Главная  Высокочастотная термическая обработка 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [ 27 ] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39]

гивающих напряжений с местом концентрации напряжений от внешней нагрузки. Вариант / полностью удовлетворяет условиям эксплуатации, так как упрочнены обе зоны концентрации напряжений: галтель и граница запрессовки.

На рис. 5.3, б приведен вал с буртом, на котором необходимо повысить твердость цилиндрической шейки и бурта. Оптимальным вариантом была бы закалка поверхности шейки, галтели и бурта (вариант /). Это позволило бы повысить усталостную прочность вала. Однако это технически трудно осуществимо, так как усиленный теплоотвод от галтели затрудняет получение в этом месте структуры полной закалки. Необходимое повышение износостойкости достигается закалкой только шейки и бурта (вариант ), но при этом необходимо экспериментально определить расстояние закаленных поверхностей от галтели, с тем чтобы не было существенного снижения усталостной прочности вала.

В ряде случаев вредное влияние растягивающих напряжений при зональной закалке может быть нейтрализовано применением наклепа поверхности в этой зоне. Наклеп, например, применяется на шестернях крупного модуля при закалке рабочих поверхностей зубьев без закалки впадины. Наклеп впадины обкаткой роликами позволяет не только нейтрализовать растягивающие остаточные напряжения, но и несколько упрочнить зубья.

Твердость закаленного слоя и сердцевины. Значение поверхностной твердости определяется условиями эксплуатации детали.

При работе на изнашивание большое значение имеет твердость сопряженной детали. Обычно стремятся получить такое соотношение -изердостп трущейся пары, при котором выходит из строя Б первую очередь наиболее дешевая и легко заменяемая деталь. В связи с этим требования по твердости в ряде случаев могут быть несколько ниже максимально возможных значений. На практике получение этих пониженных значений твердости часто допускают пепосре.лственно после закалки. Однако это достигается только за счет получения неполной или недостаточно интенсивной закалки. И в том, и в другом случае возможно появление в структуре закаленного слоя выделений избыточного феррита или других продуктов распада аустенита в верхнем интервале температур. Наличие таких включений может явиться причиной преждевременного появления очагов контактной усталости. Поэтому во всех случаях деталь необходимо закаливать на максимальную для данной стали твердость, а заданный уровень твердости обеспечивать последующим отпуском или самоотпуском.

РассчитБшать на получение повышенной твердости закаленного слоя за счет особой структуры закалки в производственных условиях, как правило, нельзя. При этом в случае закалки деталей сложной формы или местной закалки в технических условиях необходимо оговаривать место контроля твердости, так как не-

избежная неравномерность температуры поверхности влечет за собой и неравномерность твердости. Обычно выбор места койтроля не встречает затруднений, причем выбирают в первую очередь те зоны, в пределах которых возможно нарушение режима нагрева или охлаждение, либо зоны, наиболее ответственные по условиям эксплуатации.

Исключение представляют случаи, когда применяется импульсная закалка, имеющая целью максимальное повышение твердости тонкого поверхностного слоя детали, работающего на изнашивание. На стали, близкой по содержанию углерода к эвтектоидной, достигается твердость 68-70 HRQ. Для получения однородного по структуре и свойствам безыгольчатого мартенсита после сверхбыстрого нагрева исходная структура подготавливается предварительной закалкой при умеренных скоростях нагрева.

При зональной закалке на границе упрочненного слоя всегда имеется зона с переходной структурой, характеризующейся неполнотой закалки. Ширина переходной зоны может оговариваться в технических условиях, однако она, как правило, не может регулироваться и зависит от заданной глубины закаленного слоя и частоты тока. В таких случаях она должна устанавливаться совместно конструктором и технологом.

Твердость сердцевины устанавливается конструктором исходя из условий работы изделия в целом. Если поверхностной закалке подвергается вся поверхность, решающую роль играют свойства поверхностного слоя и его относительная толщина. Свойства серддезины существенны для тех деталей, у которых закаливаются отдельные участки. При этом зоны максимальной конпенграции ,яешних напряжений остаются, как правило, незакаленными и ;;[:)Чиость изделия определяется свойствами стали, полученными iiOCie предварительной термической обработки. Например, если у коленчатого вала закаливают только цилиндрические части коренных и шатунных шеек, а щеки и галтели шеек не подвергают поверхностному упрочнению, усталостные изломы наблюдаются по шекам в районе галтели. Естественно, что механические свойства щек будут определять прочность коленчатого вала. Поэтому валы, несущие большие удельные нагрузки, изготовляют из легированной стали и подвергают предварительному улучшению.

