ООО ЭЛИСИТ
Лидер России 2015 - Продукция отмечена золотой медалью конкурса качества - Установки индукционного нагрева "TESLINE"

Индукционный нагрев ТВЧ :: Статьи


Свойства поверхностно-закаленных деталей индукционным способом

Дата публикации: 21.05.2014

Технические условия на закалку ТВЧ

Определение технических условий на поверхност­ную закалку индукционным способом является исходным момен­том в разработке технологического процесса закалки.

Технические условия на поверхностную закалку индукцион­ным способом должны гарантировать необходимую работоспособ­ность детали и удобный контроль соответствия с ними фактиче­ских результатов термообработки. Они должны включать задание размеров и расположения закаленной зоны с допустимыми от­клонениями, глубину закаленного слоя, твердость поверхности. В технических условиях также могут быть особо оговорены ма­ксимальные пределы деформации, ограничения рихтовки, распро­странение цветов побежалости, допустимые дефекты в зоне за­каленного слоя и др. Технические условия назначаются с учетом свойств выбранной марки стали и задают также предшествую­щую термическую обработку детали, твердость перед закалкой, допустимую глубину переходной зоны разупрочнения исходной структуры (после термического улучшения). При этом учиты­вается, что граница закаленного слоя на цилиндрической по­верхности не может быть приближена к широкой выступающей торцовой части (к щеке коленчатого вала) менее чем на 6-10 мм, что дополнительно уточняется после закалки опытной пар­тии. Закалка не может быть распространена на участок поверх­ности с близко расположенными друг к другу отверстиями или широкими одиночными окнами, вырезами, существенно суживаю­щими зону протекания индуктированного тока. Детали инстру­ментального производства, тонкостенные и асимметричные, дефор­мация и неравномерный нагрев которых делают индукционный нагрев неприемлемым, следует перевести на химикотермическую обработку.

Стальное литье имеет раковины, трещины, рыхлости и дру­гие дефекты, часто скрытые под поверхностью. При прохождении индуктированных токов в зоне, где дефекты литья сужают путь токам, возникают местные зоны повышенной температуры, вплоть до оплавления и вскрытия дефектов, а также закалочные тре­щины, грубая структура закаленного слоя. Если подобные де­фекты по условиям работы (на смятие, истирание) могут быть допущены, то в технических условиях на закалку должны быть указаны необходимые ограничения по расположению, максималь­но допустимым размерам отдельных дефектов и по наибольшей допустимой относительной площади дефектных зон. Перевод ли­тых деталей на газопламенную закалку избавит от указанных затруднений.

Твердость и глубина закаленного слоя

Требование высокой твердости и прочности по­верхности при сохранении вязкой сердцевины предопределяет выбор марки стали для изделий, подвергающихся поверхностной закалке. Твердость, близкая к максимальной, достигается при со­держании углерода в стали около 0,6%. При дальнейшем повы­шении содержания углерода твердость увеличивается незначи­тельно, но при этом снижаются пластические свойства деталей и возрастает опасность образования трещин. Содержание угле­рода в пределах 0,45-0,50% гарантирует достаточную твердость после индукционного нагрева и душевого водяного охлаждения (hrc≥60). Стали с содержанием углерода менее 0,30-0,35% для поверхностной закалки индукционным способом не приме­няются.

По экономическим соображениям следует, по возможности, ограничиться применением углеродистых сталей марок 35, 40, 45, 50, 55пп, если требуемая глубина закаленного слоя не превы­шает 3-4 мм.

Если требуется более глубокая закалка, предварительное тер­мическое улучшение для высоких механических свойств сердце­вины, выбирают стали, легированные хромом, марганцем, крем­нием, ванадием, никелем, марок 45х, 50г, 40хс, 45хн и др. (табл. 1).

Глубина закаленного слоя задается конструктором, исходя из условий работы детали, требований к ее прочности (общей и местной). Оптимальная изгибная усталостная прочность и проч­ность на кручение для цилиндрических деталей достигаются при глубине закаленного слоя, составляющего ~10% от диаметра. Для высокой контактной усталостной прочности максимум кон­тактных напряжений не должен выходить из пределов термооб­работанного слоя. С возрастанием глубины закалки растут поводки, приходится вводить правку, увеличивать припуски на шлифование. Для деталей, работающих на истирание, не подвер­женных деформации при закалке, целесообразно задать глубину закалки в пределах 1-2 мм. Глубина закаленного слоя не должна быть выше указанного в табл. 1.

При задании твердости закаленного слоя необходимо руко­водствоваться пределами, указанными в табл. 1. Задание более низкой твердости закаленного слоя означает введение дополни­тельной операции печного отпуска.

Кроме основных технических условий, рассмотренных выше, при закалке деталей сложной формы приходится дополнительно оговаривать условия, отражающие, главным образом, особенно­сти индукционного нагрева пазов, выступов, зубьев, кулачков, расположения границ закаленного слоя в этих местах.

