Закалка токами высокой частоты (ТВЧ)

Поверхностная закалка – это местная закалка, когда поверхности закаливаются на некоторую глубину с целью повышения поверхностной твердости, износостойкости и предела выносливости, а сердцевина остается незакаленной, то есть вязкой и воспринимает ударные нагрузки при эксплуатации. Нагрев поверхности может осуществляться различными способами. В строительстве поверхность нагревают газопламенными горелками, в приборостроении – путем лазерного нагрева, а в машиностроении используют для нагрева токи высокой частоты (ТВЧ).

Поверхностная закалка с индукционным нагревом ТВЧ. Для нагрева изделие устанавливают в индуктор, представляющий один или несколько витков медной водоохлаждаемой трубки. Охлаждение дают, чтобы индуктор не прогорал в процессе работы. Через индуктор пропускают ток высокой частоты. В изделии индуцируется ток той же величины, но обратного направления. Наибольшая плотность тока будет на поверхности, и она быстро нагревается под закалку.

В тех участках поверхности, которые ближе расположены к индуктору, возникает большая плотность тока, что приводит к возникновению внутренних напряжений. Для получения равномерной толщины закаленного слоя изделие, если возможно, вращают в индукторе.

Способы закалки. К способам закалки относятся: одновременный нагрев и охлаждение, последовательный нагрев и охлаждение, и непрерывно-последовательный нагрев и охлаждение.

Одновременный нагрев и охлаждение всей поверхности детали. Например, одновременно нагревают и охлаждают всю поверхность головки шарового пальца. Поверхность этой головки должна быть твердой и износостойкой, то есть закаленной на структуру мартенсит. Сердцевина же шарового пальца должна быть закаленной, то есть вязкой, чтобы гасила ударные нагрузки при работе.

Последовательный нагрев и охлаждение. Например, последовательно нагревают и охлаждают зуб за зубом большой шестерни, шейки коленчатого вала.

Непрерывно последовательный нагрев и охлаждение. Например, длинные оси протягивают через индуктор с определенной скоростью, чтобы поверхность успела нагреться под закалку, а при выходе из индуктора идет охлаждение водой – закалка.

После закалки дается низкий отпуск или проводится закалка с самоотпуском, то есть деталь охлаждается водой не до полного остывания. Закалка прерывается тогда, когда поверхность уже холодная, а сердцевина детали еще горячая. За счет тепла сердцевины идет отпуск, а точнее самоотпуск поверхности.

Структура после такой закалки: на поверхности детали – мартенсит отпуска – твердый и износостойкий; в сердцевине детали – исходная незакаленная структура вязкая и воспринимает ударные нагрузки

Иногда для улучшения свойств сердцевины перед ТВЧ дают улучшение или нормализацию.

Для закалки ТВЧ используют стали с содержанием углерода 0,35...0,5%. Стали с меньшим содержанием углерода не применяют, так как твердость после закалки недостаточно высокая для повышения износостойкости. Стали с большим содержанием углерода, чем 0,5%, тоже не применяют, так как после закалки возможно образование трещин из-за повышенной хрупкости мартенсита.

Преимущества закалки ТВЧ: возможность механизации и автоматизации процесса (как правило, эти агрегаты работают в автоматическом режиме), применяется в массовом и серийном производстве; из-за быстроты процесса сталь не успевает быстро окислиться.

Недостатки: для каждого нового по форме изделия требуется новый индуктор; форма изделия должна быть простой, так как изготовить индуктор для сложного по форме изделия очень трудно.