Когда металлическая деталь уже изготовлена, физические свойства материала, из которого она сделана, можно улучшить. Для этого на производстве осуществляют дополнительную обработку. Одной из таких процедур является ТВЧ — закалка стали при помощи воздействия на металл высокочастотных токов.
ТВЧ-закалка: особенности
ТВЧ-закалка представляет собой воздействие на поверхность стали высокой температурой, источником которой является электрический ток большой частоты. По завершению такой дополнительной обработки готовых изделий повышаются показатели их прочности и твердости. Это делает эксплуатационные свойства ощутимо лучше, чем без проведения данного технологического процесса. ТВЧ-закалка включает следующие поэтапные операции:
- Нагрев изделия до высокой температуры.
- Сохранение температурного режима на одном уровне.
- Охлаждение изделия.
Продолжительность каждого из трех этапов может варьироваться. В зависимости от их длительности отличается глубина закалки ТВЧ. Для правильного охлаждения после термического воздействия стальную заготовку опускают в охлаждающую жидкостью либо распыляют ее на поверхность детали. Оборудование для ТВЧ-закалки подходит для ТВЧ-пайки — разница в использовании тока еще большей частоты.
Области применения
Обработка поверхности металлических изделий высокочастотными токами улучшает их характеристики. ТВЧ-закалке подвергают:
- шестерни;
- оси;
- зубья;
- шкивы;
- крановые колеса;
- валы.
Важно отметить, что для достижения улучшения характеристик изделий необходимо, чтобы углеродистая сталь, из которой они изготовлены, содержала более 0,5% углерода. В противном случае эффект от ТВЧ-закалки может оказаться около нулевым.
Плюсы и минусы технологии
Как и любой другой технологический процесс обработки металла, ТВЧ имеет свои достоинства и недостатки. Сильными сторонами такой постобработки можно назвать:
- Регулируемую глубину закалки.
- Возможность обработки элементов разнообразных форм и габаритов.
- Незначительное изменение размеров после обработки, что дает возможность использования минимального припуска на готовую продукцию.
- Отсутствие процессов окисления, так как термическое воздействие кратковременное.
- Отсутствие нагара.
- Сохранение изделиями мягкой середины, что дает стойкость к пластической деформации.
Слабые стороны ТВЧ:
- Дорогое оборудование.
- Невозможность самостоятельного изготовления индукционной установки.
Выбор температуры при ТВЧ-закалке
Подходящая температура для обработки стальной заготовки зависит от физических параметров материала:
- доэвтектоидная сталь, включающая менее 0,8% углерода, требует разогрева до 850 градусов Цельсия и быстрого охлаждения путем погружения в емкость с охлаждающей жидкостью;
- заэвтектоидная сталь, включающая от 0,8% углерода и более разогревается до 800 градусов, проходя неполную закалку.
Сталь, включающая 0,5% углерода и менее индукционному воздействию не подвергаются из-за особенностей этого процесса.
Полное завершение закалки включает устранение появившегося напряжения между поверхностью заготовки и ее сердцевиной. Делается это при помощи низкотемпературного отпуска — изделие кладут в печь, температура внутри которой составляет 200 градусов. После ее снижения деталь окончательно остывает уже при комнатной температуре.
Процесс охлаждения
Охлаждение — последний этап обработки. В нем важную роль играют две характеристики: равномерность и скорость. Возможны два сценария:
- Помещение в ванну с охлаждающей жидкостью.
- Распыление охлаждающей жидкости на поверхность заготовки.
Индуктор для работы с изделиями из металла включает систему охлаждения на основе медных трубок с водной циркуляцией внутри. Через специальные отверстия в трубках вода попадает на рабочую поверхность.
Индукционная установка: особенности конструкции и работы
Воздействие высокочастотными токами возможно только с использованием специальной индукционной установки, состоящей из индуктора и высокочастотного генератора. Индуктор — это катушка с закрепленной на ней медной трубкой. Его размеры и форма могут быть самыми разными и зависят от параметров обрабатываемого изделия.
Последнее устанавливают внутрь индуктора или рядом, оборудование включается и возникающее магнитное поле пропускается сквозь заготовку. Поверхностные слои металла нагреваются вихревыми токами. Для повышения глубины воздействия токов увеличивают значение их частоты.
Индуктор может иметь различную конструкцию:
- многовитковые установки для обработки колес, валов, отверстий;
- петлевые аппараты для закалки рабочих частей инструментов.
- фасонная установка для изделий сложной формы.
Кроме этого, ТВЧ-закалка может проводиться в разном режиме:
- одновременном, при котором нагревается конкретная область изделия, а после термического воздействия производится равномерное охлаждение детали;
- непрерывно-последовательном, при котором выбранные области нагреваются последовательно с помощью смещения изделия или самого индуктора, а разогретая ранее зона начинает охлаждаться.
Первый способ нуждается в задействовании большой мощности, что неизбежно ведет к большим затратам электроэнергии. Поэтому для ТВЧ-закалки изделий больших размеров принято использовать второй вид режима обработки.
Рабочему, занятому на производстве необходимо тщательно следить за тем, чтобы интервал между обрабатываемой поверхностью и индуктором оставался неизменным на всей рабочей области. Если оборудование и поверхность изделия соприкоснутся структура — материала нарушится.
ТВЧ — технологический процесс, меняющий физические свойства изделия из углеродистой стали. Термическое воздействие на заготовку токами высокой частоты повышает ее прочность и твердость. Правильная технология требует равномерного нагрева и охлаждения. ТВЧ-закалка — достаточно дорогостоящая технология и поэтому актуальна только для серийного производства металлических деталей.