Закаливаемой поверхности

Во многих случаях необходимо установить размер бывшего (т. е. существовавшего при высокой температуре) аустенитного зерна при фактически другой структуре стали, так как этот размер определяет многие свойства стали, особенно в закаленном состоянии.

Опуск при 300°С приводит к повышению предела прочности и предела упругости. Эти характеристики вследствие напряженного состояния стали в закаленном состоянии или при отпуске при низкой температуре получаются пониженными.

При закалке доэвтектоиднои стали с температуры выше Ас\, но ниже Ас3 в структуре наряду с мартенситом сохраняется часть феррита (рис. 230,а), который снижает твердость в закаленном состоянии и ухудшает механические свойства после отпуска. Такая закалка называется неполной и, как правило, ее не применяют.

Во многих сортах стали в закаленном состоянии содержится повышенное количество остаточного аустенита. Если точка конца мартенситного превращения лежит ниже 0°С (например, в углеродистой стали при содержании углерода более 0,5%, см. рис. 206), то, очевидно, охлаждение ниже 0°С вызовет дополнительное образование мартенсита.

Закалка стали на мартенсит — это первый этап термической обработки конструкционной стали. Низкая пластичность, значительные внутренние напряжения не допускают применения конструкционной стали только в закаленном состоянии. Необходим отпуск, повышающий пластичность и вязкость и уменьшающий внутренние напряжения.

(автор); стали в закаленном состоянии лишь

Полученный при «закалке» мартенсит обладает невысокой прочностью и очень высокой пластичностью. В таком «закаленном» состоянии сталь можно подвергать деформации, обработке резанием и другим технологическим операциям.

Типичный состав трип-стали таков: 0,3% С, 9% Сг, 8% Ni, 4% Мо, 2% Мп, 2% Si или 0,25% С, 25% Ni, 4% Мо, 1,5% Мп. Есть и другие составы трип-стали, в 'которые, для того чтобы обеспечить трип-эффект (точки Мя и MD в закаленном состоянии ниже комнатной температуры, а в наклепанном Мн ниже, a MD выше комнатной температуры), вводят большое количество легирующих элементов. Деформация, которая должна быть значительна (60—80%), производится в районе температур 400— 500°С.

Сталь марки У7А — доэвтектоидная сталь и закаливается с температуры-выше кинетической точки Ас3. Стали У8А и У9А — эвтектоидные стали. В закаленном состоянии структура сталей У7, У8 и У9 состоит из одного мартенсита.

Температура закалки заэвтектоидных сталей У10А и У12А лежит в интервале между Дез и Лсь структура их в закаленном состоянии состоит из мартенсита и из избыточных (вторичных) карбидов (см. рис. 228). Оптимальные температуры закалки для сталей перечисленных марок приведены на рис. 311.

Наиболее мягкой и вязкой сталью из перечисленных в табл. 46 является сталь У7А, поэтому ее применяют для инструмента, подвергающегося в работе толчкам и ударам. Твердость остальных сталей в закаленном состоянии не зависит от содержания углерода. Однако износоустойчивость с повышением

Недостатком спреиерного устройства является плохое использование закалочной жидкости. Жидкость, ударив в поверхность детали, сливается в поток, скользящий вдоль поверхности в зазоре между деталью и индуктором, и быстро уходит вниз. Опыт показывает, что несмотря на наличие очень горячих брызг, температура жидкости (в среднем за цикл) повышается всего на несколько градусов. Этим объясняется большой расход жидкости, подаваемой в спрейер. По интенсивности [8] различают душевое охлаждение водой с удельным расходом 0,12 л/с-см2, приходящимся на 1 см2 закаливаемой поверхности, как «очень сильное», с расходом 0,05 л/с• см2 — «сильное», с расходом 0,015 л/с-см2 — «слабое». Расход жидкости и время охлаждения уточняют опытным путем, стараясь, чтобы время охлаждения детали было несколько меньшим, чем время нагрева, и самоотпуск прошел надлежащим образом. Охлаждение может быть продолжено при необходимости в дополнительном устройстве. Практически нет надобности вести охлаждение с максимальной интенсивностью. Как только температура закаливаемой поверхности приблизится к температуре закалочной жидкости, подачу жидкости в спрейерное устройство можно уменьшить.

Сближение зоны нагрева и зоны охлаждения на закаливаемой поверхности позволило создать так называемый процесс закалки при непрерывно-последовательном нагреве. Процесс заключается в том, что индуктор с током и конструктивно

объединенный с ним спрейер с заданной скоростью перемещаются вдоль закаливаемой поверхности, зона нагрева и зона охлаждения следуют друг за другом (рис. 11). Мощность, подводимая к индуктору от высокочастотного генератора, выбирается для данной скорости движения такой, чтобы каждый элемент нагретой поверхности, выходя из-под индуктора в зону охлаждения, был нагрет до требуемой температуры закалки.

