Закалка сталей токами высокой частоты (ТВЧ) - это один из распространенных методов поверхностной термической обработки, который позволяет повысить твердость поверхности заготовок. Применяется для деталей из углеродистых и конструкционных сталей или чугуна. Индукционная закалка ТВЧ являет собой один из самых экономичных и технологичных способов упрочнения. Она дает возможность закалить всю поверхность детали или отдельные ее элементы или зоны, которые испытывают основную нагрузку.

При этом под закаленной твердой наружной поверхностью заготовки остаются незакаленные вязкие слои металла. Такая структура уменьшает хрупкость, повышает стойкость и надежность всего изделия, а также снижает энергозатраты на нагрев всей детали.

Технология высокочастотной закалки

Поверхностная закалка ТВЧ - это процесс термообработки для повышения прочностных характеристик и твердости заготовки.

Основные этапы поверхностной закалки ТВЧ - индукционный нагрев до высокой температуры, выдержка при ней, затем быстрое охлаждение. Нагревание при закалке ТВЧ производят с помощью специальной индукционной установки. Охлаждение осуществляют в ванне с охлаждающей жидкостью (водой, маслом или эмульсией) либо разбрызгиванием ее на деталь из специальных душирующих установок.

Выбор температуры

Для правильного прохождения процесса закалки очень важен правильный подбор температуры, которая зависит от используемого материала.

Стали по содержанию углерода подразделяются на доэвтектоидные - меньше 0,8% и заэвтектоидные - больше 0,8%. Сталь с углеродом меньше 0,4% не закаливают из-за получаемой низкой твердости. Доэвтектоидные стали нагревают немного выше температуры фазового превращения перлита и феррита в аустенит. Это происходит в интервале 800-850°С. Затем заготовку быстро охлаждают. При резком остывании аустенит превращается в мартенсит, который обладает высокой твердостью и прочностью. Малое время выдержки позволяет получить мелкозернистый аустенит и мелкоигольчатый мартенсит, зерна не успевают вырасти и остаются маленькими. Такая структура стали обладает высокой твердостью и одновременно низкой хрупкостью.

Заэвтектоидные стали нагревают чуть ниже, чем доэвтектоидные, до температуры 750-800°С, то есть производят неполную закалку. Это связано с тем, что при нагреве до этой температуры кроме образования аустенита в расплаве металла остается нерастворенным небольшое количество цементита, обладающего твердостью высшей, чем у мартенсита. После резкого охлаждения аустенит превращается в мартенсит, а цементит остается в виде мелких включений. Также в этой зоне не успевший полностью раствориться углерод образует твердые карбиды.

В переходной зоне при закалке ТВЧ температура близка к переходной, образуется аустенит с остатками феррита. Но, так как переходная зона не остывает так быстро, как поверхность, а остывает медленно, как при нормализации. При этом в этой зоне происходит улучшение структуры, она становится мелкозернистой и равномерной.

Перегревание поверхности заготовки способствует росту кристаллов аустенита, что губительно сказывается на хрупкости. Недогрев не дает полностью феррито-перритной структуре перейти в аустенит, и могут образоваться незакаленные пятна.

После охлаждения на поверхности металла остаются высокие сжимающие напряжения, которые повышают эксплуатационные свойства детали. Внутренние напряжения между поверхностным слоем и серединой необходимо устранить. Это делается с помощью низкотемпературного отпуска - выдержкой при температуре около 200°С в печи. Чтобы избежать появления на поверхности микротрещин, нужно свести к минимуму время между закалкой и отпуском.

Также можно проводить так называемый самоотпуск - охлаждать деталь не полностью, а до температуры 200°С, при этом в ее сердцевине будет оставаться тепло. Дальше деталь должна остывать медленно. Так произойдет выравнивание внутренних напряжений.

Индукционная установка

Индукционная установка для термообработки ТВЧ представляет собой высокочастотный генератор и индуктор для закалки ТВЧ. Закаливаемая деталь может располагаться в индукторе или возле него. Индуктор изготовлен в виде катушки, на ней навита медная трубка. Он может иметь любую форму в зависимости от формы и размеров детали. При прохождении переменного тока через индуктор в нем появляется переменное электромагнитное поле, проходящее через деталь. Это электромагнитное поле вызывает возникновение в заготовке вихревых токов, известных как токи Фуко. Такие вихревые токи, проходя в слоях металла, нагревают его до высокой температуры.

