Obrabotka Metallov. 2016 no. 3(72)

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 3 (72) 2016 42 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Введение Поверхностная закалка стальных деталей с использованием концентрированных источников энергии характеризуется высокими скоростями нагрева (десятки тысяч градусов в секунду). В этих условиях для завершения процесса аусте- нитизации разогрев стали осуществляют вплоть до температуры плавления [1–8]. При использо- вании поверхностных источников нагрева (лазер, плазма и др.) максимальные значения темпера- тур, безусловно, наблюдаются именно на поверхности мате- риала [9–14]. Однако для объ- емных источников энергии (электронный луч, токи высо- кой частоты) данный факт не очевиден. Это объясняется, прежде всего, физи- ческой природой объемного источника, т. е. зако- номерностью распределения энергии по глубине нагреваемого слоя [15]. Так, в работе [16] показа- на возможность образования в глубине материала микрообъемов расплавленного металла при на- греве в воздушной атмосфере с использованием электронного пучка. На данных участках при по- верхностной закалке заэвтектоидной стали была зафиксирована структура ледебурита, характер- ная для термической обработки чугунов. При нагреве сталей в воздушной среде с ис- пользованием концентрированного электронно- го пучка распределение выделяемой энергии в материале носит подобный характер, как и при высокоэнергетическом нагреве токами высокой частоты (ВЭН ТВЧ) [17, 18]. В этом случае при поверхностной закале с использованием ВЭН ТВЧ можно также ожидать возможность возник- новения локальных объемов жидкой фазы в глу- бине материала. Целью данной работы является определение наиболее теплонапряженного слоя при высоко- энергетическом нагреве токами высокой частоты стальных деталей с одновременным душевым ох- лаждением. Методика экспериментального исследования Материалы и методы натурных экспериментов В качестве образцов для поверхностного упрочнения использовались цилиндрические детали из стали 45. Состав исходного материала проверяли с использованием оптико-эмиссион- ного спектрометра ARL 3460. Результаты анали- за представлены в таблице. Предварительная подготовка образцов произ- водилась на токарном обрабатывающем центре CTX310ecoV3cсистемойЧПУSiemens810D. Ге- ометрические параметрыдисков:Ø50мм, высота 10 мм. Контроль размеров осуществлялся на профилографе-профилометре Form Talysurf Series 2. Химический состав исходных материалов Материал Массовая доля элемента, % C Si Mn S P Cr Ni Cu 45 0,44 0,23 0,61 0,013 0,019 0,11 0,15 0,17 Поверхностное упрочнение производилось на модернизированном круглошлифовальном станке модели 3Б12. Для этого станочная систе- ма оснащалась дополнительным концентриро- ванным источником энергии, в качестве которо- го использовался выносной закалочный контур, реализующий высокоэнергетический нагрев то- ками высокой частоты (ВЭНТВЧ), характеризу- ющийся высоким термическим коэффициентом полезного действия. В качестве источника энер- гии был применен ламповый генератор марки ВЧГ 6-60/0,44 с рабочей частотой тока 440 кГц. Процесс нагрева осуществлялся по глубинной схеме (толщина упрочненного слоя не превыша- ла глубины проникновения тока в горячий ме- талл – 0,6…0,8 мм) непрерывно-последователь- ным способом. Схема обработки представлена на рис.1 [19, 20]. При упрочнении применялся индуктор пет- левого типа, оснащенный ферритовым магни- топроводом марки N 87 (для работы в диапазоне частот до 500 кГц) с магнитной проницаемо- стью  i = 2200 (рис. 1). Исследования проводи- лись при использовании интенсивного водяного душевого охлаждения поверхности (коэффици- ент теплоотдачи  = 30∙10 3 Вт/(м 2 ∙ о С)) в следу- ющем диапазоне режимов обработки: удельная мощность источника q и = (1,5…4,0)∙10 8 Вт/м 2 , окружная скорость детали V д = (50…100) мм/c. Ширина активного провода индуктора состав- ляла R и = 1,2 мм, обработка осуществлялась с зазором δ = 0,1…0,2 мм. С целью устранения возможности перегорания активного прово- да и обеспечения надежного отвода тепло-