Что такое ТВЧ-закалка? Компания «Тандем»

Что такое ТВЧ-закалка?

Когда металлическая деталь уже изготовлена, физические свойства материала, из которого она сделана, можно улучшить. Для этого на производстве осуществляют дополнительную обработку. Одной из таких процедур является ТВЧ — закалка стали при помощи воздействия на металл высокочастотных токов.

ТВЧ-закалка: особенности

ТВЧ-закалка представляет собой воздействие на поверхность стали высокой температурой, источником которой является электрический ток большой частоты. По завершению такой дополнительной обработки готовых изделий повышаются показатели их прочности и твердости. Это делает эксплуатационные свойства ощутимо лучше, чем без проведения данного технологического процесса. ТВЧ-закалка включает следующие поэтапные операции:

1. Нагрев изделия до высокой температуры.
2. Сохранение температурного режима на одном уровне.
3. Охлаждение изделия.

Продолжительность каждого из трех этапов может варьироваться. В зависимости от их длительности отличается глубина закалки ТВЧ. Для правильного охлаждения после термического воздействия стальную заготовку опускают в охлаждающую жидкостью либо распыляют ее на поверхность детали. Оборудование для ТВЧ-закалки подходит для ТВЧ-пайки — разница в использовании тока еще большей частоты.

Области применения

Обработка поверхности металлических изделий высокочастотными токами улучшает их характеристики. ТВЧ-закалке подвергают:

• шестерни;
• оси;
• зубья;
• шкивы;
• крановые колеса;
• валы.

Важно отметить, что для достижения улучшения характеристик изделий необходимо, чтобы углеродистая сталь, из которой они изготовлены, содержала более 0,5% углерода. В противном случае эффект от ТВЧ-закалки может оказаться около нулевым.

Плюсы и минусы технологии

Как и любой другой технологический процесс обработки металла, ТВЧ имеет свои достоинства и недостатки. Сильными сторонами такой постобработки можно назвать:

1. Регулируемую глубину закалки.
2. Возможность обработки элементов разнообразных форм и габаритов.
3. Незначительное изменение размеров после обработки, что дает возможность использования минимального припуска на готовую продукцию.
4. Отсутствие процессов окисления, так как термическое воздействие кратковременное.
5. Отсутствие нагара.
6. Сохранение изделиями мягкой середины, что дает стойкость к пластической деформации.

Слабые стороны ТВЧ:

1. Дорогое оборудование.
2. Невозможность самостоятельного изготовления индукционной установки.

Выбор температуры при ТВЧ-закалке

Подходящая температура для обработки стальной заготовки зависит от физических параметров материала:

• доэвтектоидная сталь, включающая менее 0,8% углерода, требует разогрева до 850 градусов Цельсия и быстрого охлаждения путем погружения в емкость с охлаждающей жидкостью;
• заэвтектоидная сталь, включающая от 0,8% углерода и более разогревается до 800 градусов, проходя неполную закалку.

Сталь, включающая 0,5% углерода и менее индукционному воздействию не подвергаются из-за особенностей этого процесса.

Полное завершение закалки включает устранение появившегося напряжения между поверхностью заготовки и ее сердцевиной. Делается это при помощи низкотемпературного отпуска — изделие кладут в печь, температура внутри которой составляет 200 градусов. После ее снижения деталь окончательно остывает уже при комнатной температуре.

Процесс охлаждения

Охлаждение — последний этап обработки. В нем важную роль играют две характеристики: равномерность и скорость. Возможны два сценария:

1. Помещение в ванну с охлаждающей жидкостью.
2. Распыление охлаждающей жидкости на поверхность заготовки.

Индуктор для работы с изделиями из металла включает систему охлаждения на основе медных трубок с водной циркуляцией внутри. Через специальные отверстия в трубках вода попадает на рабочую поверхность.

Индукционная установка: особенности конструкции и работы

Воздействие высокочастотными токами возможно только с использованием специальной индукционной установки, состоящей из индуктора и высокочастотного генератора. Индуктор — это катушка с закрепленной на ней медной трубкой. Его размеры и форма могут быть самыми разными и зависят от параметров обрабатываемого изделия.

Последнее устанавливают внутрь индуктора или рядом, оборудование включается и возникающее магнитное поле пропускается сквозь заготовку. Поверхностные слои металла нагреваются вихревыми токами. Для повышения глубины воздействия токов увеличивают значение их частоты.

Индуктор может иметь различную конструкцию:

• многовитковые установки для обработки колес, валов, отверстий;
• петлевые аппараты для закалки рабочих частей инструментов.
• фасонная установка для изделий сложной формы.

Кроме этого, ТВЧ-закалка может проводиться в разном режиме:

• одновременном, при котором нагревается конкретная область изделия, а после термического воздействия производится равномерное охлаждение детали;
• непрерывно-последовательном, при котором выбранные области нагреваются последовательно с помощью смещения изделия или самого индуктора, а разогретая ранее зона начинает охлаждаться.

Первый способ нуждается в задействовании большой мощности, что неизбежно ведет к большим затратам электроэнергии. Поэтому для ТВЧ-закалки изделий больших размеров принято использовать второй вид режима обработки.

Рабочему, занятому на производстве необходимо тщательно следить за тем, чтобы интервал между обрабатываемой поверхностью и индуктором оставался неизменным на всей рабочей области. Если оборудование и поверхность изделия соприкоснутся структура — материала нарушится.

ТВЧ — технологический процесс, меняющий физические свойства изделия из углеродистой стали. Термическое воздействие на заготовку токами высокой частоты повышает ее прочность и твердость. Правильная технология требует равномерного нагрева и охлаждения. ТВЧ-закалка — достаточно дорогостоящая технология и поэтому актуальна только для серийного производства металлических деталей.