При выборе твердости,- получаемой после улучшения, верхний предел чаще всего ограничивается вследствие необходимости обработки заготовки резанием и при серийном и массовом производстве не превышает 280-300 НВ. При установлении требований по твердости сердцевины необходимо учитывать сочетание состава стали и габаритных размеров изделия. Ограниченная прокаливаемость большинства применяемых в машиностроении сталей не позволяет получить у крупных изделий сквозной закалки. Фактически в этих случаях улучшению подвергают только поверхностные слои металла, часто полностью снимаемые следующей обработкой резанием, так что эффективность от улучшения сво-




Рис. 5.4. Понерквостная вакална полого вала с переменной толщи вой стенки: а - расточка до закалки; б •- расточка после вакалки

дится к минимуму и не оправдывает затрат. Это относится, например, к крупным валам-шестерням, изготовленным из углеродистой, иногда литой стали, к коленчатым валам тракторных двигателей и др.

В тех случаях, когда поверхностно закаленное изделие эксплуатируется в условиях больших нагрузок и закаленный слой испытывает значительные напряжения сжатия, большое значение имеет твердость подслойного материала. В практике эксплуатации таких деталей, в частности колес мостовых кранов, наблюдались растрескивание и сколы поверхносшого закаленного слоя, имеющего твердость 55-58 HRQ. Причиной сколов был прогиб слоя в сравнительно мягкую сердцевину детали с твердостью 22-25 HRQ. Повышение твердости сердцевины предварительной термической обработкой до 40--45 HRC, ликвидировало опасность сколов и трещинообразования.

Такую же роль предварительная закал!>а играет при импульсной закалке с получением сверхгаерлосги поьерхносгно!,) слоя 65 HRC, и выше. При j;Om уровень твердос.и металла после пред-варителыой термической оГ>раио:ки опре,л:Mi;-ie;c>i ;сли1;пями эксплуатации детали.

Поверхностная зака.;зка в линни механической обработки. Своеобразие технологии поверхностной закалки вносит некоторые особенности в общий цикл механической обработки при изготовлении деталей. Во многих случаях при поверхностной закалке деформации изделия малы и окалина отсутствует, поэтому операцию термической обработки можно производить после механической обработки. В ряде случаев это не удается из-за особенностей высокочастотного нагрева, а также из-за возможных короблений. Это можно рассмотреть на некоторых примерах.

На рис. 5.4 приведен эскиз полого вала с переменным внутренним диаметром. Неравномерность толщины стенки может вызвать неравномерность нагрева как по глубине прогрева, так и по температуре поверхности вследствие неоднородности теплоотвода от нагретых слоев в холодную сердцевину. Там, где стенка наиболее тонкая, теплоотвод менее интенсивен, температура на поверхности достигает больших значений и общая глубина прогрева до закалочной температуры оказывается больше; соответственно будет больше и глубина закаленного елоя (рис. 5.4, о). При правильном построении технологического процесса расточку вву- 1

Рис. 5.5. Эскиз полого валика с глухими отверстиями для крепления шпилек

Рис. 5.6. Эсинв шарового пальца с поверхностно закаленным слоем во внутренней полости


греннего отверстия на разные размеры следует делать после поверхностной закалки. Последовательность операций будет сле-дуюгцей: трубная заготовка обтачивается снаружи на размер, близкий к чистовому с допуском на шлифование; производится обработка внутренней поверхности по минимальному диаметру, при лом соблюдаются правильность центровки и соосность 1;,ружного и внутреннего диаметров; осуществляется поверхностная закалка на заданные глубину и твердость; производится расточка внутреннего отверстия в соответствии с чертежными размерами. -При таком построении технологического процесса глу-6.Hia закаленного слоя будет равномерной по всей длине вала (p.ic. 5.4, б).

лагруднения при закалке появляются при местном уменьше-liii! голщнны стенки в зоне закалки. В этих местах неизбежны i.. ; рев, сквозная закалка и, как следствие, трещины. На рис. 5.5 пр:;Бедея полый цилиндр с глухими отверстиями для крепления шпилек. При наличии подобных отверстий закалка наружной поверхности может оказаться неосуществимой. Действительно, в этом месте стенка может прогреваться до температуры закалки насквозь. Правильнее просверливать отверстия после поверхностной яакалки, выбрав такой режим нагрева, при котором в местах б\лу1цих отверстий сохраняется незакаленный металл.

При несимметричной закалке появляются дополнительные трудности из-за возможных деформаций. При предварительной механической обработке заготовки .должны предусматриваться припуски на окончательную обработку, которые определяют путем эксперимента.

При разработке технологии механической обработки необходимо учитывать, что некоторые размеры детали, которые по условиям работы -могут иметь большие допуски, для осуществления поверхностной закалки должны иметь более жесткие допуски. На рис. 5.6 приведен шаровой палец, у которого закалке подвер-гйРтея внутренняя шаровая полость. По условиям работы пальца размер А точно не определен. Допустимо смещение центра внутренней шаровой полости относительно торца пальца на 1-2 мм.



