При поверхностной закалке токами высокой частоты (ТВЧ) нагрев проводится до более высокой температуры, чем при обычной объемной закалке. Это обусловлено двумя причинами. Во-первых, при очень большой скорости нагрева температуры критических точек, при которых происходит переход перлита в аустенит, повышаются, а во-вторых, нужно, чтобы это превращение успело завершиться за очень короткое время нагрева, а чем выше температура, тем быстрее оно происходит. Так, например, при печном нагреве со скоростью 2—3°С/с температура нагрева под закалку стали 45 составляет 840—860°С, при нагреве ТВЧ со скоростью 250°С/с — 880—920°С, а при скорости 500°С/с— 980—1020°С.

Несмотря на то, что нагрев при высокочастотной закалке проводится до более высокой температуры, чем при обычной, перегрева металла не происходит. Это объясняется тем, что время высокочастотного нагрева очень короткое, и зерно в стали не успевает вырасти. С другой стороны, благодаря более высокой температуре нагрева и более интенсивному охлаждению твердость после закалки ТВЧ получается выше примерно на 2— 3 единицы по Роквеллу. Это обеспечивает более высокую прочность и износостойкость поверхности детали.

Наряду с этим действует еще один важный фактор, способствующий повышению эксплуатационной прочности деталей, закаленных с помощью ТВЧ. Это появление на поверхности сжимающих напряжений благодаря образованию мартенситной структуры. Чем меньше глубина закаленного слоя, тем в большей мере проявляется действие таких напряжений.

Кроме этого, высокочастотная закалка дает и другие важные преимущества: высокую производительность; легкость регулирования толщины закаленного слоя; минимальное коробление; почти полное отсутствие окалины; возможность полной автоматизации всего процесса; облегчение условий труда; возможность размещения закалочной установки в потоке механической обработки. Наиболее часто поверхностной высокочастотной закалке подвергают детали, изготовленные из углеродно той стали с содержанием 0,4—0,5% С. Эти стали после закалки имеют поверхностную твердость HRC 55—60. При меньшем содержании углерода такая твердость уже не достигается, а при большем содержании возникает опасность появления трещин в условиях резкого охлаждения водяным душем. Наряду с углеродистыми применяются также низколегированные хромистые, хромоникелевые, хромокремнистые и другие стали.

Во многих случаях высокочастотная закалка позволяет заменить легированные стали более дешевыми — углеродистыми. Объясняется это тем, что такие важные преимущества легированных сталей, как глубокая прокаливаемость и меньшая деформация, для ряда деталей утрачивают свое значение. Так, например, при закалке шестерен с мелким зубом глубокая прокаливаемость даже нежелательна, поскольку при этом может произойти сквозная закалка зубьев, что вызовет их хрупкость. В таких случаях целесообразно применение углеродистых сталей пониженной прокаливаемости. В обозначении таких сталей ставятся соответственно буквы ПП (например, сталь 55ПП). При закалке мелкомодульных шестерен из такой стали, хотя зуб и прогревается насквозь, однако закаливается он всего на глубину 1—2 мм. Более того, поскольку сердцевина зуба была нагрета до температуры критических точек, а охлаждение ее происходило с умеренной скоростью, примерно, как при нормализации, произойдет улучшение структуры сердцевины: она получится более однородной и мелкозернистой. Это, несомненно, будет способствовать повышению прочности зуба.

Такой способ поверхностной закалки, при котором нагрев производится на большую глубину, чем необходимая глубина поверхностно-закаленного слоя, называют закалкой с глубинным нагревом. В ряде случаев он дает очень большой эффект. На Минском автозаводе разработан и внедрен процесс глубинной закалки шкворня из стали 45. Благодаря этому упразднена операция предварительной нормализации, а сопротивление усталости шкворня повысилось более чем в 10 раз.

После проведения поверхностной высокочастотной закалки детали подвергают низкому отпуску при температуре 160—200°С. Это способствует уменьшению хрупкости закаленного слоя. Отпуск проводится в электропечах. Можно также осуществить самоотпуск. С этой целью спрейер, подающий воду, отключается несколько раньше, и благодаря этому охлаждение происходит не полностью. В детали сохраняется теплота, которая обеспечивает нагрев закаленного слоя до температуры низкого отпуска.

После закалки применяется также электроотпуск, при котором нагрев проводится с помощью высокочастотной установки. При этом для получения хороших результатов нагрев нужно осуществлять с меньшей скоростью, чем при закалке, и на большую глубину. Требуемый режим нагрева устанавливается опытным путем.

Для повышения механических свойств сердцевины и общей прочности детали перед поверхностной закалкой проводят нормализацию или объемную закалку в сочетании с высоким отпуском (улучшение).

Наряду со многими преимуществами высокочастотная закалка имеет и недостатки.
Во-первых, в мелкосерийном и единичном производстве изготовление индуктора и разработка технологического процесса могут быть нерентабельными.
Во-вторых, для некоторых деталей сложной формы изготовление индуктора затруднительно или даже невозможно.
В-третьих, на деталях, имеющих глубокие впадины, выступы, резкие переходы, острые углы и т. д., не удается получить равномерной толщины закаленного слоя.
Хотя это ограничивает возможность применения высокочастотной закалки, тем не менее в массовом и крупносерийном производстве для таких деталей, как коленчатые валы, шестерни, втулки, шпиндели, борштанги, валки холодной прокатки и др., поверхностная закалка ТВЧ находит все большее применение.

Закрыть меню