 |
Способы закалки.Виды поверхностной закалки.
|
|
|
|
Многие ответственные детали (валы, зубчатые колеса и др.) работают на трение и одновременно подвергаются действию ударных нагрузок. Такие детали должны иметь твердый поверхностный слой с высоким сопротивлением изнашиванию и вязкую сердцевину, обеспечивающую сопротивление удару.
Для обеспечения указанных требований применяются различные методы поверхностного упрочнения и поверхностная закалка.
Поверхностной закалкой называется нагрев поверхностного слоя детали до температуры закалки и последующее быстрое охлаждение.
Поверхностная закалка в зависимости от способа нагрева деталей подразделяется на следующие виды:
1) индукционную (т. в. ч.) по методу проф. В. П. Вологдина;
2) контактную (по методу проф. Н. В. Гавелинга);
3) газопламенную;
4) закалку в электролите (по методу И. З. Ясногородского).
Индукционная закалка основана на физическом явлении, сущность которого заключается в том, что электрический ток высокой частоты, проходя по проводнику (индуктору), создает вокруг него электромагнитное поле. На поверхности детали, помещенной в этом поле, индуцируются вихревые токи (токи Фуко), вызывая нагрев металла до высоких температур. Это обеспечивает возможность протекания фазовых превращений, т. е. превращение перлита в аустенит. После охлаждения поверхность детали имеет структуру мартенсит.
Основными факторами при электронагреве являются температура нагрева, скорость нагрева и глубина проникновения тока.
Температура и скорость нагрева зависят от количества выделившегося тепла по закону Джоуля-Ленца:
Q = 0,24 I2Rt,
где Q — количество тепла в дж (кал);
I — сила тока в а;
R— сопротивление проводника в ом;
t — время воздействия тока в сек. Изменяя силу тока, можно регулировать температуру нагрева и скорость нагрева. Регулируя частоту тока, можно получить любую толщину закаленного слоя (практически закаленный слой допускается до 3 мм).
|
|
|
Для образования тока при закалке крупных деталей применяются машинные генераторы. Для закалки мелких деталей применяются ламповые генераторы.
Индукторы изготовляют из красной меди. Они бывают одновитковые и многовитковые. Во избежание перегрева их делают полыми для охлаждения водой.
а — одновременный нагрев всей поверхности; б — последовательная закалка; в — непрерывно-последовательная закалка
В зависимости от способа нагрева индукционная закалка подразделяется на три вида (рис. 35):
одновременный нагрев и закалка всей поверхности (используется для мелких деталей);
последовательный нагрев и закалка отдельных участков (используется для коленчатых валов и подобных им деталей);
непрерывно-последовательный нагрев и закалка перемещением (используется для длинных деталей).
Достоинства способа индукционной закалки следующие:
1) высокая производительность процесса;
2) простота автоматизации процесса и возможность включения операции термической обработки в общий поток изготовления деталей;
3) большая экономичность процесса по сравнению с другими видами поверхностного упрочнения;
4) получение хороших механических свойств детали;
5) отсутствие обезуглероженного и окисленного слоя в закаленной поверхности (поэтому отпадает операция очистки от окалины и могут быть уменьшены припуски их обработки);
6) минимальная деформация деталей, а следовательно, и необходимость в исключении правки закаленных деталей или уменьшении времени правки.
Недостатки способа индукционной закалки следующие:
1) необходимость индивидуальных индукторов;
2) сравнительно высокая первоначальная цена установок ТВЧ;
|
|
|
3) отсутствие стабилизатора температуры, позволяющего надежно и точно осуществлять выдержку при температуре закалки;
4) отсутствие стабилизатора электрического режима генератора на большинстве установок.
Поверхностной закалке т. в. ч. подвергаются до 60% закаливаемых деталей из углеродистой стали на заводах крупносерийного и массового производства.
Поверхностная закалка при контактном нагреве основана на том, что ток из сети через понижающий трансформатор 1 подводится к медным электродам, выполненным в виде роликов 2 (рис. 36), которые перекатываются по поверхности детали 3 и нагревают ее.
Деталь при этом служит как бы сопротивлением, включенным в цепь. Вслед за роликами движется устройство для охлаждения детали. Глубина закаливаемого слоя зависит от скорости передвижения. Так, для получения глубины закалки 2—3 мм скорость движения роликов 5—8 мм/сек. Для нагрева поверхности используются сварочные трансформаторы (мощностью от 25 до 200 квт).
Существуют два способа поверхностной закалки при контактном нагреве:
1) закалка широким роликом по всей ширине закаливаемой поверхности;
2) ленточная обработка.
Последняя применяется для длинных деталей.
Недостатком метода поверхностной закалки при контактном нагреве особенно ленточной обработки — наличие полосок отпуска с пониженной твердостью, образующихся в результате того, что при нагреве очередной полосы отпускается расположенная рядом уже закаленная спираль.
Достоинство метода — простота установки. Рассмотренный метод используется для деталей простой конструкции.
Процесс газопламенной закалки заключается в быстром нагреве поверхности детали ацетиленокислородным, газокислородным или кислородно-керосиновым пламенем до температуры закалки с последующим охлаждением водой или эмульсией.
Газопламенной закалке подвергают крупные детали простой формы, изготовленные из углеродистой стали.
Достоинства газопламенной закалки следующие:
а) малая цена установки;
б) возможность автоматизации процесса и включения операции термической обработки в общий поток изготовления детали;
в) осутствие обезуглероженного и окисленного слоя в закаленной поверхности.
|
|
|
Недостатком газопламенной закалки является трудность регулирования температуры нагрева и глубины закаленного слоя.
Процесс закалки в электролите заключается в следующем: в ванну с электролитом (5—10% -ный раствор Na2CO3) опускают стальную деталь и пропускают ток напряжением 250—350 в. Анодом служит ванна, а катодом является стальная деталь. Вокруг катода —детали —образуется водородная рубашка, обладающая очень высоким электросопротивлением. Вследствие этого водородная рубашка быстро нагревается до 1800— 2000° С и деталь за несколько секунд нагревается до температуры выше точки Ас3.
Охлаждение детали производят или в том же электролите (после выключения тока) или в специальном закалочном баке.
Достоинства способа следующие: простота устройства установки; возможность простой автоматизации установки; возможность местной закалки (отдельных участков детали).
Недостатки закалки в электролите: применение для ограниченного числа деталей; необходимость предохранения деталей от коррозии; неравномерный нагрев поверхности детали из-за неравномерного распределения плотности тока.
Обработка стали холодом.
Обработка холодом состоит в погружении на некоторое время закаленных деталей в среду, имеющую температуру ниже нуля. После этого детали вынимают на воздух.
Выдержку при обработке холодом определяют временем, необходимым для полного охлаждения всей детали и выравнивания температур по сечению.
Охлаждение изделия до отрицательных температур производят в смеси твердой углекислоты (сухой лед) со спиртом, дающей охлаждение до —78,5° либо в жидком азоте (—196°).
Кроме этого, применяют холодильные установки, позволяющие изменять температуру рабочей камеры в больших пределах.
Обработка холодом применяется для сталей, в которых после закалки сохранился остаточный аустенит (углеродистая сталь с содержанием больше 0,6% С, легированная инструментальная сталь).
Результат обработки металла холодом
В результате обработки холодом за счет превращения остаточного аустенита в мартенсит повышается твердость, износостойкость, а поэтому такой вид обработки применяется при изготовлении инструмента.
Кроме того, при обработке холодом стабилизируются размеры деталей, а потому эта обработка применяется для измерительного инструмента и точных деталей машин.
|
|
|
