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]

Для получения стабильности по температуре воды на заводах создают замкнутую циркуляционную систему. Создание замкнутой системы охлаждения позволяет, кроме того, значительно сократить расход закалочной воды. При применении других охлаждающих сред создание замкнутых систем обязательно.

Охлаждающая способность воды при душевой подаче зависит от ее расхода в единицу времени, который, в свою очередь, зависит от давления в магистрали. Общее давление в магистрали доводят до 0,4-0,6 МПа, но давление непосредственно в спрейере значительно ниже и в большинстве случаев не превышает 0,1 МПа. Количество подаваемой воды при закалке душем может меняться в больших пределах: от 0,1 до 1 м/с на 1 м поверхности спрейера [от 10 до 100 см/(с.см) ]. При расчете на единицу поверхности детали эти цифры несколько увеличивают для наружной поверхности цилиндрических деталей и несколько уменьшают для внутренней поверхности отверстий. Максимальный расход, обеспечивая большую интенсивность охлаждения, способствует получению повышенной твердости закаленного слоя. Обычно опытным путем устанавливают некоторый оптимальный расход, удовлетворяющий как по качеству структуры закаленного слоя, так и по минимальной вероятности образования дефектов. Чрезмерно большой расход воды не улучшает качества закалки,

При закалке с самоотпуском особенно важно постоянство расхода воды в заданный промежуток времени. Это достигается только постоянством давления воды в магистрали и может быть обеспечено лишь при организации замкнутых циркуляционных систем.

Качество охлаждения в зиачительпоп мере зависит от равномерности омывания закаливаемой поверхности водой, а она, в свою очередь, - от конструкции спрейера, В практике охлаждения водяным душем наиболее часто используются отверстия диаметром от 1,5 до 2,5 мм, расположегшые на расстоянии 3-7 мм друг от друга. При таком расположении на ! см° поверхности спрейера приходится 2-10 отверстий. При этом отверстия занимают 10-20% от общей поверхности спрейера. От относительной площадки отверстий зависит скорость выхода струн (при постоянном расходе воды). При расходе воды 0,1 м/(с.м) для спрейера с относительной суммарной поверхностью отверстий 20% скорость струй в момент выхода составит 0,5 м/с. Уменьшением относительной площади отверстий и увеличением давления в магистрали можно значительно увеличить скорость выхода струй, которую практически получают до 20 м/с, что достигается при диаметре отверстий 1,5 мм, расстоянии между ними 6 мм и расходе воды 1 мЗ/(с.м2).

Большая скорость истечения струи способствует интенсификации охлаждения, однако конструкция спрейера при этом не позволяет получить однородного охлаждения поверхности, так как тонкие струи воды разрозненно падают на нагретую поверх-

isisiaisisi


Рис. 5.16. Схема щелевого спрейера

яость и вызывают быстрое местное точечное охлажде- Вода

ние. Неоднородность охлаждения может служить причиной появления микротрещин. 0 ♦

При непрерывно-последовательной закалке вода чаще всего подается непосредственно из индуктирующего провода. Угол падения струи воды на поверхность изделия равен 30-40°. При большем угле падения струй воду можно подливать под индуктор, особенно если поверхность изделия обработана грубо. Меньший угол может не обеспечить необходимой резкости охлаждения в первый период, и распад ауетенита в верхнем интервале температур не будет предотвращен. Однако варьированием угла падения струй воды иногда пользуются для увеличения глубины прогрева при последовательной закалке. Уменьшение угла падения воды отодвигает зону начала охлаждения и, следовательно, увеличивает паузу между окончанием нагрева и началом ускоренного охлаждения.

