закалка твч что это такое
Закалка металлов токами высокой частоты
В гидромеханических системах, устройствах и узлах чаще всего используются детали, которые работают на трение, сдавливание, скрутку. Именно поэтому основное требование к ним – достаточная твердость их поверхности. Для получения необходимых характеристик детали, поверхность закаляется током высокой частоты (ТВЧ).
В процессе применения закалка ТВЧ показала себя как экономный и высокоэффективный способ термической обработки поверхности металлических деталей, который придает дополнительную износостойкость и высокое качество обработанным элементам.
Описание метода закалки ТВЧ
Нагрев токами ВЧ основан на явлении, при котором вследствие прохождения переменного высокочастотного тока по индуктору (спиральный элемент, выполненный из медных трубок) вокруг него формируется магнитное поле, создающее в металлической детали вихревые токи, которые и вызывают нагрев закаливаемого изделия. Находясь исключительно на поверхности детали, они позволяют нагреть ее на определенную регулируемую глубину.
Закалка ТВЧ металлических поверхностей имеет отличие от стандартной полной закалки, которое заключается в повышенной температуре нагрева. Это объясняется двумя факторами. Первый из них – при высокой скорости нагрева (когда перлит переходит в аустенит) уровень температуры критических точек повышается. А второй – чем быстрее проходит переход температур, тем быстрее совершается превращение металлической поверхности, ведь оно должно произойти за минимальное время.
Стоит сказать, несмотря на то, что при использовании высокочастотной закалки вызывается нагрев больше обычного, перегрева металла не случается. Такое явление объясняется тем, что зерно в стальной детали не успевает увеличиться, благодаря минимальному времени высокочастотного нагрева. К тому же, из-за того, что уровень нагрева выше и охлаждение интенсивнее, твердость заготовки после ее закалки ТВЧ вырастает приблизительно на 2-3 HRC. А это гарантирует высочайшую прочность и надежность поверхности детали.
Вместе с тем, есть дополнительный немаловажный фактор, который обеспечивает повышение износостойкости деталей при эксплуатации. Благодаря созданию мартенситной структуры, на верхней части детали образовываются сжимающие напряжения. Действие таких напряжений проявляется в высшей мере при небольшой глубине закаленного слоя.
Применяемые для закалки ТВЧ установки, материалы и вспомогательные средства
Полностью автоматический комплекс высокочастотной закалки включает в себя закалочный станок и ТВЧ установки (крепежные системы механического типа, узлы поворота детали вокруг своей оси, движения индуктора по направлению заготовки, насосов, подающих и откачивающих жидкость или газ для охлаждения, электромагнитных клапанов переключения рабочих жидкостей или газов (вода/эмульсия/газ)).
ТВЧ станок позволяет перемещать индуктор по всей высоте заготовки, а также вращать заготовку на разных уровнях скорости, регулировать выходной ток на индукторе, а это дает возможность выбрать правильный режим процесса закалки и получить равномерно твердую поверхность заготовки.
Принципиальная схема индукционной установки ТВЧ для самостоятельной сборки была приведена в предыдущей статье.
Индукционную высокочастотную закалку можно охарактеризовать двумя основными параметрами: степенью твердости и глубиной закалки поверхности. Технические параметры выпускаемых на производстве индукционных установок определяются мощностью и частотой работы. Для создания закаленного слоя применяют индукционные нагревающие устройства мощностью 40-300 кВА при показателях частоты в 20-40 килогерц либо 40-70 килогерц. Если необходимо провести закалку слоев, которые находятся глубже, стоит применять показатели частот от 6 до 20 килогерц.
Диапазон частот выбирается, исходя из номенклатуры марок стали, а также уровня глубины закаленной поверхности изделия. Существует огромный ассортимент комплектаций индукционных установок, что помогает выбрать рациональный вариант для конкретного технологического процесса.
Технические параметры автоматических станков для закалки определяются габаритными размерами используемых деталей для закалки по высоте (от 50 до 250 сантиметров), по диаметру (от 1 до 50 сантиметров) и массе (до 0,5 т, до 1т, до 2т). Комплексы для закалки, высота которых составляет 1500 мм и больше, оснащены электронно-механической системой зажима детали с определенным усилием.