Отличительной чертой индукционного нагрева с помощью ТВЧ является прохождение вихревых токов на поверхности нагреваемой детали. Так нагревается только наружный слой металла, причем, чем выше частота тока, тем меньше глубина прогрева, и, соответственно, глубина закалки ТВЧ. Это дает возможность закалить только поверхность заготовки, оставив внутренний слой мягким и вязким во избежание излишней хрупкости. Причем можно регулировать глубину закаленного слоя, изменяя параметры тока.

Повышенная частота тока позволяет сконцентрировать большое количество тепла в малой зоне, что повышает скорость нагревания до нескольких сотен градусов в секунду. Такая высокая скорость нагрева передвигает фазовый переход в зону более высокой температуры. При этом твердость возрастает на 2-4 единицы, до 58-62 HRC, чего невозможно добиться при объемной закалке.

Для правильного протекания процесса закалки ТВЧ необходимо следить за тем, чтобы сохранялся одинаковый просвет между индуктором и заготовкой на всей поверхности закаливания, необходимо исключить взаимные прикосновения. Это обеспечивается при возможности вращением заготовки в центрах, что позволяет обеспечить равномерное нагревание, и, как следствие, одинаковую структуру и твердость поверхности закаленной заготовки.

Индуктор для закалки ТВЧ имеет несколько вариантов исполнения:

• одно- или многовитковой кольцевой - для нагрева наружной или внутренней поверхности деталей в форме тел вращения - валов, колес или отверстий в них;
• петлевой - для нагрева рабочей плоскости изделия, например, поверхности станины или рабочей кромки инструмента;
• фасонный - для нагрева деталей сложной или неправильной формы, например, зубьев зубчатых колес.

В зависимости от формы, размеров и глубины слоя закаливания используют такие режимы закалки ТВЧ:

• одновременная - нагревается сразу вся поверхность заготовки или определенная зона, затем также одновременно охлаждается;
• непрерывно-последовательная - нагревается одна зона детали, затем при смещении индуктора или детали нагревается другая зона, в то время как предыдущая охлаждается.

Одновременный нагрев ТВЧ всей поверхности требует больших затрат мощности, поэтому его выгоднее использовать для закалки мелких деталей - валки, втулки, пальцы, а также элементов детали - отверстий, шеек и т.д. После нагревания деталь полностью опускают в бак с охлаждающей жидкостью или поливают струей воды.

Непрерывно-последовательная закалка ТВЧ позволяет закалять крупногабаритные детали, например, венцы зубчатых колес, так как при этом процессе происходит нагрев малой зоны детали, для чего нужна меньшая мощность генератора ТВЧ.

Охлаждение детали

Охлаждение - второй важный этап процесса закалки, от его скорости и равномерности зависит качество и твердость всей поверхности. Охлаждение происходит в баках с охлаждающей жидкостью или разбрызгиванием. Для качественной закалки необходимо поддерживать стабильную температуру охлаждающей жидкости, не допускать ее перегрева. Отверстия в спрейере должны быть одинакового диаметра и расположены равномерно, так достигается одинаковая структура металла на поверхности.

Чтобы индуктор не перегревался в процессе работы, по медной трубке постоянно циркулирует вода. Некоторые индукторы выполняются совмещенными с системой охлаждения заготовки. В трубке индуктора прорезаны отверстия, через которые холодная вода попадает на горячую деталь и остужает ее.

Достоинства и недостатки

Закалка деталей с помощью ТВЧ обладает как достоинствами, так и недостатками. К достоинствам можно отнести следующее:

• После закалки ТВЧ у детали сохраняется мягкой середина, что существенно повышает ее сопротивление пластической деформации.
• Экономичность процесса закалки деталей ТВЧ связана с тем, что нагревается только поверхность или зона, которую необходимо закалить, а не вся деталь.
• При серийном производстве деталей необходимо настроить процесс и далее он будет автоматически повторяться, обеспечивая необходимое качество закалки.
• Возможность точно рассчитать и регулировать глубину закаленного слоя.
• Непрерывно-последовательный метод закалки позволяет использовать оборудование малой мощности.
• Малое время нагрева и выдержки при высокой температуре способствует отсутствию окисления обезуглероживания верхнего слоя и образования окалины на поверхности детали.
• Быстрый нагрев и охлаждение не дают большого коробления и поводок, что позволяет уменьшить припуск на чистовую обработку.