в то же время при закалке во избежание смещения закаленнога! слоя деталь должна фиксироваться относительно индуктора до- статочно точно. Базой при установке детали в закалочное устрой-! ство может быть только плоскость Б. Следовательно, размер А\ должен быть точным и это надо предусмотреть при построении! технологического процесса механической обработки. В некоторых! случаях следует предусматривать технологические припуски нг детали для осуществления правильной установки или захвата! ее для подвески в закалочном устройстве.

При закалке деталей, у которых имеются отверстия, выходя-, щие на закаливаемую поверхность, около отверстия неизбежен! перегрев, способствующий образованию трещин. Для получения! качественной детали с нужной твердостью закаленного слоя и] без трещин по краям отверстий, может быть даже не видимых] невооруженным глазом, но выявляемых другими методами, отверстия желательно делать после закалки. Конечно, это трудно осуществимо обычными методами механической обработки. Но могут быть применены электрофизические методы, например электроэрозионный метод изготовления отверстий.

В последнее время все больше находят применение новые способы формообразования, с помощью которых получают размеры, заданные чертежом, без снятия металла резанием. В первую очередь сюда можно отнести холодную чеканку после горячей штамповки или прессования. Холодная чеканка дает чистую поверхность, и некоторые детали после такой обработки могут иметь нужный класс точности. Однако, применяя такую технологию, надо иметь в виду, что при предварительной горячей механической обработке, осуществляемой после нагрева в печах, неизбежно обезуглероживание. Полностью его нельзя избежать, даже применяя во время нагрева специальные защитные атмосферы, так как окисление и обезуглероживание могут появиться после нагрева как в процессе горячей пластической деформации, так] и при дальнейшем остывании детали. Чеканка, выравнивая по-. верхность, не снимает обезуглероженного слоя; он останется,, и на поверхности после поверхностной закалки получается пониженная по сравнению с нормативной твердость. На некотором! расстоянии от поверхности твердость выше. Исправить здесь-что-либо невозможно, поэтому описанную технологию можно применять только там, где по условиям работы можно допустить пониженную твердость поверхностных слоев.

Сказанное относится и к случаям поверхностной закалки деталей непосредственно после горячего формования - штамповки, прессования, литья, проката. Например, это нужно учитывать i при поверхностной закалке рельсов, фасонного проката и т. п.

5.2. ТЕХНОЛОГИЯ НАГРЕВА

Здесь рассматриваются отдельные вопросы, связанные с практическим осуществлением высокочастотной термической обра-

Вода



Рис. 5.7. Схема эакалки с одновременным нагревом

Закапенньш слои

Рис. 5.8. Скема профиля индуктирующего провода для одно- временного нагрена прн зональной закалке

ботки. От правильного решения этих вопросов во многом зависит качество термически обработанных изделий.

Вопросы выбора электрического режима, настройки колебательного контура, закалочных устройств, а также вопросы конструктивного оформления технологического процесса изложены й работах [34, 41 ].

Выбор способа нагрева. При поверхностной закалке коротко-мерных изделий, имеющих простую конфигурацию, обычно применяют одновременный способ нагрева, при котором индуктором охиатызается весь участок изделия, подлежащий нагреву, и тем-aeprivyp.i поверхности нарастает одновременно по всему участку. На рис. 5.7 приведена схема одновременною нагрева цилиндрической детали 2 одноиитковым индуктором /, совмещенным со •.прейером л;1Я подачи охлаждающей жидкости. Зазор между ии;;,кгиром И дстзлью должен быть минимально допустимым по технологическим соображением, чтобы индуктор не касался закаливаемой детали при возможной неточности ее установки в сакалочном устройстве и чтобы был обеспечен свободный выход зак.ч.ючной жидкости нз средней зоны индуктора-спрейера. Прак-TiiqeKn зазор выбирается в пределах 2-5 мм. Для обеспечения Р-лглюмерного охлаждения зазор желательно несколько увеличить, ОДНАКО простое увеличение внутреннего диаметра индуктора г1р.-!водит к снижению коэффициента полезного действия системы и поэтому неже;лательно. При поверхностном нагреве короткой детали длина индуктора (ширина индуктирующего провода) должна быть приблизительно равна длине детали.

Если деталь имеет сложную конфигурацию, то получение равномерного нагрева встречает определенные трудности и здесь нельзя ограничиться приводимыми рекомендациями. Величина зазора, необходимая для обеспечения равномерной температуры, Может оказаться разной в зависимости от кривизны поверхности. Соответствующие рекомендации приведены в работах [16, 36].

При местной поверхностной закалке, например закалке коротких участков вала, также применяется одновременный нагрев.



[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [ 27 ] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39]

0.0008