Например, при ТВЧ закалке шестерен (m = 10 мм) в петлевом индукторе способом одновременного нагрева «зуб за зубом» без закалки впадин с использованием радиочастот торцовые поверх­ности зубьев закаливаются глубже, чем эвольвентная поверх­ность (рис. 1.а), и в технических условиях разрешается закалка торцов без контроля твердости и глубины. При таком же способе закалки, но при использовании токов средней частоты торцы греются слабо, а углы не закаливаются (рис. 1,б). Поэтому в технических условиях на закалку при нагреве токами средних частот необходимо указать участки эвольвентной поверхности, прилегающие к торцам, и на самих торцах, где твердость не кон­тролируется.

Таблица 1. Стали, применяемые для изделий с поверхностной закалкой индукционным способом

 

 Марка

Стали


Химический состав, %

Глубина закаленного слоя * максима- льная, мм

Твердость закаленного слоя после низкого отпуска, hrc

Температура нагрева (°C) при продолжительности пребывания выше АС1 (с)

 
С


Мп


Si

Другие
элементы


2-4


1,0 - 1 ,5


0,5-0,s

35

0.32-0,40

0,5-0,8

0,17-0,37

 

3

50-56

880-920

910-950

970-1050

45

0,37-0,45

0,5-0,8

0,17-0,37

-

4

55-62

850-890

880-920

930-1000

50

0,47-0,55

0,5-0,8

0,17-0,37

-

4

57-63

850-890

880-920

930-1000

45 г2

0,35-0,45

1,4-1,8

0,17-0,37

-

5

55-61

830-870

860-900

920-980

40х

0,36-0,45

0,5-0,8

0,17-0,37

0,8-1,1 сг

6

54-56

860- 900

880-920

940-1000

40хф

0,37-0,44

0,5-0,8

0,17-0,37

0,8-1,1 сг

5

55-60

860-900

880-920

950-1010

 

 

 

 

0,1-0,2 v

 

 

 

 

 

40хс

0,37-0.45

0,3-0,6

1,2-1,60

1,3-1,6 сг

6

54-59

860-900

880-920

950-1010

45хн

0,41-0,49

0,5-0,8

0,17-0,37

0,45-0,75 сг

8

56-61

840-880

860-900

920-980

 

 

 

 

1,0-1,4 ni

 

 

 

 

 

У12

1,15-1,24

0,15-0,3

0,15-0,30

-

2

60-64

800-840

820-880

840-920

Шх15

0,95-1,10

0,2-0,4

0,15-0,30

1,3-1,65 сг

8

62-64

900-940

-

-

55пп

0,55-0,63

Не более

0,10-0,30

0,28 ni,
0,15 сг,

2

59-61

900-1000

-

-

 

 

0,2

 

0,2 cu (суммарный
процент
не
более 0,5)

 

 

 

 

 

Сч21-40

 2,80-3,00 0,3-0,5 2,5-3,20  5 45-53 880-900 900-920 

   * до полумартенситной зоны.

При ТВЧ закалке зубьев шестерен непрерывно-последовательным способом, когда граница закаленного слоя выходит па торец не­полной глубиной, в технических условиях необходимо оговорить протяженность примыкающих к торцам зон эвольвентной поверх­ности, где твердость также не контролируется.

закалка твч зуба

  Рис. 1. Поперечно-продольные сечения зуба ше­стерни,
закаленной в петлевом индукторе с одно­временного нагрева

 Для деталей, имеющих близ зон закалки пазы, выточки, под­резки, являющиеся концентраторами напряжений, необходим вы­ход границы закаленного слоя вне зоны этих концентраторов.
 

Деформация детали при поверхностной закалке ТВЧ

Деформация деталей, подвергнутых поверхностной закалке индукционным способом, недостаточно изучена. Это соз­дает дополнительные трудности при проектировании. Приходится в таких случаях обращаться к предварительной опытной прора­ботке, требующей много времени. Например, втулки шлицевые и гладкие, тонкостенные после поверхностной закалки внутреннего отверстия приобретают значительную корсетность. Если втулка имеет наружную реборду или венец шестерни, несимметрично расположенные относительно торцов втулки, корсетность также будет несимметричной. Отверстия гладкой втулки можно при со­ответствующем допуске исправить шлифованием. Шлифование шлицевого отверстия после закалки уже предполагает выбор посадки системы втулка - шлицевой вал на внутренний диаметр соединения и операцию шлифования вала по впадинам.

Еще более сложно оценить деформацию литых тонкостенных деталей, которые по однородности металла, плотности усту­пают прокату и поковкам. При производстве гильз цилиндров


Тракторных дизелем их припуск на расточку зависит от овала и корсетности после поверхностной закалки, в конечном счете - от производственно-технологической дисциплины на предшествую­щих операциях, начиная с выплавки и литья.
 

