Поверхневе гартування сталі

Поверхневе гартування відбувається внаслідок швидкого нагрівання тільки поверхневої зони сталевої заготовки до тем­ператур аустенітної області з подальшим охолодженням зі швид­кістю, не меншою за критичну. Внутрішня зона (осердя), яка не зазнала фазових перетворень, залишається незагартованою. Мета поверхневого гартування — висока твердість поверхні в поєднанні з в'язким осердям, підвищена зносостійкість і грани­ця витривалості.

Поверхню заготовок нагрівають до температур фазових пе­ретворень струмами високої частоти (СВЧ), полум'ям пальни­ків, лазерним променем, в розплавлених легкоплавких мета­лах або солях та іншими методами.

Рисунок 13 - Поверхневе гартування струмами високої частоти:

1 — заготовка; 2 — індуктор; 3 — пристрій для охолодження

Для нагрівання струмами високої частоти заготовку 1 (рисунок 13) вставляють в індуктор 2 (соленоїд) з деяким зазором. Кожній заготовці потрібен окремий індуктор відповідно до її форми й розмірів. Індуктор — це електропровідна мідна труб­ка, всередині якої циркулює вода для охолодження. Струм висо­кої частоти створює змінне електромагнітне поле. Воно індукує в заготовці вихрові струми, які швидко нагрівають її поверх­ню. Що більша частота струму, то менша глибина його проник­нення (глибина нагрівання). Час нагрівання перебуває в межах від 2 до 50 с. Висока швидкість нагрівання зсуває фазові пере­творення в зону підвищених температур (див. рисунок 1) порів­няно з повільним нагріванням у печі.

Для живлення індуктора використовують машинні або лам­пові генератори. Машинні генератори виробляють струм часто­тою 500...15 000 Гц, лампові — до 10⁷ Гц. Лампові генератори використовують для утворення загартованого шару завтовшки від 0,1 до 2 мм, машинні — понад 2 мм. Нагріту заготовку негайно охолоджують у спеціальному пристрої 3, через отвори якого інтенсивно подається охолодна рідина.

Часто заготовку після нагрівання вкидають у посудину з рідиною.

Перевагами нагрівання СВЧ є висока продуктивність, мож­ливість уникнути оксидації й зневуглецьовування поверхні за­готовки, точно регулювати глибину гартування й автоматизу­вати процес. Недоліком методу є висока вартість генераторів СВЧ, а також необхідність виготовляти окремий індуктор для кожної заготовки та потреба індивідуально добирати режим об­робки. Високочастотне гартування широко застосовують для заготовок, виготовлених з дешевих вуглецевих сталей із вміс­том вуглецю понад 0,4 % в умовах серійного й масового вироб­ництва.

Полуменеве поверхневе нагрівання до температури аустеніт­ної області застосовують переважно для габаритних виробів в одиничному виробництві. Нагрівають поверхні під гартування газокисневими пальниками ацетиленом або природним газом. Услід за пальником пересувається пристрій з охолоджуваль­ною рідиною. Товщина загартованої зони становить 2...4 мм. Недолік методу полягає у тому, що складно регулювати темпе­ратуру нагрівання.

Нагрівання лазерним променем до високих температур три­має всього 10 ³...10 ⁷ с, після чого від нагрітої поверхневої ділян­ки малого об'єму дуже швидко відводиться теплота холодним металом і відбувається гартування. Лазери — це квантові гене­ратори світла, енергія якого перетворюється в теплоту. Лазерне випромінювання характеризується вузьким пучком висококонцентрованої енергії, що її випромінюють тверді тіла (рубін, іт­рій, скло) або гази (Не, Ке, Аг, СО2,). Лазерне випромінювання особливо ефективне для виробів зі складною поверхнею. Тов­щина зміцненого шару не перевищує 0,1...0,15 мм.

Нагрівання розплавленими легкоплавкими металами або солями поверхневих шарів виробів до аустенітного стану засто­совують під час гартування невеликих заготовок простої геомет­ричної форми.