ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ ТЕРМООБРАБОТКИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» (ДГТУ)
Методические указания К лабораторному практикуму По курсу «УПРОЧНЕНИЕ ПОВЕРХНОСТИ КОНЦЕНТРИРОВАННЫМИ ПОТОКАМИ ЭНЕРГИИ»
Ростов-на-Дону
Лабораторная работа №1 ВЫСОКОЧАСТОТНАЯ ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ Цель работы: ознакомление с возможностями термической обработки сталей и сплавов с нагревом токами высокой частоты (т.в.ч.) для получения упрочненных слоев, изучение их структуры и свойств.
ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ ТЕРМООБРАБОТКИ В инженерной и исследовательской практике часто приходится решать задачи поверхностного упрочнения сталей и сплавов для повышения твердости и износостойкости изделия при сохранении пластичной и вязкой сердцевины. Этого можно достигнуть путем химико-термической обработки (например, цементации). После закалки такого изделия поверхностный слой получает структуру мартенсита, а сердцевина не закаливается. Поскольку процесс насыщения поверхности стали углеродом (например, до 0,8%) протекает очень медленно, требует громоздкого оборудования, больших затрат энергии для нагрева всей массы изделия и поддержания его температуры в течение продолжительного времени, то очевидно, насколько дорогостоящей оказывается химико-термическая обработка. В методе поверхностной закалки стали при нагреве т.в.ч. в отличие от обычного (печного) нагрева тепло генерируется непосредственно в самом изделии, в слое металла, подлежащем закалке, то есть в основном на тех участках детали, которые подвержены воздействию переменного магнитного поля. Это обеспечивается так называемым скин-эффектом (поверхностным эффектом), сущность которого сводится к тому, что плотность переменного тока, протекающего через проводник, значительно выше на поверхности, чем во внутренних слоях проводника. Рассмотрим принципиальную схему нагрева (рисунок 1). Переменный электрический ток подводится к индуктору 2. Закаливае- мую деталь 1 помещают в индуктор. Внутри индуктора возникает переменное магнитное поле, индуктирующее в поверхности детали электродвижущую силу, под действием которой в металле возникают электрические вихревые токи (токи Фуко), вызывающие нагрев детали до высокой температуры.
закалочная жидкость (спрейером может служить сам индуктор в виде полой трубки с отверстиями). Таким образом, деталь нагревается на определенную глубину, а сердцевина незначительно или вообще не нагревается. Основными параметрами, влияющими на глубину проникновения тока, являются его частота и магнитные свойства нагреваемой детали. Глубина проникновения тока в металле (h) определяется по формуле:
где r - удельное электросопротивление, m - магнитная проницаемость, f– частота тока, Гц. Как видно из таблицы 1, с ростом частоты тока глубина его проникновения уменьшается, а при потере поверхностным слоем детали ферромагнитных свойств значительно увеличивается. Последнее происходит, когда магнитная проницаемость m приближается по величине к единице, что имеет место при нагреве в случае образования неферромагнитной фазы, например, аустенита из перлита выше критической точки А1, либо выше точки Кюри феррита (768оС). Таблица 1.Глубина проникновения тока в деталь из стали 45
полной закалки температуру нагрева приходится повышать. При этом степень влияния скорости нагрева на температуру закалки зависит от фазового состава, дисперсности и характера распределения фаз в исходной структуре стали. При определении значений оптимальных параметров высокочастотной термообработки пользуются диаграммами оптимальных режимов закалки обрабатываемого материала. Они представляют зависимость температуры закалки от скорости нагрева в области фазовых превращений и состоят из трех температурных интервалов: области недогрева, области оптимальных температур закалки и области перегрева. На рисунке 3 представлены такие диаграммы для конструкционной стали 50. Зная скорость нагрева поверхностного слоя детали выше перегиба на термической кривой, легко определить оптимальную температуру закалки.
Диаграммы такого типа построены и имеются в справочной ли- тературе для большинства материалов, подвергаемых высокочастотной термообработке в обширном интервале скоростей нагрева. В ряде случаев на диаграммах указывается твердость, прочность и структура, которые имеет материал после высокочастотной термообработки в той или иной области температур и скоростей нагрева. Результаты высокочастотной закалки зависят от выбора марки стали, ее предварительной обработки, режимов нагрева и охлаждения при закалке и последующем отпуске, если таковой проводится. По сравнению с закалкой после печного нагрева высокочастотная закалка придает материалу более высокую твердость и прочность при относительно меньшем снижении ударной вязкости.
Это связано с неоднородностью состава аустенита, в результате чего отдельные участки могут быть обогащены углеродом выше средней концентрации, а после закалки иметь повышенную твердость. Вместе с тем при индукционном нагреве обеспечивается более мелкое зерно аустенита 12-14 балла (в печи – 7-8 балла), что дает возможность получить более благоприятное сочетание проч- ностных и пластических свойств. Индукционная закалка упрочняет стали на глубину 1-6 мм. При этом на поперечных шлифах закаленный слой имеет пониженную травимость (рисунок 4) Повышается усталостная прочность изделий вследствие формирования в поверхностном слое остаточных напряжений сжатия. При работе изделия остаточные напряжения сжатия ослабляют растягивающие (разрушающие) напряжения, возникающие от внешних сил на поверхности детали.
В отличие от структуры закалки после печного нагрева, при индукционной закалке, проведенной по оптимальным режимам, сталь имеет строение мелкоигольчатого или чаще скрытокристал- лического мартенсита (рисунок 5,б). Он характеризуется меньшей хрупкостью, повышенными прочностью, твердостью и износостойкостью. Высокочастотный нагрев изделий производят в индукторах, изготовленных из медных трубок, по которым для охлаждения пропускают воду. Охлаждение детали обычно душевое (спрейерное). Индуктор получает питание от специальных высокочастотных генераторов с электромашинным или ламповым (полупроводниковым) преобразователем частоты. В зависимости от размера, формы детали, предъявляемых к ней требований индукционную закалку производят следующими основными способами: одновременным нагревом всей поверхности детали с последующей закалкой, непрерывно-последовательным, когда поверхность длинномерной детали поочередно термообрабатывается при перемещении ее в индукторе и последовательным. Для этого высокочастотный генератор кратковременно включают и поверхностный слой нагревается до необходимой температуры отпуска. Следует отметить, что, как и при нагреве под закалку, с увеличением скорости нагрева температурный интервал превращений при отпуске смещается в высокотемпературную область. При индукционной закалке часто применяют самоотпуск непосредственно после закалки. В этом случае охлаждение прерывается с таким расчетом, чтобы от сохранившегося в детали тепла произошел отпуск закаленного слоя детали. Как и при электроотпуске, температура самоотпуска обычно превышает температуру отпуска в печи.
Популярное: Личность ребенка как объект и субъект в образовательной технологии: В настоящее время в России идет становление новой системы образования, ориентированного на вхождение... Генезис конфликтологии как науки в древней Греции: Для уяснения предыстории конфликтологии существенное значение имеет обращение к античной... Почему люди поддаются рекламе?: Только не надо искать ответы в качестве или количестве рекламы... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (563)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |