаткові отвори для подачі води при охолодженні. У цьому випадку процес супроводжується первинним нагріванням та подальшому охолодженні без подачі струму. Зміни індукторів різні. Пристрій, що вибирається, безпосередньо залежить від оброблюваної заготовки. У деяких апаратах відсутні отвори. У такій ситуації охолоджується деталь в особливому загартованому баку.

Основною вимогою до процесу ТВЧ гарту є збереження постійного зазору між індуктором та виробом. За збереження заданого проміжку якість загартовування стає найвищим.

Зміцнення може проводитись одним із способів:

Безперервно-послідовний: деталь нерухома, а індуктор рухається вздовж осі.
Одночасний: виріб рухається, а індуктор – навпаки.
Послідовний: відбувається послідовна обробка різних елементів.

Особливості індукційної установки

Установка для ТВЧ гарту є високочастотним генератором спільно з індуктором. Вироб, що обробляється, розташовується як у самому індукторі, так і поруч з ним. Він є котушкою, на якій накручена трубочка з міді.

Змінний електричний струм при проходженні через індуктор створює електромагнітне поле, що проникає у заготівлю. Воно провокує розвиток вихрових струмів (струмів Фуко), які проходять у структуру деталі та підвищують її температуру.

Головна особливість технології- Проникнення вихрового струму в поверхневу структуру металу.

Підвищення частоти відкриває можливості для концентрації тепла на малій ділянці деталі. Це збільшує швидкість підвищення температури і може досягати до 100 – 200 градусів/сек. Ступінь твердості збільшується до 4 одиниць, що виключено під час об'ємного загартовування.

Індукційне нагрівання – характеристики

Ступінь індукційного нагрівання залежить від трьох параметрів – питома потужність, час нагрівання, частота електроструму. Потужність визначає час, витрачений на нагрівання деталі. Відповідно при більшому значенні часу витрачається менше.

Час нагрівання характеризується загальним обсягом витраченого тепла і температурою, що розвивається. Частота, як було сказано вище, визначає глибину проникнення струмів і утвореного шару, що гартується. Ці показники мають зворотну залежність. При збільшенні частоти знижується об'ємна маса нагрітого металу.

Саме дані 3 параметри дозволяють у широкому діапазоні регулювати ступінь твердості та глибину шару, а також об'єм нагріву.

Практика показує, що контролюються характеристики генераторної установки (значення напруги, потужності та сили струму), а також час нагрівання. Ступінь нагрівання деталі може контролюватись за допомогою пірометра. Проте переважно безперервний контроль температури не потрібно, т.к. Існують оптимальні режими нагрівання ТВЧ, що забезпечують стабільну якість. Відповідний режим вибирається з урахуванням змінених електричних характеристик.

Після загартування виріб відправляють до лабораторії на дослідження. Вивчається твердість, структура, глибина і площина розподіленого шару, що гартується.

Поверхневе загартування ТВЧ супроводжується великим нагріванняму порівнянні зі звичайним процесом. Пояснюється це так. Насамперед, висока швидкість підвищення температури сприяє збільшенню критичних точок. По-друге, необхідно в короткий строкзабезпечити завершення перетворення перліту на аустеніт.

Високочастотне загартовування, порівняно із звичайним процесом, супроводжується вищим нагріванням. Проте метал не перегрівається. Пояснюється це тим, що зернисті елементи в сталевій структурі не встигають розросту за мінімальний час. Крім цього об'ємне загартування має міцність нижче до 2-3 одиниць. Після гарту ТВЧ деталь має більшу зносостійкість і твердість.

Як вибирається температура?

Дотримання технології має супроводжуватись правильним вибором температурного діапазону. В основну чергу все залежатиме від металу, що обробляється.

Сталь класифікується на кілька типів:

Доевтектоїдна - вміст вуглецю до 0,8%;
Заевтектоїдна – понад 0,8%.

Доевтектоїдна сталь нагрівається до значення трохи більшого, ніж необхідно для перетворення перліту та фериту на аустеніт. Діапазон від 800 до 850 градусів. Після цього деталь з високою швидкістюохолоджується. Після різкого остигання аустеніт перетворюється на мартенсит, що має високу твердість і міцність. При невеликому часі витримки виходить аустеніт дрібнозернистої структури, а також дрібногольчастий мартенсит. Сталь отримує високу твердість та невелику крихкість.

Заевтектоїдна сталь нагрівається менше. Діапазон від 750 до 800 градусів. У цьому випадку проводиться неповне загартування. Пояснюється це тим, що така температура дозволяє зберегти у структурі певний обсяг цементиту, що має більш високу твердість у порівнянні з мартенситом. При швидкому охолодженні аустеніт перетворюється на мартенсит. Цементит зберігається дрібними включеннями. Зона також зберігає не розчинений повноцінно вуглець, що перетворився на твердий карбід.

