ТЕРМООБРАБОТКА ТОКАМИ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ

АННОТАЦИЯ

В статье рассмотрен процесс термической обработки распределительного вала посредством закалки с помощью ТВЧ.

ABSTRACT

The article describes the process of heat treatment of the camshaft by quenching with HFC.

Прочность многих стальных изделий зависит от состояния рабочей поверхности. Одним из способов поверхностного упрочнения является закалка токами высокой частоты (ТВЧ). Закалка ТВЧ является самым высокопроизводительным и распространённым методом при крупносерийном изготовлении деталей. Такой обработке можно подвергать не только всю деталь, но и отдельные части, которым необходимо предать те или иные свойства. Благодаря обработке ТВЧ увеличивается прочность и твердость изделий, тем самым продлевается срок службы. В случае термообработки распределительного вала автомобиля, работающего в сложно напряженных условиях, необходимо получить необходимые механические свойства, которые будут удовлетворять условиям работы данной детали.

Цель любого процесса термической обработки состоит в том, чтобы нагревом до определенной температуры с последующим охлаждением, вызвать желаемое изменение структуры металла и получить заданные свойства. Наиболее благоприятное сочетание прочности, пластичности и вязкости, а также уменьшение напряжений второго рода сталь приобретает в результате закалки и последующего отпуска. Закалка должна обеспечить получение струк­туры мартенсита без участков троостита и допускается минимальное коли­чество остаточного аустенита. Остаточный аустенит обладает пониженным пределом упругости, что снижает сопротивление стали малым пластическим деформациям. Последующее превраще­ние остаточного аустенита в мартенсит вызывает понижение релаксационной стойкости и склонность к замедленному разрушению. Для снижения склонности стали к хрупкому разрушению и понижения температуры перехода из вязкого состояния в хрупкое, необходимо стремиться к получению при нагреве под закалку мелкозернистого аустенита и снижению уровня внутренних напряжений при закалке.

В работе исследовали распредвал, изготовленный из стали марки 40. Сталь конструкционная углеродистая качественная. Используется для производства тяжело нагруженных деталей машин.

Таблица 1

Химический состав стали 40, %

Технологический процесс закалки сводится к нагреву стали до температуры выше фазовых превращений, выдержке при данной температуре и быстрому охлаждению со скоростью больше критической. При нагреве стали до температуры 820-850°С, сталь с исходной структурой перлит и феррит нагревается до аустенитного состояния и при охлаждении со скоростью больше критической получается мартенсит.

Первое превращение в стали происходит при температуре около 727 ºС. Оно состоит в превращении феррито-перлитной смеси в аустенит, являющийся твердым раствором внедрения углерода в γ -Fe, содержащий при этой температуре 0,4 % углерода. Температура превращения в аустенит является первой критической точкой (Ас₁). При этой температуре вследствие аллотропического превращения α - Fe → γ - Fe, образуются более равновесная фаза-аустенит, обладающая меньшим запасом свободной энергии. В ней растворяется весь углерод.

Таким образом, при нагреве стали до точки Ас₁ после определенной выдержки (необходимой для протекания приводящих к равновесию диффузионных процессов), доэвтектоидная сталь приобретает равновесный состав соответственно: Ф + П → А.

При охлаждении со скоростью выше критической скорости аустенит превращается в мартенсит закалки. Структура закаленной стали является нестабильной, возникают большие внутренние напряжения, придающие стали повышенную хрупкость. Поэтому для снятия внутренних напряжений и повышения вязкости закаленную сталь подвергают отпуску. Цель отпуска — устранить или умень­шить напряжения в стали, повысить вязкость и понизить твер­дость. Для распределительных валов отпуск проводят при температуре около 500-520 ºС.

В результате превращения образуется сорбит отпуска - одна из структурных составляющих сталей и чугунов. Представляет собой высокодисперсную разновидность перлита-эвтектоидной смеси феррита и цементита. Твёрдость, прочность и ударная вязкость сорбита выше, чем перлита. По степени дисперсности и твердости занимает промежуточное положение между перлитом и трооститом. Сорбит образуется в результате распада аустенита при температурах около 650 °С при охлаждении (так называемый сорбит закалки) и из мартенсита при отпуске (сорбит отпуска).

Таблица 2.

Достоинства и недостатки процесса закалки с помощью ТВЧ

Индукционный нагрев ТВЧ является уникальным методом термической обработки, потому что позволяет обрабатывать металл и производить различные тепловые операции с деталью. В последнее время все больше предприятий стараются наладить процесс обработки ТВЧ на своем производстве, так как данный процесс является экономически выгодным для серийного производства.

Список литературы:

1. Иванцивский В.В., Скиба В.Ю., Зуб Н.П. Методика назначения режимов обработки, обеспечивающих рациональное распределение остаточных напряжений при поверхностной закалке ВЭН ТВЧ // Научный вестник НГТУ. -2010. -№ 3 (32). - С. 83-94.
2. Особенности упрочнения поверхности стали при высокоэнергетическом нагреве токами высокой частоты и ливневом охлаждении / В. В. Иванцевский, В. Я. Скиба, И. А. Батаев, Д. В. Лобанов, Н. в. Мартюшев, О. В. саха, И. В. Хлебова / серия IOP Conference: Материаловедение и техника. - 2016. - №.156. - P.012025.