Динамо-машины  Применение индукционного нагрева 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 [ 18 ] 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39

На качество закаленного т. в. ч. слоя большое влияние оказывают режим нагрева и его длительность. При одном и том же типе индуктора изменение режима нагрева на 15-20% от экспериментально установленных и принятых по техническим условиям в процессе закалки деталей типа валов приводит к изменению твердости слоя и способствует неравномерности его распределения по глубине вдоль огибающей.

Уменьшение продолжительности нагрева детали на 2 с, что соответствует примерно 10% общего времени нагрева, полностью искажает распределение закаленного слоя. Соблюдение технологических требований по энергетическому режиму нагрева и продолжительности способствует качественной закалке детали с глубиной закаленного слоя 3-4 мм до твердости HRC 49-50.

Закалка т. в. ч. втулки (рис. 31) из стали 35Л на высокочастотной установке типа ЛЗ-67 при температуре нагрева 860 plusmn; 30 deg; С и температуре охлаждающей воды от 25 до 35 deg; С производилась на двух участках: на участке А (рис. 31, а) - нагрев одновременный, продолжительность нагрева 4 с, подстуживание 0,5 с, сила тока на аноде генератора 3,1-2,7 А, напряжение на аноде 10 кВ; на участке / - закалка непрерывно-последовательная, скорость перемещения детали 5 мм/с, сила тока на аноде генератора 7,7-6,8 А, напряжение на аноде 10 кВ. lt;

Химический анализ детали из стали марки 35Л следующий (%): С 0,41; Si 0,26; Мп 0,68; S 0,017; Р 0,019; Сг 0,70; Ni 0,21.

Твердость закаленной т. в. ч. поверхности HRC 44, на участке / глубина закаленного слоя 3 мм, на участке А -2 мм.

Втулка, изготовленная из стали 35Л и закаленная нагревом т. в. ч удовлетворяет условиям чертежа.

Закалка т. в. ч. оси тормозной колодки (рис. 32) из стали 45Х производится на установке типа ЛЗ-67 непрерывно-последовательным способом. Температура нагрева 860-880 deg; С. Среда охлаждения - эмульсия; температура охлаждающей жидкости от 25 до 35 deg; С; начальная выдержка нагрева 1,5-5 мм/с; сила тока на аноде генератора 7,9-6,0 А; напряжение на аноде 7,0- 6,5 кВ.

Химический состав материала следующий (%): С 0,44; Si 0,27; Мп 0,74; S 0,024; Р 0,026; Сг 1,07; Ni 0,17.

Твердость закаленной т. в. ч. поверхности HRC 49-50, глубина закаленного слоя 3 мм. Качество закалки т. в. ч. оси тормозной колодки, как и многих других деталей, например ступицы барабана (сталь ЗЗХС) и венечной шестерни (сталь 45ХН), обеспечивает поверхностные твердость и прочность, достаточные для серийного выпуска трактора.

Поверхность стали, подвергнутая закалке с нагревом т. в. ч., имеет структуру, обладающую высокими прочностью и стойкостью против износа. На качество закаленного слоя оказывает влияние технология обработки, предшествующая непосредственно закалке т. в. ч.

Рис. 31. Характер закалки т. в. ч. втулки на ламповом генераторе: а - общий вид детали; б - макрошлиф закаленного слоя

Рис. 32. Характер закалки т. в. ч. оси тормозной колодки: а - общий вид детали; б - макрошлиф закаленной поверхности

С целью определения Влияния на ударную вязкосфь й твердость материала детали после различных режимов охлаждения при высоком отпуске до закалки т. в. ч. были проведены испытания штока из стали 45Х. По принятому технологическому процессу заготовка из стали марки 45Х в виде мерного проката 0 50 проходит общую закалку в масле и высокий отпуск при температуре нагрева 500 deg; С с охлаждением в воде до

Лтвердости HRC 46. После механической обра-.l- ботки деталь подвергается поверхностной закалке т. в. ч.

Исследуемые детали, не подвергавшиеся закалке т. в, ч., имеют следующий химический состав (%): С 0,46; Si 0,33; Мп 0,56; 5 0,028; Р 0,024; Сг 0,80 и следы никеля.

Изготовлено 24 ударных образца по схеме (рис. 33). Часть образцов подвергалась дополнительному высокому отпуску с нагревом до температуры 500 plusmn; 10 deg; С с выдержкой в течение двух часов и охлаждением в воде или на воздухе. Часть образцов дополнительному о-пуску не подвергалась.

Сравнительные характеристики (табл. 13) при испытаниях образцов под нагрузкой 3000 кгс на ударную вязкость с термообработкой и без нее показывают, что для данной марки стали охлаждение на воздухе по сравнению с охлаждением в воде не снижает твердости и ударной вязкости

1и не изменяет микроструктуры детали (рис. 34). Исследования технологического процесса и предварительного улучшения структуры стали -марки 45Х позволили заменить высокий отпуск с охлаждением в воде тем же режимом высокого отпуска с охлаждением на воздухе и последующей закалкой т. в. ч. (для упрочнения). Это позволяет получить более мелкое зерно и равномерное распределение углерода. Предварительно улучшенная сталь образует твердый раствор за более короткое время, причем однородность структуры и глубина закаленного слоя выше, чем в стали нетермо-обработанной.

Все же вне зависимости от степени подготовки стали ее структура при закалке т. в. ч. определяется скоростью нагрева и температурой, которая в отличие от других видов нагрева значительно выше точки А.