Переваги технології

Контролювання режимів;
Заміна легованої сталі на вуглецеву;
Рівномірний процес прогрівання виробу;
Можливість не нагрівати всю деталь повністю. Зниження енергоспоживання;
Висока міцність обробленої заготовки;
Не відбувається процес окиснення, не спалюється вуглець;
Немає мікротріщин;
Відсутні короблені точки;
Нагрів та загартовування певних ділянок виробів;
Зниження часових витрат на процедуру;
Використання при виготовленні деталей ТВЧ установок у технологічні лінії.

Недоліки

Головним мінусом цієї технології є значна ціна установки. Саме з цієї причини доцільність застосування виправдовується лише на великосерійному виробництві та унеможливлює проведення роботи своїми руками в домашніх умовах.

Більш детально роботу та принцип дії установки вивчіть на представлених відео.

Багато відповідальних деталей працюють на стирання і одночасно піддаються дії ударних навантажень. Такі деталі повинні мати високу поверхневу твердість, хорошу зносостійкість і водночас не бути крихкими, тобто не руйнуватись під дією ударів.

Висока твердість поверхні деталей при збереженні в'язкої та міцної серцевини досягається методом поверхневого загартування.

З сучасних методів поверхневого гарту найбільшого поширення в машинобудуванні знаходять такі: загартуванняпри нагріванні струмами високої частоти (ТВЧ); полум'яне загартування та загартування в електроліті.

Вибір того чи іншого методу поверхневого загартування обумовлюється технологічною та економічною доцільністю.

Загартування при нагріванні струмами високої частоти.Такий метод є одним із найбільш високопродуктивних методів поверхневого зміцнення металів. Відкриття цього і розробка його технологічних основ належить талановитому російському вченому B. П. Вологдину.

Високочастотне нагрівання засноване на наступному явищі. При проходженні змінного електричного струму високої частоти мідним індуктором навколо останнього утворюється магнітне поле, яке проникає в сталеву деталь, що знаходиться в індукторі, і індукує в ній вихрові струми Фуко. Ці струми викликають нагрівання металу.

Особливістю нагріву ТВЧі те, що индуктируемые в стали вихрові струми розподіляються по перерізу деталі рівномірно, а відтісняються до поверхні. Нерівномірний розподіл вихрових струмів призводить до нерівномірного її нагрівання: поверхневі шари дуже швидко нагріваються до високих температур, а серцевина або зовсім не нагрівається або незначно нагрівається завдяки теплопровідності сталі. Товщина шару, яким проходить струм, називається глибиною проникнення і позначається буквою δ.

Товщина шару в основному залежить від частоти змінного струму, питомого опору металу та магнітної проникності. Цю залежність визначають за формулою

δ = 5,03-10 4 корінь (ρ/μν) мм,

де ρ - питомий електричний опір, ом мм 2/м;

μ, - магнітна проникність, гс/е;

v - Частота, гц.

Зі формули видно, що зі збільшенням частоти глибина проникнення індукційних струмів зменшується. Струм високої частоти для індукційного нагрівання деталей отримують від генераторів.

При виборі частоти струму, крім шару, що нагрівається, необхідно враховувати форму і розміри деталі з тим, щоб отримати високу якість поверхневого гарту і економно використовувати електричну енергіювисокочастотних установок

Велике значення для якісного нагрівання деталей мають мідні індуктори.

Найбільш поширені індуктори, що мають з внутрішньої сторони систему дрібних отворів, через які подається вода, що охолоджує. Такий індуктор є одночасно нагрівальним та охолоджуючим пристроєм. Як тільки вміщена в індуктор деталь нагріється до заданої температури, струм автоматично відключиться і з отворів індуктора надійде вода і спреєром (водяним душем) охолодить поверхню деталі.

Деталі можна також нагрівати в індукторах, що не мають пристроїв, що душують. У таких індукторах деталі після нагрівання скидаються в загартований бак.

Загартування ТВЧ в основному проводиться одночасним і безперервно-послідовним способами. При одночасному способі деталь, що гартується, обертається всередині нерухомого індуктора, ширина якого дорівнює ділянці, що гартується. Коли заданий час нагрівання закінчується, реле часу відключає струм від генератора, а інше реле, зблоковане з першим, включає подачу води, яка невеликими, але сильними струменями виривається з отворів індуктора та охолоджує деталь.