Но индукционные установки экономически целесообразно применять только при серийном производстве, а для единичного производства покупка или изготовление индуктора невыгодно. Для некоторых деталей сложной формы производство индукционной установки очень сложно или невозможно получить равномерность закаленного слоя. В таких случаях применяют другие виды поверхностных закалок, например, газопламенную или объемную закалку.

Закалка стали производится для придания металлу большей стойкости. Закалке подвергаются не все изделия, а только те, что часто истираются и повреждаются извне. После закалки верхний слой изделия становится очень прочным и защищенным от появления коррозийных образований и механических повреждений. Закалка токами высокой частоты дает возможность добиться именно того результата, который необходим производителю.

Почему именно закалка ТВЧ

Когда есть выбор, очень часто возникает вопрос «почему?». Почему стоит выбрать именно закалку ТВЧ, если есть и другие способы закалки металла, например, применение раскаленного масла.
Закалка ТВЧ имеет множество преимуществ, из-за которых стала активно применяться в последнее время.

1. Под воздействием токов высокой частоты нагрев получается равномерным по всей поверхности изделия.
2. Программное обеспечение индукционной установки может полностью проконтролировать процесс закалки для получения более точного результата.
3. Закалка ТВЧ дает возможность нагрева изделия на необходимую глубину.
4. Индукционная установка позволяет снизить количество брака в производстве. Если при использовании раскаленных масел на изделии очень часто образуются окалины, то нагрев ТВЧ полностью избавляет от этого. Закалка ТВЧ снижает количество бракованных изделий.
5. Индукционная закалка надежно защищает изделие и дает возможность увеличения производительности на предприятии.

Преимуществ у индукционного нагрева очень много. Существует и один минус – в индукционном оборудовании очень сложно произвести закалку изделия, имеющего сложную форму (многогранники).

Оборудование для закалки ТВЧ

Для закалки ТВЧ используется современное индукционное оборудование. Индукционная установка компактна и позволяет за короткий промежуток времени обработать значительное количество изделий. Если на предприятии постоянно необходимо производить закалку изделий, то лучше всего приобрести закалочный комплекс .
В комплектацию закалочного комплекса входит: закалочный станок, индукционная установка, манипулятор, модуль охлаждения, а также при необходимости может быть добавлен комплект индукторов для закалки изделий разной формы и размеров.
Оборудование для закалки ТВЧ – это отличное решение для проведения качественной закалки металлических изделий и получения точных результатов в процессе преобразования металла.

Ток высокой частоты образуется в установке благодаря индуктору и позволяет нагревать изделие, размещенное в непосредственной близости с индуктором. Индукционная установка идеально подходит для закалки металлических изделий. Именно в ТВЧ установке можно четко запрограммировать: нужную глубину проникновения тепла, время закалки, температуру нагрева и процесс охлаждения.

Впервые индукционное оборудование было использовано для закалки после предложения, поступившего от В.П. Володина в 1923 году. После долгих проб и тестирований ТВЧ нагрева его стали использовать для закалки стали с 1935 года. Установки ТВЧ для закалки на сегодняшний день являются наиболее продуктивным способом термообработки металлических изделий.

Почему индукционная установка лучше подходит для закалки

Закалка ТВЧ металлических деталей производится для повышения устойчивости верхнего слоя изделия к механическим повреждениям, при этом центр заготовки имеет повышенную вязкость. Важно отметить, что сердцевина изделия при ТВЧ закалке остается полностью неизменной.
Индукционная установка имеет немало очень важных преимуществ в сравнении с альтернативными видами нагрева: если раньше ТВЧ установки были более громоздкими и неудобными, то сейчас этот недостаток исправили, и оборудование стало универсальным для термообработки изделий из металла.

Преимущества индукционного оборудования

Один из минусов индукционной установки для закалки – это невозможность обработки некоторых изделий, имеющих сложную форму.

Разновидности закалки металла

Закалка металла бывает нескольких типов. Для одних изделий достаточно нагреть металл и сразу же остудить, а для других необходима выдержка при определенной температуре.
Существуют следующие виды закалки:

• Стационарная закалка: применяется, как правило, для деталей, имеющих небольшую плоскую поверхность. Положение детали и индуктора при использовании данного способа закалки остается неизменным.
• Непрерывно-последовательная закалка: применяется для закалки цилиндрических или плоских изделий. При непрерывно-последовательной закалке деталь может перемещаться под индуктором, либо сохраняет свою позицию неизменной.
• Тангенциальная закалка изделий: отлично подходит для обработки небольших деталей, имеющих цилиндрическую форму. Тангенциальная непрерывно-последовательная закалка прокручивает изделие единожды в течение всего процесса термообработки.
• Установка ТВЧ для закалки – это оборудование, способное произвести качественную закалку изделия и при этом сэкономить производственные ресурсы.

