Obrabotka Metallov. 2016 no. 3(72)

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 3 (72) 2016 45 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ подающейся непосредственно в зону нагрева, в то время как в нижележащем слое отвод тепла регламентируется условиями теплопроводно- сти. В этом случае становится возможным об- разование жидкой фазы не на поверхности, а в более глубоких слоях нагреваемого металла. Для подтверждения полученных результа- тов моделирования температурных полей был проведен эксперимент, реализующий режимы нагрева, представленные на рис. 4. В процес- се обработки цилиндрического образца было зафиксировано возникновение автоколебаний индуктора, вызванного периодическими выбро- сами расплавленного металла на поверхность (рис. 5). и с поверхностного слоя. Однако, как видно на рис. 6, следов оплавления металла до лунки не наблюдается. Отсутствие следов оплавления после лунки объясняется тем, что в процессе выброса расплавленного металла происходит уменьшение зазора между активным проводом индуктора и обрабатываемой поверхностью, что приводит к увеличению интенсивности магнит- ного поля между индуктором и нагреваемым объектом. Это, в свою очередь, приводит к воз- растанию отталкивающего удельного механи- ческого усилия между индуктором и деталью, что вызывает упругую деформацию токоподво- дящих медных трубок и, как следствие, проис- ходит увеличение зазора и снижение удельной мощности нагрева. После прохождения зоны расплавления за счет упругости индуктора величина зазора вос- станавливается, и цикл нагрева поверхности детали повторяется. Именно с этим связана пе- риодичность возникновения на образцах следов проплава металла (см. рис. 5). При этом следует подчеркнуть, что в процессе обработки не на- блюдалось замыкания активного провода индук- тора с обрабатываемой поверхностью, что при- вело бы к короткому замыканию и плавлению меди активного провода индуктора, приводящих к его разрушению. Для подтверждения данного факта был проведен микрорентгеноспектраль- ный анализ оплавленного слоя, который показал отсутствие следов меди в расплаве (рис. 7). Как показывает рис. 5, выброс расплавленно- го металла происходит не по всей ширине обра- батываемого образца, а в двух локальных зонах. Это объясняется достаточно трудоемкой техно- логией изготовления индуктора для реализации высокоэнергетического нагрева ТВЧ. При этом весьма сложно обеспечить абсолютную прямо- линейность активного провода индуктора. Его профиль имеет отклонения от прямолинейности Это явление можно объяснить следующим образом. В данных условиях источник энергии является медленно движущимся, т. е. скорость теплопередачи выше скорости движения источ- ника. Поэтому в начальный момент нагрева не наблюдается расплавления металла (см. рис. 4). Через определенный момент времени темпера- тура на глубине порядка 0,2 мм достигает значе- ний температуры плавления металла (кривая 2 ). В этом случае в приповерхностном слое в зоне, расположенной непосредственно под индукто- ром, происходит образование замкнутого объема расплавленного металла. Тепловое расширение расплава приводит к возрастанию давления в данном объеме. Поверхностный слой металла, разогретый до высоких температур (кривая 1 ), становится пластичным. Это приводит к кин- жальному проплавлению, т. е. расплавленный металл из нижележащего слоя выбрасывается наружу, оставляя на поверхности образца кратер (лунку), а также наплывы и капли расплавленно- го металла (рис. 6). Следует отметить, что при определенных сочетаниях режимов поверхностной закал- ки оплавление материала может начинаться Рис. 6 . Лунка, образовавшаяся на поверхности образ- ца после выброса расплавленного металла ( а ) и фраг- мент поверхности внутри лунки ( б ) Рис. 5. Следы проплава на закаленных образцах