При безперервно-послідовному способі деталь нерухома, а вздовж неї рухається індуктор. В цьому випадку відбувається послідовний нагрівання ділянки деталі, що загартовується, після чого ділянка потрапляє під струмінь води душуючого пристрою, розташованого на деякій відстані від індуктора.

Плоскі деталі загартовують у петлевих та зигзагоподібних індукторах, а зубчасті колеса з дрібним модулем – у кільцевих індукторах одночасним способом. Макроструктура загартованого шару дрібномодульного зубчастого колеса автомобіля, виготовленого зі сталі марки ППЗ-55 (сталь зниженої прожарюваності). Мікроструктура загартованого шару є дрібногольчастий мартенсит.

Твердість поверхневого шару деталей, загартованих під час нагрівання ТВЧ, виходить на 3-4 одиниці HRC вище, ніж твердість при звичайному об'ємному загартуванні.

Для підвищення міцності серцевини деталі перед гартуванням ТВЧ піддають поліпшенню чи нормалізації.

Застосування нагрівання ТВЧ для поверхневого гарту машинних деталей та інструменту дозволяє різко скоротити тривалість технологічного процесу термічної обробки. Крім того, цей метод дає можливість виготовляти для загартування деталей механізовані та автоматизовані агрегати, що встановлюються у загальному потоці механообробних цехів. В результаті цього відпадає необхідність транспортування деталей у спеціальні термічні цехи та забезпечується ритмічна робота потокових ліній та складальних конвеєрів.

Полум'яне поверхневе загартування.Цей метод полягає у нагріванні поверхні сталевих деталей ацетилено-кисневим полум'ям до температури, що перевищує на 50-60 ° С верхню критичну точку. A C 3 , з наступним швидким охолодженням водяним душем.

Сутність процесу полум'яного загартування полягає в тому, що тепло, що підводиться газовим полум'ям від пальника до деталі, що загартовується, концентрується на її поверхні і значно перевищує кількість тепла, що поширюється в глиб металу. В результаті такого температурного поля поверхня деталі спочатку швидко нагрівається до температури загартування, потім охолоджується, а серцевина деталі практично залишається незагартованою і після охолодження не змінює свою структуру та твердість.

Полум'яне гартування застосовують для зміцнення і підвищення зносостійкості таких великих і важких сталевих деталей, як колінчасті вали механічних пресів, крупномодульні зубчасті колеса, зуби ковшів екскаваторів і т. п. Крім сталевих деталей, полум'яному гарту піддають деталі, виготовлені з сірого і перліт напрямні станин металорізальних верстатів.

Полум'яне загартування поділяється на чотири види:

а) послідовну, коли гартувальний пальник з охолоджувальною рідиною переміщається вздовж, поверхні оброблюваної нерухомої деталі;

б) загартування з обертанням, при якому пальник з охолоджувальною рідиною залишається нерухомим, а деталь, що гартується, обертається;

в) послідовну з обертанням деталі, коли деталь безперервно обертається і вздовж неї переміщається гартувальний пальник з охолоджувальною рідиною;

г) місцеву, при якій нерухома деталь нагрівається до заданої температури загартування нерухомим пальником, після чого охолоджується струменем води.

Спосіб полум'яного гарту ковзанки, який обертається з певною швидкістю, а пальник залишається нерухомим. Температура нагрівання контролюється за допомогою міліскопа.

Залежно від призначення деталі глибина загартованого шару зазвичай береться рівною 2,5-4,5 мм.

Основними факторами, що впливають на глибину загартування і структуру сталі, що гартують, є: швидкість пересування гартувального пальника щодо гартуючої деталі або деталі щодо пальника; швидкість виходу газів та температура полум'я.

Вибір гартувальних машин залежить від форми деталей, способу загартування та заданої кількості деталей. Якщо потрібно загартовувати різноманітні за формою та розмірами деталі та в невеликих кількостях, то доцільніше застосовувати універсальні гартувальні машини. На заводах зазвичай використовують спеціальні установки та токарні верстати.

Для загартування застосовують два види пальників: модульні з модулем від М10 до МЗ0 та багатополум'яні зі змінними наконечниками, що мають ширину полум'я від 25 до 85 мм. Конструктивно пальники влаштовані таким чином, що отвори для газового полум'я та охолоджувальної води розташовані в один ряд паралельно. Вода в пальники подається від водопровідної мережі і служить одночасно для гартування деталей та охолодження мундштуку.

Як горючі гази застосовуються ацетилен і кисень.

Після полум'яного гарту мікроструктура в різних зонах деталі різна. Загартований шар отримує високу твердість і залишається чистим, без слідів окислення та знеуглерожування.

