Прочность ответственных стальных изделий зависит от состояния поверхности. Для того чтобы придать ей необходимую твердость, износостойкость и вязкость, детали подвергают термообработке. Одним из способов поверхностного упрочнения изделий является закалка токами высокой частоты (ТВЧ). Это самый распространенный и высокопроизводительный метод при крупносерийном изготовлении деталей.
Такой обработке подвергаются не только сами детали, но и отдельные участки, которые должны иметь определенные прочностные характеристики. Повышение прочности и твердости поверхности изделия закалкой ТВЧ улучшает работоспособность, тем самым продлевая срок эксплуатации.
Применяется закалка ТВЧ для деталей машин и станков, применяемых во многих отраслях промышленности, а также для закалки инструмента разного назначения.
Сущность метода закалки ТВЧ
Закалка ТВЧ основана на способности переменного электрического тока проходить по поверхности детали, находящейся в индукторе и этим вызывается нагрев, который может проникать на разную глубину за счет образования магнитного поля. В то же время, середина нагреваемого изделия, остается или вовсе не нагретой или незначительно нагревается. На поверхности образуется необходимая толщина слоя, по которому проходит эл. ток. Это и есть глубина проникновения тока, которая зависит от следующих факторов:
- удельного сопротивления металла;
- магнитной проницаемости;
- частоты переменного тока.
Установлено, что с увеличением частоты тока глубина проникновения токов в изделие уменьшается, что позволяет получать детали с малой толщиной закалки. ТВЧ для нагрева металла получают от специальных установок – генераторов, умножителей и преобразователей частоты, которые позволяют получать частоту в разных пределах (от 150 до 15000 Гц).
Кроме частоты переменного тока, на качество полученной поверхности влияют размеры и конфигурация изделия, а также материал и конструкция индуктора. Чем проще форма детали и меньше ее размеры, тем выше качество закаливаемой поверхности, а также меньше расход электроэнергии.
Индукторы выполняют из меди. Их внутренняя поверхность чаще всего имеет специальные отверстия для подачи воды для охлаждения, т. е. он одновременно нагревает до необходимой температуры, а затем охлаждает при отключенном токе. Происходит все это в автоматическом режиме. Конфигурация индуктора может быть самой разной – кольцевой, зигзагообразной, петлевой и другого типа. Его устройство зависит от формы детали, которую необходимо закаливать.
Некоторые установки в своей конструкции имеют индукторы без отверстий, в этом случае охлаждение изделий происходит в специальном баке, который называется закалочным. Основное требование – зазор между индуктором и деталью в процессе закалки должен быть постоянным, в этом случае качество закаливаемой поверхности будет самым высоким.
Закалочная операция может выполняться 3 способами:
- непрерывно-последовательным;
- одновременным;
- последовательным.
При непрерывно-последовательной закалке изделие неподвижно, а индуктор перемещается вдоль нее. При одновременном способе наоборот - деталь вращается, а индуктор неподвижен. Последовательный метод позволяет проводить поочередную закалку отдельных частей детали.
Преимущества закалки ТВЧ
К основным преимуществам закалки ТВЧ относят:
- возможность контроля режима закалки;
- возможность замены легированных сталей на углеродистые;
- равномерность нагрева;
- отсутствие прогрева изделия целиком, что приводит к экономии ресурсов;
- высокие прочностные свойства закаленных деталей;
- поверхность в процессе закалки не обезуглероживается и не окисляется;
- отсутствие закалочных трещин;
- отсутствие коробления;
- возможность подвергать закалке отдельные участки детали;
- экономию времени на проведение закалки;
- возможность монтажа и эксплуатации установок в технологический процесс изготовления деталей.
Недостатки закалки ТВЧ
Единственный недостаток закалки ТВЧ заключается в высокой стоимости установок, поэтому их рационально использовать при крупно- и многосерийном производстве, что вполне оправдает столь высокую цену.