Закалка стали с помощью ТВЧ установок обеспечивают поверхностную твердость и износостойкость материала, не изменяя его свойства в сердцевине. Они имеют возможность регулировки степени твердости. Данные показатели рассчитываются индивидуально для каждой стальной детали, так как зависят от ее характеристик. Приобрести индукционные установки ТВЧ для поверхностной закалки стали предлагает «Завод преобразователей ТВЧ».

Применение и комплектация установок ТВЧ для закалки

ТВЧ установки для закалки используются для деталей с обязательной повышенной твердости к поверхности, которые выполняют кручение, трение или изгиб. В оборудовании применяются транзисторные преобразователи частоты ППЧ-66 кГц мощностью от 50 до 320 кВт. Установки индукционной закалки ТВЧ успешно монтируются на замену старых ламповых генераторов ВЧГ и тиристорных преобразователей частоты ТПЧР. Использование данного оборудования при крупных объемах работ станет высокоэффективным, благодаря производительности установок индукционной закалки стали.

Характеристики установок для поверхностной закалки

Оборудование для поверхностной закалки ТВЧ различаются по следующим параметрам:

• Номинальной частоте, кГц;
• Диапазону рабочей частоты, кГц;
• Входному напряжению, U;
• Мощности, кВт;
• Диаметру закаливаемых деталей, мм;
• Длине закаливаемых швов, мм.

Данные установки имеют высокую эффективность использования. Они позволяют выполнять большой объем работ благодаря высокой производительности и автоматизации процесса закалки. Использование термообработки с помощью данного оборудования исключает окисление и увеличивает допустимые показатели деформации стали.

Чтобы заказать индукционные установки для поверхностной закалки ТВЧ в ООО «Завод преобразователей ТВЧ», обратитесь к нам по телефонам на сайте. Наши специалисты расскажут вам о комплектации оборудования, его технических параметрах и оформят ваш заказ.

ПКФ «Цвет» специализируется на оказании услуг металлообработки, у нас большой опыт работы в этом направлении. Мы оказываем различные услуги упомянутого спектра, а закалка ТВЧ входит в их число. Эта услуга пользуется широким спросом на территории РФ. Компания обладает всем необходимым оборудованием для решения рассматриваемой задачи. Сотрудничество с нами будет выгодным, удобным и комфортным.

Основные характеристики

Закалка стали ТВЧ позволяет придать материалу достаточный уровень прочности. Данная процедура считается самой распространенной. Подобной обработке подвергают не только саму деталь, но и отдельные части заготовки, которые должны обладать определенными показателями прочности. Применение упомянутой процедуры существенно продлевает срок эксплуатации различных деталей.

Закалка металла ТВЧ основана на применении электротока, проходящего по поверхности детали, последняя находится в индукторе. В результате обработки деталь нагревается на определенную глубину, остальная часть изделия не нагревается. Данный метод имеет множество преимуществ, так как применения данной технологии дает возможность контролировать режим зажим закалки, заменить легированную сталь на углеродистую.

Обработанные заготовки приобретают высокие прочностные характеристики, в ходе выполнения задачи не возникает закалочных трещин. Обрабатываемая поверхность не окисляется и не обезуглероживается. Закалка токами высокой частоты выполняется в короткий срок, поскольку отсутствует необходимость нагревать заготовку целиком. Компания применяет высококачественное оборудования для выполнения обработки рассматриваемого вида. Мы осуществляем закалку ТВЧ на высоком профессиональном уровне.

Наши преимущества

Услуга закалка ТВЧ — одна из основных специализаций ПКФ «Цвет», мы предоставляем ее на выгодных условиях. Все работы выполняются на современном оборудовании, с применением самых передовых технологий. Все это делает сотрудничество с нами удобным и комфортным.

Чтобы оформить заказ позвоните нам по телефону. Сотрудники фирмы быстро зарегистрируют вашу заявку, они ответят на все интересующие вас вопросы. Компания предоставляет услуги доставки готовой продукции. Транспортировка изделий выполняется по всей территории Российской Федерации.