Опыты подтверждают, что если для простых углеродистых сталей (где фазовые превращения происходят быстро) не требуется повышения Лсз при увеличении скорости нагрева, то для легированных хромистых, хромоникелевых и некоторых других 108

н-в

Рис. 33. Общий вид штока, подвергнутого испытаниям на ударную вязкость

t а бл и ца 13. Результаты испытаний штока на ударную MSKcxitl,

Рис. 34. Микроструктура штока, подвергнутого испытаниям на ударную вязкость: а - охлаждение на воздухе (X 200); б - охлаждение на воде (X 200); в - без дополнительного отпуска (X 200)

сталей при непродолжительном времени нагрева (в пределах 1-10 с) требуется превышение температуры нагрева т. в. ч. на 150-250 deg; С выше, чем при газопламенном нагреве. В связи с этим контроль режимов нагрева т. в. ч. под закалку и их воспроизведение для термообработки массовых деталей приобретают важнейшее значение. Соотношения между такими параметрами, как частота электромагнитного поля, коэффициент мощности нагрузки, напряжение на индукторе и конструктивные параметры системы индуктор-деталь, становятся основными для заданной температуры и скорости нагрева.

Типовые, практически приемлемые условия нагрева и конструктивные параметры системы индуктор-деталь определяются по известной методике.

15. Особенности нагрева тел различной формы

Удельная мощность, передаваемая в металл, и длительность нагрева связаны с толщиной закаленного т. в. ч. слоя и его переходной зоной. Равноценную толщину закаленного слоя можно получить при различных удельных мощностях или при отличающемся времени нагрева, поэтому только глубина зaкaлeннofo слоя является однозначно определяющей при выборе того или иного режима нагрева.

В зависимости от состава стали и скорости нагрева на границах переходного слоя можно получить температуру, отличающуюся от на 50-200 deg; С. Переходный слой между закаливаемой поверхностью с мартенситной зоной и сердцевиной детали имеет внутреннюю температурную границу, близкую к Ас, и внешнюю с температурой, равной или несколько выше Ас.

В конце индукционного нагрева переходная зона сохраняет структуру, не потерявшую своей магнитной проницаемости, поэтому глубина проникновения тока б (см) меньше толщины переходной зоны, так как выполняется условие [1]

600

где / - частота электромагнитного поля, Гц.

В этом случае мощность, передаваемая в переходную зону, определяется главным образом теплопроводностью, а к концу нагрева детали в нее передается избыточная теплота, которая и приводит к перегреву внешней поверхности переходной зоны.

Изменением частоты тока и длительности нагрева можно добиться заданной глубины закаленного слоя с малым перегревом и узкой переходной зоной. Такие режимы недостижимы при закалке деталей с нагревом их внешними источниками теплоты.

Технология высокочастотной закалки с определением режимов нагрева и особенностей закаленного слоя и переходной зоны рассмотрена в [10] и учитывает возможности регулировки мощно

ности в процессе нагрева. Варьируя этим параметром и временем нагрева, можно выбрать толщину закаленного слоя исходя из технологических требований на условия эксплуатации закаленной детали.

Для определенного типа деталей глубина закаленного т. в. ч. слоя выбирается в пределах 1,5-6 мм и зависит не только от условий эксплуатации детали, установленной в машине, но также и от технологической обработки, предусмотренной перед закалкой т. в. ч. и после нее. Рассмотрим влияние глубины и формы закаленного т. в. ч. слоя, конфигурации и назначения закаленной детали на конкретных примерах закалки некоторых тракторных деталей.

Детали трактора типа валов, осей, полуосей работают на изгиб и кручение с резкими знакопеременными нагрузками, вызывающими усталостные трещины. К таким деталям предъявляются требования повышенного предела выносливости, что и определяет условия термообработки. Для закалки шестерен характерным условием является повышение контактной прочности.

В период освоения и промышленной эксплуатации тракторов иногда отмечались механические разрушения сателлита; шесть сателлитов в порядке поступления рекламаций были подвергнуты металлографическим и химико-термическим исследованиям.

Сателлит № 1 разрушился на три части через 2350 мото-ч работы в полевых условиях (рис. 35). Разрушения произошли по впадине зуба, где излом имеет вид усталостного разрушения. На внутренней поверхности сателлита имеются риски и надиры. На некоторых зубьях у вершин видны вмятины правильной формы со сглаженными краями, свидетельствующие о том, что сателлит некоторое время работал с попавшими на зубья кусками разрушенного подшипника. На вершинах зубьев имеются небольшие наплывы, свидетельствующие о повышенных нагрузках на зубья сателлита.

Сателлит № 2 разрушился через 1750 мото-ч работы трактора К-700. Разрушение произошло по впадине сателлита, излом имеет вид усталостного разрушения; на внутренней поверхности сателлита глубокие сглаженные риски.

Сателлит № 3 вместе с роликоподшипником разрушился через 1720 мото-ч работы трактора: Как и впредыдущих случаях, излом имеет вид усталостного разрушения, а на рабочей поверхности роликов подшипника и внутренней поверхности разрушенной внешней обоймы подшипника отмечены темные цвета побежалости от нагрева во время работы. Для других сателлитов характер излома также имеет вид усталостного разрушения. Кроме того, на отдельных участках наблюдаются небольшие следы рисок, вмятин, засветлений от трения, а также следы заедания ролика.

Микрошлифы образцов показывают, что закалка т. в. ч. проведена по технологии, соответствующей техническим условиям чертежа. Микроструктура закаленного т. в. ч. слоя во всех