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. 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. Рис. 2. Закалка поверхности Ø100 мм на длине 400 мм на глубину 2-6мм на твердость hrc≥52 за исключением зон А у концов. 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. Рис. 4. Задание технических условий на закалку зубьев шестерни по рабочей поверхности зуба (без закалки впадин), m =12 мм. 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. |