Следует обращать внимание на качество изготовления спрейера ддя душа: отверстия должны быть просверлены так, чтобы струи воды, попадая па поверхность изделия, образовывали кольцо. В противном случае возможно образование трооститных пятен на закаливаемой поверхности. Однако и при правильном расположении душевых отверстий на поверхности деталей часто образуется тонкая спираль с твердостью, пониженной по сравнению ..Нормальной на 2-3 ед. по HRC.,. Микроисследование показывает, что тонкая полоска имеет структуру игольчатого троостита. Глубина распростра1Дсння такой структуры составляет сотые доли миллиметра, и при последующем шлифовании изделия мягкие участки полностью снимаются. Если изделие после закалки шлифованию не подвергают, то спираль с пониженной твердостью нежелательна. Во избежание появления спирали устанавливают дополнительный душ.

Лучшие результаты по равномерности охлаждения достигаются при использовании щелевых спрейеров (рис. 5.16), у которых имеется камера, где отдельные струи сливаются в общий поток воды. Однако интенсивность такого охлаждения понижена.

При непрерывно-последовательной закалке со сквозным прогревом необходимо отводить большое количество теплоты. Короткие спрейеры оказываются недостаточно эффективными, поэтому размеры спрейеров увеличивают. Для обеспечения условий свободного удаления отработанной воды делают секционные спрейеры и спрейеры с продольными щелями.

Использование воды при закалке деталей сложной формы или изготовленных из некоторых марок легированной стали часто оказывается нежелательным из-за опасности образования закалочных трещин. В этих случаях для душевого охлаждения могут приме-



няться разного рода эмульсии и водные растворы. Эмульсии чаще всего изготовляют на основе эмульсолов, которые смешивают с водой. Состав эмульсии может быть различным и каждый раз устанавливается опытным путем с таким расчетом, чтобы осуществилась закалка на нужную твердость з опасности образования TpeiltHH. Обычно количество эмульсола в эмульсии составляет 3-6%. Некоторые составляющие эмульсола всплывают на поверхность воды, поэтому в процессе работы эмульсия должна перемешиваться. Состав эмульсии с течением времени меняется, и для сохранения постоянства условий охлаждения необходимо систематически контролировать ее состав. Эмульсия подается чаще всего насосом под давлением 0,2-0,3 МПа. Для охлаждения нагретого изделия до одинаковой температуры общий расход .1 эмульсии несколько превышает расход воды, так как коэффициент теплоотдачи в первом случае меньше. Обычно это учитывается при установлении продолжительности охлаждения.

В качестве охлаждающей среды применяют водный раствор поливинилового спирта, который по своим характеристикам как охладитель близок к маслу. Исследование охлаждающей способности растворов поливинилового спирта показало, что на поверхности изделия образуется тонкая пленка поливинилового спирта, которая создает тепловой барьер с малой теплопроводностью. Наилучшие результаты получены при концентрации поливинилового спирта 0,05%. Особо следует отметить малую интенсивность охлаждения таким раствором в интервале температур ниже 300 °С. Здесь скорость охлаждения составляет 60-40 °С/с. Недостатком растворов поливинилового спирта является склонность их к образованию пены. Для успешного применения их в промышленном масштабе при душевом охлаждении должны быть разработаны пеногасители.

На рис. 1.20 приведены данные исследования охлаждающей способности масляного душа в сравнении с охлаждением погружением в воду и масло. В области минимальной устойчивости аустенита скорость охлаждения даже при давлении в магистрали 0,2 МПа достаточна для закалки на мартенсит ереднеуглеродистой стали марки 45 или 50. Небольшая скорость охлаждения вмомент аустенитно-мартенситного превращения сильно уменьшает возможность образования трещин при закалке деталей сложной формы. Однако при использовании в качестве охлаждающей среды масляного душа необходимо создание специальной замкнутой системы снабжения закалочных устройств маслом, поддержание определенной температуры масла и т. п. В первый момент попадания масла на разогретую поверхность возможно возгорание масла, появляется дым, что требует усиленной вентиляции. При непрерывно-последовательном способе закалки во избежание постоянного горения масла нагрев производится под слоем масла или в нейтральной газовой среде. Однако, как показывает практика, эти трудности преодолимы, и в настоящее время созданы 186

полуавтоматические станки для одновременной и непрерывно-последовательной закалки, в которых применен масляный душ.

