Obrabotka Metallov 2021 Vol. 23 No. 3

OBRABOTKAMETALLOV Vol. 23 No. 3 2021 59 TECHNOLOGY по углероду аустенита при различном состоянии исходной структуры материала [28]. Необходи - мо отметить , что данные зависимости ( рис . 11) получены в результате совместного моделирова - ния температурных полей и структурно - фазовых превращений в материале , причем линия 2 явля - ется минимальным значением характеристики S для получения 50 % мартенсита после охлажде - ния . Однако , как показал численный и натурный эксперимент , в большинстве случаев максималь - ные значения характеристики превышают эти значения . Это связано с неравномерностью рас - пределения характеристики S по глубине мате - риала . Причем , чем меньше глубина упрочнен - ного слоя , тем ближе значения характеристики S к рекомендованным значениям , что лишний раз подтверждает большую эффективность глубин - ной схемы нагрева по отношению к поверхност - ной [28, 43–45]. Закономерность изменения значения харак - теристики S соответствует характеру изменения значений максимальных температур по глубине материала . Максимальные значения этой харак - теристики для ВЭН ТВЧ достигаются на глубине порядка 0,2 мм . Исходя из этого были установ - лены зависимости значений характеристики S , реализуемой на глубине 0,2 мм , от величины по - лучаемого упрочненного слоя : 2 3 45 ( ) 0, 55 3, 69 5, 95 38, 62 , S h h h h     (3) 2 3 U8 ( ) 0, 90 3,19 5,14 50,18 S h h h h     . (4) Для установления функциональных зависи - мостей интегральной температурно - временной характеристики S от технологических режимов обработки для рассматриваемых марок ста - лей экспериментальные данные обрабатыва - лись с использованием программных продуктов STATISTICA 6.0 и Table Curve 3D v 4.0 : 2 2 è ä ä è ä è ä è ( , ) S q V a bV cq dV eq fV q        3 3 2 2 ä è ä è ä è gV hq iV q jV q     , (5) для стали 45: a = –3,601893, b = 243,31624, c = 3,048266·10 –7 , d = –2277,1586, e = 7,0241349·10 –16 , f = –8,7904966·10 –6 , g = = –2797,853, h = 5,5163545  10 –25 , i = –1,0355329·10 –14 , j = 6,4796934·10 –5 . для стали У 8 А : a = –85,253883, b = 3173,1572, c = = 4,8366164·10 –7 , d = –19522,903, e = 1,8005625·10 –15 , f = –2,2665061·10 –5 , g = = –122995,64, h = 4,0624994·10 –24 , i = –5,344947·10 –14 , j = 2,7815479·10 –4 . Максимальная погрешность не превышает 5%. Поскольку изменение геометрических пара - метров источника при ВЭН ТВЧ связано с тру - доемким изготовлением нового индуктора , то в качестве варьируемых величин приняты удель - ная мощность источника нагрева и скорость его перемещения . Поэтому в практике индукцион - ного нагрева принято изначально задаваться раз - мером источника , а затем определять два осталь - ных технологических параметра . Таким образом , совместное решение систе - мы уравнений 45/U8 45/U8 ( ), ( , ) S h S q V    è Ä позволит согласно требуемой глубине закалки определить режимы ВЭН ТВЧ . Однако , как показали результаты ма - тематического и натурного экспериментов , по - лученные диапазоны режимов упрочнения не гарантируют формирование закаленного слоя без наличия закалочных трещин , основной при - чиной появления которых является внутреннее напряженное состояние материала . В связи с тем что основной технологической характеристикой при поверхностной закалке яв - ляется глубина упрочнения ( необходимый уро - вень твердости обеспечивается подбором соот - ветствующей марки стали ), воздействовать на величину и характер распределения остаточных напряжений возможно лишь путем изменения величины переходной зоны . Учитывая тот факт , что очагом разрушения детали в процессе эксплуатации является место - расположение максимальных растягивающих на - пряжений Ð max  , необходимо переместить опас - ную зону как можно глубже от поверхности изделия . Естественно , глубина залегания p max  будет наибольшей в том случае , если величина переходного слоя окажется максимальной . Одна - ко в этом случае наблюдается значительное сни - жение сжимающих напряжений c max  на поверх - ности . Анализ результатов экспериментальных и теоретических исследований показал , что величи - на переходного слоя должна составлять 25…33 %