Поверхностная закалка стали

Основное назначение поверхностной закалки: повышение твердости, износостойкости и предела выносливости деталей (зубьев шестерен, шеек валов, направляющих станин металлорежущих станков и др.). Сердцевина детали остается вязкой и хорошо воспринимает ударные и другие нагрузки. В промышленности применяют следующие способы поверхностной закалки: закалку с индукционным нагревом токами высокой частоты (Т.В.Ч.); с электроконтактным нагревом; газопламенную закалку; закалку в электролите. Общим для всех способов поверхностной закалки является нагрев поверхностного слоя детали до температуры выше критической точки с последующим быстрым охлаждением для получения структуры мартенсита. В серийном и массовом производстве наибольшее распространение получила поверхностная закалка с индукционным нагревом токами высокой частоты. Реже, главным образом для крупных деталей, применяют закалку с нагревом газовым пламенем.

При закалке ТВЧ деталь или участок детали, который необходимо закалить, охватывают индуктором, изготовленным из медной трубки, которая внутри охлаждается водой. К индуктору через трансформатор от специального генератора подводится ток высокой частоты от 200 до 500 КГц. Внутри индуктора возникает переменное магнитное поле, индуцирующее на поверхности детали электродвижущую силу, под действием которой в металле возникают электрические вихревые токи. Эти токи и вызывают нагрев поверхности детали до высокой температуры в течение нескольких секунд. Охлаждение деталей при поверхностной закалке, в основном, душевое, вода поступает из имеющихся на внутренней поверхности индуктора многочисленных отверстий или из дополнительного кольца. После закалки детали подвергают низкому отпуску. Толщина закаленного слоя составляет от 1 до 10 мм, ее можно регулировать, изменяя частоту тока. Из-за высокой стоимости оборудования данный способ закалки является высокоэкономичным только тогда, когда установка загружена полностью, т.е. в условиях серийного и массового производства.

Поверхностная закалка с применением электроконтактного нагрева выполняется следующим образом. Деталь нагревают до температуры закалки теплом, которое выделяется в месте контакта ее с электродом (медным роликом) специального приспособления. Охлаждение закаливаемой поверхности детали производят при помощи душа, который перемещается вслед за подвижным электродом.

Закалка с газопламенным нагревом заключается в том, что поверхность стальной детали нагревают пламенем ацетиленокислородной горелки до температуры закалки и быстро охлаждают струей холодной воды. Газовая горелка движется над поверхностью детали с определенной скоростью, а за нею с той же скоростью перемещается закалочная трубка, через которую подается вода. Этот способ закалки основан на том, что ацетиленокислородное пламя имеет температуру 2500-3200°С и нагревает поверхность изделия до температуры закалки за очень короткий промежуток времени, в течение которого нижележащие слои стали не успевают прогреться до критической точки и потому не закаливаются. Толщина закаленного слоя колеблется в пределах 2-4 мм, а его твердость составляет HRC 50-56. Газопламенная закалка вызывает меньшие деформации, чем объемная закалка, и не загрязняет поверхность детали. Для крупных деталей этот способ закалки часто экономически более выгоден, чем закалка с индукционным нагревом.

Поверхностную закалку при нагреве в электролите выполняют в 10%-ном растворе поваренной соли, поташа или кальцинированной соды. Детали, подлежащие закалке, погружают в ванну, и они являются катодом, а корпус ванны – анодом. При пропускании постоянного электрического тока через электролит вокруг катода (детали) образуется газовая оболочка, которая нарушает электрический контакт катода с электролитом, и деталь интенсивно нагревается до температуры закалки. После этого ток выключают; деталь закаливается в электролите, который омывает ее со всех сторон.

Кроме описанных применяют ряд других способов поверхностной закалки, в частности нагрев деталей под закалку в расплавленных металлах или солях. В них закаливают мелкие детали простой геометрической формы, изготовляемые в небольших количествах. Отпуск после выполнения поверхностной закалки производят с целью снятия напряжений, возникающих в зоне закалки. Это уменьшает хрупкость и повышает прочность деталей. Твердость повышается на 2-3 единицы по сравнению с обычной закалкой; улучшается износостойкость; предел выносливости возрастает в 1,5-2 раза.