Высокочастотная закалка деталей осуществляется в двух режимах. В первом каждое устройство индивидуально подключается оператором, а во втором – происходит без его вмешательств. В качестве среды закалки обычно выбирают воду, инертные газы или полимерные составы, обладающие свойствами по теплопроводности, близкими к маслу. Среда закалки выбирается в зависимости от требуемых параметров готового изделия.
Технология закалки ТВЧ
Для деталей или поверхностей плоской формы маленького диаметра используется высокочастотная закалка стационарного типа. Для успешной работы расположение нагревателя и детали не меняется.
При применении непрерывно-последовательной ТВЧ закалки, которая чаще всего используется при обработке плоских или цилиндрообразных деталей и поверхностей, одна из составляющих системы должна перемещаться. В таком случае либо нагревающее устройство перемещается по направлению к детали, либо деталь движется под нагревающим аппаратом.
Для нагрева исключительно цилиндрообразных деталей небольшого размера, прокручивающихся единожды, применяют непрерывно-последовательную высокочастотную закалку тангенциального типа.
Структура металла зубца шестерни, после закалки ТВЧ методом
После совершения высокочастотна нагрева изделия совершают его низкий отпуск при температуре 160—200°С. Это позволяет увеличить износостойкость поверхности изделия. Отпуски совершаются в электропечах. Еще один вариант – совершение самоотпуска. Для этого необходимо чуть раньше отключить устройство, подающее воду, что способствует неполному охлаждению. Деталь сохраняет высокую температуру, которая нагревает закаленный слой до температуры низкого отпуска.
После совершения закалки также применяется электроотпуск, при котором нагрев осуществляется при помощи ВЧ установки. Для достижения желаемого результата нагрев производится с более низкой скоростью и более глубоко, чем при поверхностной закалке. Необходимый режим нагрева можно определить методом подбора.
Для улучшения механических параметров сердцевины и общего показателя износостойкости заготовки нужно провести нормализацию и объемную закалку с высоким отпуском непосредственно перед поверхностной закалкой ТВЧ.
Сферы применения закалки ТВЧ
Закалка ТВЧ используется в ряде технологических процессов изготовления следующих деталей:
Наиболее часто высокочастотную закалку применяют для деталей, которые состоят из углеродистой стали, содержащей полпроцента углерода. Подобные изделия приобретают высокую твердость после закалки. Если наличие углерода меньше вышеуказанного, подобная твердость уже недостижима, а при большем проценте скорее всего возникнут трещины при охлаждении водяным душем.
В большинстве ситуаций закалка токами высокой частоты позволяет заменить стали, прошедшие легирование, более недорогими – углеродистыми. Это можно пояснить тем, что такие достоинства сталей с легирующими добавками, как глубокая прокаливаемость и меньшее искажение поверхностного слоя, для некоторых изделий теряют значение. При высокочастотной закалке металл становится более прочным, а его износостойкость возрастает. Точно так же, как углеродистые используются хромистые, хромоникелевые, хромокремнистые и многие другие виды сталей с низким процентом легирующих добавок.
Преимущества и недостатки метода
Преимущества закалки токами ВЧ:
Среди недостатков можно выделить:
Возможность использования закалки токами ВЧ в индивидуальном производстве маловероятна, но в массовом потоке, например, при изготовлении коленчатых валов, шестеренок, втулок, шпинделей, валов холодной прокатки и др., закалка поверхностей ТВЧ приобретает все более широкое применение.
Как работает и для чего служит ТВЧ-станок
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.
Что можно производить на станках ТВЧ
Станки ТВЧ-сварки сваривают материалы, содержащие ПВХ. На них можно производить: медицинские изделия, упаковку, надувные изделия для спорта и отдыха, натяжные потолки из пленки (в т. ч. приварить гарпун), спец. одежду, тенты, баннеры, палатки, блистеры, канц. товары, чехлы и многое другое.
Станки ТВЧ просты в эксплуатации и окупаются за несколько месяцев. При этом, как мы видим, на них возможно производство продукции с большим ассортиментом. Также несомненными плюсами этих станков являются их надежность, универсальность и компактность.
К сожалению, сваривать ТВЧ можно только те термопласты, фактор диэлектрических потерь которых не меньше сотых долей единицы. Неполярные вещества (такие как полиэтилен, полипропилен, полистирол) не годятся для высокочастотной сварки.
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.
Индукционный нагреватель ТВЧ
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:
В зависимости от формы, размеров и глубины слоя закаливания используют такие режимы закалки ТВЧ:
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.