поверхности 850 °С была достигнута па 16-й секунде нагрева (с произвольного начала отсчета времени). Ход изменения температуры от времени, начиная с 400—500 °С и выше, подобен соответствующей зависимости при одновременном нагреве. По графику (рис. 12, а) следует, что под находящую кромку индуктирующего провода элемент закаливаемой поверхности подходит уже подогретым — до 250 °С (на 9-й секунде отсчета). Заметный, хотя и медленный нагрев начался примерно на расстоянии от кромки индуктирующего провода, по крайней мере равном десяти зазорам между индуктором и деталью. Если мысленно спрямить кривую подъема температуры поверхности, как это показано штриховой линией, то по точке пересечения аппроксимирующей штриховой линии с осью абсцисс (~ на 7-й секунде принятого отсчета времени), можно оценить время нагрева в активной зоне tH « 9 с. По эскизному расположению активного провода и спрейеров относительно кривой нагрева поверхности (рис. 12,6) в выбранном масштабе времени и длины следует, что процесс нагрева продолжается до момента попадания под первый ряд водяных струй душевого устройства, т. е. на протяжении, равном двум зазорам между индуктирующим проводом и деталью. Впереди индуктора, на некотором расстоянии от находящего среза индуктирующего провода (~1,5—2 зазора), следует условно учесть дополнительное уширение активной зоны

Повторные исследования (по полной или частичной программе) проводятся лишь для дополнительной корректировки и подтверждения режима. Первая закалка производится по режиму, заданному на основе приближенных расчетов, исходя также из возможностей имеющегося оборудования. Металловедческое исследование фиксирует конечный результат и не показывает динамики процесса. При закалке деталей сложной формы поэтому прибегают к записи изменения температуры отдельных участков закаливаемой поверхности с помощью осциллографа и привариваемых термопар. Полезна бывает киносъемка нагрева поверхности на цветную пленку.

Отдельное душевое устройство можно устанавливать на различных расстояниях от индуктирующего провода. Тем самым можно подбирать необходимый для структурных превращений в материале и для получения требуемой глубины закаленного слоя интервал между окончанием нагрева и началом охлаждения элемента поверхности. Струи охлаждающей жидкости после удара об охлаждаемую поверхность частично отбрасываются (или стекают под действием силы тяжести) в зону нагрева. Это приводит к появлению на закаливаемой поверхности мягких пятен. Чтобы исключить это явление, угол а между осью закаливаемой детали и осью отверстия, через которое подается охлаждающая жидкость, не должен быть больше 45° (см..рис, 8-4). При увеличении этого угла струи воды ударяют в нагреваемую поверхность ближе к индуктирующему проводу и начинают охлаждать ее, когда она еще нагревается индуктированным током. При этом снижается термический к. п. д. нагрева. При

С увеличением угла а струи закалочной жидкости падают ближе к индуктору, в связи с чем сокращается время перехода закаливаемой поверхности из зоны нагрева в зону охлаждения. При некотором угле а начинается интенсивный отсос тепла из зоны нагрева, снижающий к. п. д. устройства. При угле падения больше 45° наблюдается попадание в зону нагрева струй, отраженных от поверхности детали, вследствие чего появляются мягкие пятна на

Краны на входе и выходе позволяют варьировать напор воды у входа в индуктор и в индуктирующем проводе и таким образом регулировать общее поступление воды в индуктор, а также и расход ее для охлаждения закаливаемой поверхности. В этом случае сечение трубки для подачи охлаждающей жидкости должно быть в два раза больше, чем в первом случае. Однако перегорание индуктирующего провода менее вероятно. Иногда для повышения надежности охлаждения индуктирующего провода и остальных элементов индуктора предусматривается раздельная система подачи закалочной жидкости и охлаждающей воды (рис. 8-5). Охлаждающая вода подается из отдельной замкнутой системы, заполненной чистой дистиллированной водой. В этом случае закалочная жидкость может подаваться через некоторое время после начала нагрева, например в случае, когда закалка цилиндра начинается от торца буртика.

Для последовательной закалки плоскостей петлевые индукторы получаются более сложными, чем индукторы с прямолинейным индуктирующим проводом. Термический к. п. д. петлевых индукторов несколько ниже, так как вследствие двукратного нагрева каждого элемента закаливаемой поверхности при прохождении его под одной, а затем под второй частью петли Возрастают потери тепла.

Из-за больших динамических усилий, притягивающих индуктор к закаливаемой поверхности, а также из-за возможных неровностей последней и неточности механизма станка зазор между индуктирующим проводом и изделием может изменяться. Чтобы он оставался постоянным, индукторы для закалки поверхностей большого размера снабжают роликами 6, как показано на рис. 8-10. Ролики крепятся на изоляционных пластинах из текстолита или асбоцемента, чтобы через них и через закаливаемую поверхность не мог ответвляться ток.

При закалке горизонтально расположенных поверхностей для предупреждения попадания отраженных струй воды в зону нагрева параллельно с индуктирующим проводом на некотором расстоянии от магнитопровода устанавливается трубка воздушного дутья. Чтобы индуктор мог свободно опираться роликами на закаливаемую поверхность, он соединяется с понижающим трансформатором гибкими шинами. Гибкие шины представляют собой плоский набор круглых многожильных медных проводников диаметром 6—8 мм длиной 100—200 мм. Концы этих проводников припаиваются к медным контактным колодкам, одна из которых присоединяется к индуктору, вторая — к вторичной обмотке трансформатора. Для охлаждения эти проводники или заключаются в резиновые шланги, или просто поливаются водой. Вода должна отводиться в сторону, чтобы она не попала на нагреваемую поверхность. Иногда, чтобы избежать гибких шин, в которых теряется значительная доля мощности, индуктор прямо подсоединяют к трансформатору. При этом трансформатор не имеет отдельного крепления к конструкции. Он как бы едет по закаливаемой поверхности на индукторе.