1.1.4 Упрочнение деталей поверхностной закалкой.

Поверхностной закалке подвергают такие детали, как шестерни, валы, оси, кулачки, пальцы для муфт, работающие на истирание и подвергаемые дина­мическим (ударным) нагрузкам. Для таких деталей необходимы высокая твердость и износостойкость поверхностного слоя, а их сердцевина должна быть вязкой и иметь повышенную усталостную прочность. Перечисленное сочетание свойств можно придать изделиям, применив индукционную за­калку токами высокой частоты (ТВЧ).

При закалке ТВЧ деталь или участок детали, который необходимо зака­лить, помещают в индуктор, изготовленный из медной трубки, в которую подается охлаждающая вода. К индуктору через трансформатор от специ­ального генератора подводится ток высокой частоты (8 - 500Гц). Внутри ин­дуктора возникает переменное магнитное поле, индуктирующее 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 течении нескольких секунд. Охлаждение деталей при поверхностной закалке в основном дешевое. После закалки детали подвергают низкому отпуску. Толщина закаленного слоя со­ставляет 1-1- мм, ее можно регулировать, изменяя частоту тока. В условиях серийного и массового производства, когда установка загружена полностью, этот способ закалки высокоэкономичен. Его широко применяют в машино­строении, автотракторной, электротехнической и в других отраслях про­мышленности.

Отпуск - вид термической обработки, состоящий в нагреве закаленного изделия ниже критических точек Aci в интервале 150 - 650°С, выдержке и последующем охлаждении с любой скоростью, так как при этом виде терми­ческой обработки фазовых превращений не происходит (т.е. температура от­пуска не должна превышать 727°С). Цель отпуска - ослабить или полностью предотвратить появление внутренних напряжений, возникающих при закал­ке, уменьшить хрупкость и твердость, а также повысить вязкость закаленной стали.

При отпуске закаленных сталей в результате нагрева происходит переход от более твердых, но менее устойчивых структур, к менее твердым, но более устойчивым структурам. В зависимости от температуры нагрева различают виды отпуска: низкий, средний и высокий.

Низкий отпуск - заключается в нагреве закаленной стали до 150 - 250°С, непродолжительной выдержке (от 30 мин до 1,5ч) при этой температуре и последующем охлаждении деталей в машинном масле или на воздухе. При этом в структуре стали остается мартеннсит с измененной кристаллической решеткой. После низкого отпуска твердость поверхности практически не из­меняется, но уменьшаются остаточные закалочные напряжения и несколько повышается вязкость. Такой вид отпуска применяют для режущего инстру­мента (например, сверл, метчиков, плашек, калибров, скоб, шаблонов).

Средний отпуск состоит в нагреве изделий до 300 - 500°С. В структуре об­работанной при этих температурах стали содержится в основном троостит отпуска. Детали приобретают упругие свойства при сохранении высокой прочности. Такому виду отпуска подвергают пружины, рессоры, мембраны.

При высоком отпуске стальные детали нагревают до 450 - 650°С, выдер­живают при этой температуре, а затем охлаждают для получения структуры сорбита отпуска Закалку вместе с последующим высоким отпуском назы­вают улучшением стали. После этого отпуска детали приобретают повы­шенную ударную вязкость, пластичность, но несколько пониженную твер­дость поверхности. Этому виду отпуска подвергают в основном все ответст­венные детали машин и механизмов (например валы, оси, зубчатые колеса).