Примеры задания технических условий на поверхностную закалку ТВЧ

На рис.2 показан эскиз детали палец из стали 45. Гладкая наружная цилиндрическая поверхность закаливается на всей длине 400 мм (зона закалки обозначена штриховой линией). Закаливаемая поверхность имеет два мелких шлицевых паза у торца (справа), от которого и следует начинать закалку непре­рывно-последовательным способом, так как второй торец имеет фаску, что предохраняет от сколов. В пределах зоны на длине 15 мм, отступая от обоих торцов, твердость закаленного слоя не контролируется. Глубина слоя задана в пределах 2-6 мм при твердости hrc ≥ 52.

индукционная закалка поверхности
Рис. 2. Закалка поверх­ности Ø100 мм на длине 400 мм
на глубину 2-6мм на твердость hrc≥52 за исключением зон А у кон­цов.
 

 закалка смежных зон

Рис. 3. Задание технических условий на закалку двух смежных зон.

На рис. 3 показан эскиз детали ролик из стали 50г с обозна­чением следующих технических условий на закалку. Предусмотре­на закалка наружной цилиндрической поверхности Ø200 мм на глубину ≥5 мм на твердость hrc ≥ 54 и кольцеобразной зоны Ø145/200 мм на торце на меньшую глубину ≥ 3 мм с той же твердостью hrc ≥ 54. На границе указанных зон обозначены полосы а и б шириной 8 и 12 мм соответственно, где твердость не контролируется. Это условие необходимо при поочередной за­калке поверхностей Ø200 мм и торцевой.

На рис. 4 показан эскиз большой шестерни из стали 45 с зубьями модуля 12 мм, эвольвентная поверхность которых зака­ливается на глубину ≥ 2 мм на твердость hrc ≥ 50. Закаленная зона ограничена (штриховой линией) по высоте зуба и не дохо­дит до впадины во избежание усиления разупрочняющего дей­ствия (ширина закаленной зоны задана в пределах 16-20 мм). Протяженность закаленной зоны по длине зуба также ограничена (по радиусу r ≈ 18 мм) и не подходит к торцу зубьев ближе 2 мм у вершины (см. Рис. 1,6). Указано место контроля твердо­сти. Дана толщина закаленного слоя на вершине зуба.

ТУ на закалку шестерни по зубу
 Рис. 4. Задание технических условий на закалку зубьев шестерни по рабочей поверхности зуба
(без закалки впадин), m =12 мм.
 
ТУ на закалку шестерни по впадине

  Рис. 5. Задание технических условий на закалку ше­стерни по рабочей поверхности и впадине
(«впадина за впадиной»).

На рис. 5 показано задание технических условий на закалку шестерни модуля по эвольвентной поверхности и впадине. Вве­дено условие соблюдения диаметра окружности впадин. Обычно этот размер является факультативным и зависит от перезаточки режущего инструмента. Для уверенной закалки впадин необхо­димо поддерживать зазор (0,5-1 мм) между поверхностью впа­дины и индуктирующим проводом, для чего следует ограничить пределы отклонения диаметра впадин, так как впадины являются базовой опорой для установки индуктора. Глубина закаленного слоя во впадине выбрана, исходя из условий максимальной пз-гибной прочности зубьев.


 Источник: "Поверхностная закалка индукционным способом"  Демичев А.Д.

Назад

Поиск

RSS ЭЛИСИТ 

Последние новости

23.05.2017
Индукционный нагреватель твч, установка твч индукционного нагрева,  закалка твч,  пайка, печь твч, термообработка ... Лучшая компания России
Компания "ТЕСЛАЙН ИНДАКТИВ" награждена почетной медалью «Национальный знак качества. Выбор России» в рейтинге "ЛУЧШАЯ КОМПАНИЯ РОССИИ — 2016" ...
Подробнее...

09.01.2017
Индукционный нагреватель твч, установка твч индукционного нагрева,  закалка твч,  пайка, печь твч, термообработка ... Модернизированная китайская установка
Инженерами ТЕСЛАЙН выполнен ремонт и модернизация установки индукционного нагрева мощностью 60кВт в двухблочном исполнении производства КНР (Китай)
Подробнее...

20.07.2016
Индукционный нагреватель твч, установка твч индукционного нагрева,  закалка твч,  пайка, печь твч, термообработка ... Услуга закалки ТВЧ
Услуги закалки ТВЧ деталей в новом цехе на производственной площадке ООО "ТЕСЛАЙН ИНДАКТИВ", г.Томск. Выполнение срочных заказов.
Подробнее...

Фотостена

Индукционный нагрев, установки ТВЧ индукционного нагрева, печи ТВЧ, индукционный нагреватель

Индукционная пайка ТВЧ установка

ТВЧ закалка трубы индуктор