Obrabotka Metallov 2014 No. 3

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 3 (64) 2014 91 ТЕХНОЛОГИЯ Введение Решение проблемы повышения надежности и долговечности выпускаемых изделий при обе- спечении высокой производительности труда и эффективности использования ресурсов невоз- можно без разработки и совершенствования совре- менных технологий поверх- ностного упрочнения [1, 2]. Среди большого много- образия прогрессивных технологий упрочнения де- талей машин [2–5] важное место занимают методы по- верхностного упрочнения с использованием объемных концентрированных источников тепла [6–10]. Особый интерес с точ- ки зрения упрочнения конструкционных сталей представляет высокоэнергетический нагрев то- ками высокой частоты (ВЭН ТВЧ) [11]. Однако для эффективного использования ВЭН ТВЧ не- обходимо иметь надежный механизм назначения технологических режимов обработки, обеспечи- вающих требуемый уровень характеристик каче- ства упрочненного слоя. Существующие на дан- ный момент результаты в этой области [12–18] не дают однозначного решения данной проблемы, поскольку при достаточно подробном исследо- вании влияния режимов индукционной закалки на величину твердости и глубину упрочненного слоя, приводятся частные данные о напряженно- деформированном состоянии материала после обработки, которое, в свою очередь, оказывает существенное влияние на эксплуатационные ха- рактеристики изделия [19–20]. В данной работе ставится задача исследова- ния напряженно-деформированного состояния материалов, подвергнутых высокоэнергетиче- скому нагреву токами высокой частоты, с целью разработки надежного инструмента назначения рациональных режимов поверхностной закалки. 1. Методика экспериментального исследования Материалы и методы натурных экспериментов В качестве образцов для поверхностного упрочнения использовались пластины из сталей 45 и У8. Выбор данных марок сталей обусловлен их широким применением в промышленности при изготовлении деталей машин, подвергаемых поверхностной закалке. Состав исходных мате- риалов проверяли с использованием оптико- эмиссионного спектрометра ARL 3460. Резуль- таты анализа представлены в таблице. 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 У8 0,83 0,31 0,25 0,017 0,016 0,29 0,18 0,24 Предварительная подготовка образцов про- изводилась на обрабатывающем центре DMC 635 и плоскошлифовальном станке 3Г71. Гео- метрические параметры пластин: 100×10×5 мм. Контроль размеров осуществлялся на профило- графе-профилометре Form Talysurf Series 2. Упрочнение образцов осуществлялось на экспериментальной установке, привод главного движения которой имеет плавное регулирование скорости в диапазоне V д = (5…200) мм/с. Ис- точником энергии выбран ламповый генератор марки ВЧГ 6-60/0.44 с рабочей частотой тока 440∙10 3 Гц. Процесс нагрева осуществлялся по глубинной схеме (толщина упрочненного слоя не превышала глубины проникновения тока в горячий металл – 0,6…0,8 мм) непрерывно-по- следовательным способом. При упрочнении использовался индуктор петлевого типа, осна- щенный ферритовым магнитопроводом марки N 87 (для работы в диапазоне частот до 500 кГц) с магнитной проницаемостью  i = 2200 (рис. 1). Исследования проводились при использова- нии интенсивного водяного душевого охлаж- дения поверхности (коэффициент теплоотдачи  = 30∙10 3 Вт/(м 2 ∙ о С)) в следующем диапазо- не режимов обработки: удельная мощность источника q и = (1,5 – 4,0)∙10 8 Вт/м 2 , скорость перемещения детали V д = (50…100) мм/с. Ши- рина активного провода индуктора составляла R и = 2 мм, обработка осуществлялась с зазором Δ = 0,1…0,2 мм. Металлографические исследования прово- дили на оптическом микроскопе Carl ZeissAxio Observer A1m и растровом электронном микро- скопе Carl Zeiss EVO 50 XVP. Металлографиче- ские шлифы готовили по стандартной техноло-