Закалка токами высокой частоты

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.

Закалка токами высокой частотыЗакалка ТВЧ обеспечивает стали высокую прочность и сопротивление истиранию
 

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.

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.