Для душевого охлаждения фирма ФРГ рекомендует 0,15- 0,6%-ные водные растворы аквапласта при расходах 0,2- 0,3 м/(с-м*). При таком расходе этот раствор в интервале температур минимальной устойчивости аустенита охлаждает, как слабый водяной душ, а в нужном интервале в период образования мартенсита - как интенсивный масляный душ. Эта охлаждающая среда испытана и успешно применяется на отечественных автомобильных заводах (КАМАЗ, ЗИЛ).

На Ярославском моторном заводе в качестве охлаждающей среды предложен водный раствор акриламида, названный авторами ЗСП-1. Эта закалочная среда применяется и еще на некоторых машиностроительных заводах. Однако ее свойства уступают свойствам раствора аквапласта.

Во ВНИИТВЧ разработана среда, представляющая собой 8-12%-ный водный раствор триэтаноламина с добавкой 0,3- 0,8% поливинилового спирта (ТЭАПС). Свойства среды близки к свойствам водного раствора аквапласта. При рекомендуемых концентрациях триэтаноламина она нетоксична.

В специфических случаях при поверхностной закалке массивных изделий на большую глубину требуется получить в закаленном слое невысокую твердость, свойственную структуре троостита или троостосорбита (30-40 HRCg). Такая структура получается при умеренной скорости охлаждения, обеспечивающей превращение аустенита в верхнем интервале температур. Поэтому при закалке на трооетит или троостосорбит разрабатывают специальные приемы охлаждения применительно к конкретной детали. Трудность решения этой задачи связана с тем, что при закалке с целью получения промежуточных структур удовлетворительные результаты возможны только в сравнительно узком интервале скоростей охлаждения. Для умеренной скорости охлаждения следует ярименять водовоздушные смеси, подаваемые через cnej циальные форсунки. Охлаждающая способность водовоздушной смеси зависит от соотношения количества воды и воздуха и может регулироваться соответствующей настройкой форсунок. Так как полученные результаты зависят не только от свойств охлаждающей смеси, но и от конструкции спрейера, размеров изделия, глубины прогрева и т. п., трудно дать универсальные рекомендации по применению охлаждения водовоздушной смесью, и в каждом случае необходимая интенсивность охлаждения должна быть подобрана опытным путем.

5.4. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ОБРАБОТАННЫХ ИЗДЕЛИЙ

При термической обработке со сквозным высокочастотным нагревом контроль качества обрабатываемых изделий производится общепринятыми методами. В зависимости от требований, предъяв-



ляемых к той или иной детали, контроль может быть ограничен! измерением твердости или определением механических свойств:, временного сопротивления, предела текучести, относительного, удлинения, сужения, ударной вязкости. В отдельных случаях; могут быть проведены исследования специальных свойств. Места исследования и методику изготовления образцов для испытаний обычно оговаривают в технических условиях на** термическую обработку.

При поверхностной закалке изделий наличие твердого поверхностного слоя и мягкой сердцевины, а также возможность местной термической обработки вносят определенные особенности в построение контроля качества термически обработанного изделия. В этом отношении методика исследования закаленных изделий близка к методике исследования изделий после цементации.

В серийном производстве термическая обработка производится по заранее разработанному технологическому процессу. Однако наруше!!ие условий, определяющих режим нагрева и охлаждения, приводит к получению брака. Поэтому на практике одним из элементов контроля качества закалки является контроль соблюдения техноло) ического режима. Оператор или контролер систематически следит за показаниями приборов, состоянием закалочной аппаратуры, проверяет выполнение режима по технологической карте. В 1юследнее время разработаны и применяются в промышленности системы полной авто.чагизацнн и регулирования технологического npoueci:a высокочастотной термической обработки с помощью пlкpoпp(Лeccoпп>Ii техники.