Перехід структури від поверхні деталі до серцевини відбувається плавно, що має значення для підвищення експлуатаційної стійкості деталей і повністю усуває шкідливі явища - розтріскування і відшарування загартованих шарів металу.

Твердість змінюється відповідно до структури загартованого шару. На поверхні деталі вона дорівнює 56-57 HRC, а потім знижується до твердості, яку мала деталь до поверхневого гарту. Для забезпечення високої якостізагартування, отримання рівномірної твердості та підвищеної міцності серцевини литі та ковані деталі перед полум'яним гартуванням піддаються відпалу або нормалізації відповідно до звичайних режимів.

Поверхнева закалка в електроліті.Сутність цього явища полягає в тому, що якщо постійний електричний струм пропускати через електроліт, то на катоді утворюється тонкий шар, що складається з найдрібніших бульбашок водню. Завдяки поганій електричній провідності водню опір проходженню електричного струму сильно зростає і катод (деталь) нагрівається до високої температури, після чого загартується. Як електроліт зазвичай застосовують водний 5-10-відсотковий розчин кальцинованої соди.

Процес гарту нескладний і полягає в наступному. Загартовувану деталь опускають в електроліт і приєднують до негативного полюса постійного струму генератора напругою 200-220 ві щільністю 3-4 а/см 2 ,внаслідок чого вона стає катодом. Залежно від того, яка частина деталі піддається поверхневому гарту, деталь занурюють на певну глибину. Деталь нагрівається за кілька секунд, і струм вимикають. Охолодним середовищем є той же електроліт. Отже, ванна з електролітом служить і нагрівальною піччю та гартовим баком.

Гартувальні установки для нагрівання т. в. ч. складається з генератора т. в. ч.,

понижуючого трансформатора, конденсаторних батарей, індуктора, верстата (іноді верстат замінюється пристосуванням для руху деталі або індуктора) і апаратури, що несе допоміжну службу (реле часу, реле управління подачею гартової рідини, сигнальних, блокувальних і регулюючих пристроїв).

У цих установках застосовуються такі генератори в т.ч.ч.при середніх частотах (500-10000 Гц) машинні генератори, а останнім часом статичні перетворювачі тиристорного типу; при високих частотах (60000 Гц і від) лампові генератори. Перспективним видом генераторів є іонні перетворювачі, звані екситронні генератори. Вони дозволяють звести втрату енергії до мінімуму.

На рис. 5 зображено схему установки з машинним генератором. Окрім машинного генератора 2 та двигуна 3 зі збудником 1, установка містить понижувальний трансформатор 4, конденсаторні батареї 6 та індуктор 5. Трансформатор знижує напругу до безпечного (30-50) і одночасно збільшує силу струму в 25-30 разів, доводячи її до 5000-8000 А.

Малюнок 5 Малюнок 6

Таблиця 1 Типи та конструкції індукторів

Рис. 6 показаний приклад гарту багатовітковим індуктором. Загартування здійснюється наступним чином:

Деталь міститься всередині нерухомого індуктора. З запуском апарата ТВЧ деталь починає обертатися навколо своєї осі і одночасно нагріватися, потім за допомогою автоматизованого керування подається рідина (вода) та охолоджує робити. Весь процес триває від 30-45 секунд.

ТВЧ загартування - вид термообробки металу, в результаті якого значно підвищується твердість і матеріал втрачає пластичність. Відмінність ТВЧ загартування від інших способів загартування в тому, що нагрівання проводиться за допомогою спеціальних ТВЧ установок, які діють на деталь, що призначається для загартування струмами високої частоти. ТВЧ загартування має велику кількість переваг, головний з яких – повний контроль нагріву. Застосування даних гартувальних комплексів може значно підвищити якість продукції, тому що процес гарту проводиться в повністю автоматичному режимі, робота оператора полягає тільки в закріпленні валу та включенні циклу роботи верстата.

5.1.Переваги індукційних гартувальних комплексів (установки індукційного нагріву):

ТВЧ загартування може проводитися з точністю до 0,1 мм

Забезпечення рівномірного прогріву, індукційне загартування дозволяє досягти ідеального розподілу твердості у всій довжині валу.

Висока твердість ТВЧ гарту досягається завдяки використанню спеціальних індукторів з водоводами, які остуджують вал негайно після прогріву.

ТВЧ загартоване обладнання (печі загартовані) підбирається або виготовляється у точній відповідності технічним завданням.

6.Видалення окалини в дробоструминних установках

У дробоструминних установках деталі від окалини очищаються струменем чавунного або сталевого дробу. Струмінь створюється стисненим повітрям тиском 0,3-0,5 МПа (пневматичне дробоструминне очищення) або швидкообертовими лопатковими колесами (механічне очищення дробометами).

