Для повышения качества металлических изделий посредством увеличения их износостойкости и прочности чаще всего используется поверхностная или объемно-поверхностная индукционная закалка. Такой метод термообработки металлов токами высокой частоты (ТВЧ) открывает широкие перспективы в машиностроении, станкостроении, авиастроении и других отраслях. Однако, сама по себе установка индукционной закалки не поможет в решении поставленных задач – необходимо понимать суть тех сложных процессов, которые протекают при термообработке металлов, и грамотно это знание применять.
В настоящее время, практически, все цветные и черные металлы (как в чистом виде, так и в виде сплавов) находят свое применение в различных производственных сферах человека. При этом, более 90% от общего объема используемых в промышленности металлов – это железо, а также его сплавы с другими химическими элементами, в том числе с углеродом.
В последнем случае речь идет о стали, которая после закаливания приобретает новые физические свойства, такие как прочность, упругость, износостойкость и жесткость. Здесь нужно отметить, что в зависимости от общего количества углерода в сплаве, стали разделяют на три группы: низкоуглеродистые, когда содержание углерода не больше 0,25%; среднеуглеродистые – от 0,3 до 0,6%; высокоуглеродистые – больше 0,6%. Стали первой группы закаливаются при температуре в пределах 727-950°С, тогда как для сплавов второй и третьей группы температура закаливания варьирует в диапазоне 680-850°С. Что касается понятия «углеродистая сталь», то в таком сплаве отсутствуют добавки каких-либо легирующих элементов, а небольшое количество иных примесей обусловлено исключительно технологией выплавки.
На первом этапе закалки, т.е. при нагревании металла, карбид железа (FeC) начинает распадаться до образования твердого раствора углерода (аустенита), который равномерно распределяется внутри обрабатываемого сплава. Далее, в зависимости от того, насколько быстро происходит охлаждение, из аустенита может образоваться перлит, сорбит или мартенсит. Причем, мартенсит характеризуется наибольшей твердостью, а его жесткость прямо зависит от общего количества углерода в сплаве.
Перед началом закалки необходимо провести специальную термическую обработку изделия, которая должна устранить имеющиеся внутренние напряжения механического характера, а также наклепы и другие изъяны. Таким образом, предварительная нормализация подготавливает структуру металла для дальнейшей индукционной термообработки.
В процессе нормализации заготовка нагревается до определенной температуры, которая выше температуры закаливания, после чего осуществляется охлаждение на воздухе. Для примера можно взять заготовку из стали марки СТ45. Температура ее отжига составляет 820-840°С, а при нормализации металл нагревают до 850-870°С. Данная операция применима не только ко всему изделию, но и к отдельнымего зонам.
При осуществлении этого процесса используется индукционный нагреватель для закалки металла, представляющий собой катушку из нескольких витков медного проводника. В большинстве случаев вместо проводника применяется медная полая трубка, через которую, с целью охлаждения индуктора, пропускается вода или другая охлаждающая жидкость.
После помещения заготовки в индуктор через него пропускают переменный электрический ток, что влечет за собой формирование переменного магнитного поля, пронизывающего обрабатываемую деталь. В следствии воздействия магнитных силовых линий на заготовку, в ее поверхностном слое возбуждаются, так называемые, токи Фуко – вихревые токи, вызывающие достаточно быстрый нагрев металла.
Следует отметить, что распределение индукционных токов неравномерно и они по большей части протекают в поверхностном слое, поэтому от индуктора нагревается только эта область заготовки, а ее сердцевина получает тепло, благодаря теплопроводности металла. Толщина нагреваемого поверхностного слоя непосредственно зависит: от заданной частоты переменного тока, протекающего в индукторе; магнитной проницаемости закаливаемого материала и его удельного сопротивления. Так как в процессе индукционной закалки невозможно изменить последние два параметра, то глубину прогрева регулируют частотой электрического тока – чем больше значение частоты, тем тоньше прогреваемый слой. Например, чтобы прогреть до нужной температуры слой толщиной 4 мм, необходимо пропустить через индукционный нагреватель для закалки переменный ток с частотой 20 кГц, а для слоя толщиной 1 мм потребуется частота свыше 100 кГц.
На выбор рабочей температуры закалки, в первую очередь, влияет тип обрабатываемого материала. Дело в том, что каждый металл имеет свой уровень нагрева, при котором осуществляется образование аустенита. Например, для многих марок сталей такой уровень находится в диапазоне 700-900°С. В то же время, температура закалки металла не должна быть очень высокой, иначе это может привести к критическому перегреву или плавлению заготовки.
Данный процесс необходим для быстрого охлаждения обрабатываемого металла с целью своеобразного «замораживания» аустенитной структуры и последующего ее преобразования в мартенсит, благодаря чему металл приобретает новые свойства – высокую прочность и твердость.
Среди самых распространенных способов охлаждения необходимо выделить следующие:
В настоящее время используется несколько эффективных способов индукционной закалки стали:
При этом, скорость перемещения индукционного нагревателя относительно изделия устанавливают с учетом того, какую конкретно толщину поверхностного закаливания требуется достичь. К примеру, для толщины слоев закаливания 1-10 мм и при частоте электрического тока в индукторе 500-10 кГц, постоянная скорость взаимного перемещения находится в диапазоне 0,3-3 см/сек.
Здесь следует отметить, что индукционный станок для закалки металлов является ключевым элементом рассматриваемого метода термообработки.
В состав индукционного закалочного комплекса входит:
Приобрести современные и высокоэффективные закалочные станки можно в компании "Мосиндуктор" https://www.mosinductor.ru/productsiya/induktsionnye-zakalochnye-stanki/
Автор статьи директор компании «Мосиндуктор»
© 2025 Кучеров Вячеслав Васильевич
Авторские права защищены.
Гарантируется судебное преследование
за размещение статьи или ее части
на любом сайте кроме www.mosinductor.ru
Примечание: Допускается использование студентами для дипломных и курсовых работ.