В тех[1.)Логической карге по nuBcjtxhocTHofl закалке приводится эскиз .детали с yKasaHJieM зака.тиваемой з(ны. Здесь же в случае местной мкалкп можсл <biii, ипка ianu ниложение индуктора отно-сигсльио детали и ук;иь( те ве.чичиньг, которые лолжяы быть замерены -ьт.ч нриверкл нравпльноли установки детали и индуктора. На у![иверсальн1лм с1анке г.о.чтроль правильности установки изделия может применяться при закалке каждой детали. В таких случаях для ускорения процесса контроля разрабатывают спе-1!,иалыт1.1е шаблоны. В технологпче-кцх картах указывают подго-тоигмельпые одерапии. К }И.м относится прежде всего заделка отверстий на закаливаемой поверхносгн. Кроме того, может быть предус,\!отреи BueuHinn осмотр и.зделйн с указанием возможных дефектов, натичие которых нскл(ючает получение после закалки удовлетворительных сзойств.

Контроль основных параметров нагрева - скорости и температуры нагрева - в условпях производства затруднен. Иногда процесс автоматизируется lio сигналу фотоэлектрического пирометра npii достижении заданной 1емлерэтуры, что также должно быть (jipa&vHO в ге\нс,л.;1гическон карте.

Электрические параметры определяют режим нагрева только в том случае, ести правильно собран колебательный контур, состоящий из нескольких элементов: закалочного трансформатора,

индуктора, конденсаторной батареи и др. При работе на специализированных станках эти элементы неизменны и в технологической карте могут быть не отражены. Достаточно указать тип и номер станка. На универсальных станках электрическая схема изменяется при переходе от обработки одной детали к обработке другой и перечисленные элеме(!ты электрической схемы должны быть указаны в технологической карте.

Продолжительность нагрева устанавливают по реле времени, которыми обычно снабжены генераторы. При кратковременных нагревах предпочтительны электронные реле, позволяющие достаточно точно фиксировать десятые доли секунды.

Кроме контроля соблюдения технологического режима выполняется контроль- качества готовой продукции. В настоящее время разработаны и для некоторых деталей применяются физические методы контроля качества изделий. Такие методы позволяют осуществлять контроль по твердости и глубине закаленного слоя 100% обработанных детален. Физические методы исследования и аппаратура не являются универсальными и разрабатываются применительно к каждой детали, причем для деталей несложной формы создают автоматы, отбраковывающие детали, которые НС удовлетворяют требованиям. Методика контро.тпрования и соответствующая аппаратура описываются в специальной литературе.

к числу методов, применяемых при массовом контроле в серий-iii)M производстве, могут бы1> 1акже orneceni.i слети<лцпе: впещ-нпп осмотр; определение твердости зака.те[1ной иоверхпостп; проверка на трещины; определение г.тубнны, а также качества за-кп.тепного слоя.

Внешний осмотр позво.тяет неносргдсттенип после закалкн обнаружить сравнительно крупные трещины. Можно определить расположение закаленного слоя при меггноп закалке, хотя четкие границы без соответствукшей оОиаботкн поверхности выявить затруднительно. У каждой дсл<мп илеьися зоны, в киторых наиболее вероятно появление закалочных де(.х?ктов, поэтому часто осматривают только «уязвимые места».

Твердость закаленной поверхности в некоторых ответственных случаях проверяется на каждой детали. Наибо.тее удобно измерять твердость (HRCa) на приборе Роквелдя алмазным конусом. При поверхностной закалке можно с достаточной точностью измерять твердость по Роквеллу на поверхности, специально не подготовленной для измерений, так как получающаяся при закалке оксидная пленка тонкая и не отражается на показаниях прибора, В крайнем случае оксидная пленка может быть снята шкуркой. Для большинства деталей не производится !00%-»ый контроль поверхностной твердости, В технологической карте указывается доля контролируемых деталей.

Измерение твердости по Роквеллу оставляет на поверхности отпечаток глубиной 0,10-0,15 мм. Для деталей, подвергаемых



[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]

0.0015