OBRABOTKAMETALLOV Vol. 25 No. 3 2023 71 EQUIPMENT. INSTRUMENTS индукционного нагрева обычно сначала определяется размер источника, а затем два других технологических параметра. Однако результаты математических и экспериментальных исследований [7, 14, 17, 21, 47, 61, 71–73, 75, 82–83, 87] показали, что полученные диапазоны режимов упрочнения не гарантируют формирования закаленного слоя без появления закалочных трещин. Основной причиной появления таких микротрещин является внутреннее напряженное состояние материала. При поверхностной закалке особое внимание уделяется глубине упрочнения, так как это является основным параметром в процессе. Для достижения желаемого уровня твердости необходимо выбрать оптимальную марку стали. При этом воздействие на величину и распределение остаточных напряжений возможно только путем изменения размера переходной зоны. Принимая во внимание факт, что месторасположение максимальных растягивающих напряжений является очагом разрушения детали в процессе эксплуатации, целесообразно переместить опасную зону вглубь от поверхности изделия. При этом наибольшая глубина залегания достигается, если величина переходного слоя максимальна. Однако необходимо найти равновесие, поскольку при увеличении глубины залегания также уменьшается уровень сжимающих напряжений на поверхности. Исследования показали, что оптимальный размер переходного слоя должен составлять примерно 25–33 % от Рис. 7. Функциональная зависимость h(qS, VS) для стали У10А Fig. 7. Functional dependence h(qS, VS) for U10A steel глубины упрочненного слоя. При соблюдении этого требования достигается баланс между перемещением напряжений в глубокие слои материала и снижением сжимающих напряжений на поверхности, не превышающим 6–10 %. Особенно важно обеспечить бо́льшую величину переходного слоя при закалке сталей с высоким содержанием углерода. Это позволяет эффективно контролировать механические свойства и устойчивость деталей к разрушению [7, 14, 17, 21, 47, 61, 71–73, 75, 82–83, 87, 102]. В процессе выбора режимов поверхностной закалки деталей, работающих в условиях циклических нагрузок, используется дополнительный критерий – относительная величина переходной зоны, обозначаемая как Ψ(qS, VS). Этот критерий определяется как отношение величины переходной зоны к глубине закаленного слоя. Путем анализа экспериментальных данных была установлена соответствующая функциональная зависимость 10( , ) U S S q V Ψ (рис. 8), применимая к исследуемому материалу и диапазону режимов обработки: 10( , ) U S S S S q V k lV mq Ψ = + + + 2 2 3 3 S S S S S S nV oq pV q rV sq + + + + + + 2 2 S S S S tV q uV q + + , (2) где 0,25 ≤ 10( , ) U S S q V Ψ ≤ 0,33. Значения коэффициентов функциональной зависимости для стали марки У10А: k = 0,55499986; l = 6,376, m = –3,0969982 ∙ 10–9; n = 2,1133193 ∙ 10–6; o = –6,697454 ∙ 10–24; p = –9,444857 ∙ 10–16; r = –1,1120113 ∙ 10–5; s = 8,2498316 ∙ 10–33; t = 1,5500134 ∙ 10–24; u = 1,3319075 ∙ 10–15. Определение удельной мощности и скорости перемещения источника при поверхностной закалке осуществляется путем решения системы уравнений при заданных значениях глубины закалки и относительной величины переходной зоны: 10 S 10 ( , ); ( , ). U S U S S h q V q V ⎧⎪ ⎨ ⎪⎩ Ψ Графическое решение этой задачи представлено на рис. 9. Следует отметить, что полученный диапазон режимов обработки значительно меньше по сравнению с интервалом режимов
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1