При пневматичного дробоструминного очищенняв установках може використовуватися як дріб, і кварцовий пісок. Однак в останньому випадку утворюється велика кількість пилу, що доходить до 5-10% від маси деталей, що очищаються. Потрапляючи в легені обслуговуючого персоналу, кварцовий пил викликає професійну хворобу – силікоз. Тому зазначений спосіб застосовується у виняткових випадках. При дробоструминному очищенні тиск стисненого повітря повинен становити 0,5-0,6 МПа. Чавунна дріб виготовляється литтям рідкого чавуну у воду при розпиленні струменя чавуну стисненим повітрям з подальшим відсортуванням на ситах. Дроб повинен мати структуру білого чавуну з твердістю 500 НВ, його розміри знаходяться в межах 0,5-2-мм. Витрата чавунного дробу становить лише 0,05-0,1% від маси деталей. При очищенні дробом виходить чистіша поверхня деталі, досягається більша продуктивність апаратів і забезпечуються кращі умови праці, ніж при очищенні піском. Для захисту навколишньої атмосфери від пилу дробоструминні установки забезпечуються закритими кожухами з посиленою витяжною вентиляцією. За санітарними нормами гранично допустима концентрація пилу має перевищувати 2 мг/м3. Транспортування дробу в сучасних установках повністю механізоване.

Основною частиною пневматичної установки є дробоструминний апарат, який може бути нагнітальним та гравітаційним. Найпростіший однокамерний нагнітальний дробоструминний апарат (рис. 7) є циліндром. 4, що має вгорі вирву для дробу, що герметично закривається кришкою 5. Внизу циліндр закінчується лійкою, отвір з якої веде до змішувальної камери. 2. Дроб подається поворотною заслінкою 3. У змішувальну камеру через кран 1 підводиться стиснене повітря, який захоплює дріб і транспортує її по гнучкому шлангу 7 і сопла 6 на деталі. Дроб знаходиться під тиском стисненого повітря аж до закінчення із сопла, що підвищує ефективність дії абразивного струменя. В апараті описаної однокамерної конструкції стиснене повітря необхідно тимчасово відключати при його поповненні дробом.

Струм високої частоти утворюється в установці завдяки індуктору і дозволяє нагрівати виріб, розміщений у безпосередній близькості до індуктора. Індукційна установка ідеально підходить для гартування металевих виробів. Саме в ТВЧ установці можна чітко запрограмувати: потрібну глибину проникнення тепла, час гарту, температуру нагрівання та процес охолодження.

Вперше індукційне обладнання було використано для загартування після пропозиції, що надійшла від В.П. Володіна у 1923 році. Після довгих проб і тестувань ТВЧ нагріву його почали використовувати для загартування сталі з 1935 року. Установки ТВЧ для загартування сьогодні є найбільш продуктивним способом термообробки металевих виробів.

Чому індукційна установка найкраще підходить для загартування

Загартування ТВЧ металевих деталей проводиться для підвищення стійкості верхнього шару виробу до механічних пошкоджень, при цьому центр заготовки має підвищену в'язкість. Важливо відзначити, що серцевина виробу при ТВЧ загартуванні залишається цілком незмінною.
Індукційна установка має чимало важливих переваг у порівнянні з альтернативними видами нагріву: якщо раніше ТВЧ установкибули більш громіздкими та незручними, то зараз цей недолік виправили, і обладнання стало універсальним для термообробки виробів із металу.

Переваги індукційного обладнання

Один із мінусів індукційної установки для гарту – це неможливість обробки деяких виробів, що мають складну форму.

Різновиди загартування металу

Загартування металу буває декількох типів. Для одних виробів достатньо нагріти метал і відразу ж остудити, а для інших потрібна витримка за певної температури.
Існують такі види загартування:

Стаціонарне загартування: застосовується, як правило, для деталей, що мають невелику плоску поверхню. Положення деталі та індуктора при використанні даного способу загартування залишається незмінним.
Безперервно-послідовне загартування: застосовується для загартування циліндричних або плоских виробів. При безперервно-послідовному загартуванні деталь може переміщатися під індуктором або зберігає свою позицію незмінною.
Тангенціальна загартування виробів: відмінно підходить для обробки невеликих деталей, що мають циліндричну форму. Тангенційне безперервно-послідовне загартування прокручує виріб один раз протягом усього процесу термообробки.
Установка ТВЧ для гарту - це обладнання, здатне зробити якісне гартування виробу і при цьому заощадити виробничі ресурси.