Как работает и для чего служит ТВЧ-станок
Натяжные потолки – это красота и практичность в каждом доме. Но при всей многогранной привлекательности у полотен есть недостаток – ограниченная ширина. Устранить его помогает ТВЧ-станок, основная задача которого состоит в получении прочного аккуратного шва.
Принцип действия
В оборудовании используются высокочастотные токи. Свариваемые материалы при контакте подвергаются диэлектрическому нагреву. Процесс проходит быстро, спайка получается равномерной и надежной.
Шов создается между двумя электродами из металла, включенными в колебательный контур генератора. Они подводят энергию к месту соприкосновения материалов, а также играют роль сдавливающих и охлаждающих элементов.
Этим способом можно соединять только материалы, у которых уровень показателя диэлектрических потерь больше 0,01. Это и есть характеристика ПВХ или полиуретана. Если же нужно сварить объекты с более низким показателем, то вдоль места соединения наносится поливинилхлорид.
Станок в производстве натяжных потолков
В цеху у станка трудится один обученный оператор. Процесс изготовления полотна может идти с использованием присадок либо без них. С присадочными материалами скорость сварки возрастает, она протекает более равномерно и подвод тепла можно регулировать.
В результате получаются едва различимые швы, по прочности не уступающие цельным участкам полотнищ. При этом не важно, одного или разных цветов были соединяемые фрагменты.
Для создания стыков разного типа применяется одностороннее или двухстороннее размещение электродов. В зависимости от выбранного типа электродов можно настраивать расстояние в рабочей зоне благодаря гибкой настройке ТВЧ-станка.
Разная толщина ПВХ-пленки также влияет на выбор того или иного типа металлических электродов. Потолочное покрытие, произведенное описанным методом, сохраняет все технологические характеристики и эстетические свойства изначального сырья.
Применение в других областях
Станок ТВЧ верно служит не только на производстве потолочных натяжных конструкций. Это лишь одна из множества сфер его применения.
Вот список основных индустрий, где с не меньшим успехом работает это современное оборудование:
Кроме того, получают выпукло-вогнутые формы, наносят тексты и рисунки.
Виды станков
Многие страны выпускают комплектующие для натяжных потолочных конструкций. Все они в разной степени отличаются друг от друга. Поэтому не так-то просто подыскать подходящий ТВЧ-станок. Моделей существует тоже немало, каждая имеет свои характеристики и выдает разное качество шва.
В Европе выпускают качественное оборудование, которое стоит дороже прочих аналогов. Азиатские производители выпускают более доступное оснащение.
Специалисты рекомендуют останавливаться на оборудовании, которое за счет высоких технических данных не нарушает технологию натяжных полотен.
Главное влияние на внешний вид и эксплуатационные данные оказывает качество самой пленки. Но и станки играют немаловажную роль.
Одним из лучших вариантов для изготовления натяжных полотен будет двухпостовой станок ТВЧ. Он имеет два рабочих стола. Один можно использовать для сварки шва, а другой для приваривания гарпуна по периметру. Станок нагревает материал в месте стыковки с электродами. Сварка происходит на молекулярном уровне, вследствие чего получается непрерывный шов, почти незаметный и идеально ровный. Стык выдерживает натяжение до 100 кг/м.
В нашем магазине в наличии двухпостовой станок ТВЧ 2П-3,2, 220В, 380В. Эта модель признана наиболее популярной благодаря приемлемому сочетанию качества и стоимости. Для приобретения обращайтесь по указанным на сайте контактам.
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.
Закалка токами высокой частоты
Вы можете заказать услуги по ТВЧ обработке по телефону,
Минимальная сумма заказа 11 000 рублей
| Менеджер отдела продаж Мезенцев Юрий Владимирович |
Термообработка с помощью токов высокой частоты – методика, которую разработал советский ученый-изобретатель Вологдин В.П. Этот способ обработки основывается на явлении, при котором в металлической заготовке, помещенной в переменное магнитное поле, возникают вихревые токи, которые вызывают нагревание металла. Чем ниже частоты используемых токов, тем толще закаленный слой.
В процессе термообработки ТВЧ (высокочастотными токами) используются новейшие индукционные установки, базирующиеся на самых современных разработках и прогрессивных технологиях. Как правило для закалки применяются ламповые генераторы, продуцирующие токи с частотами свыше 106 Гц, либо машинные генераторы, диапазон вырабатываемых частот которых лежит в пределах от 50 до 15 000 Гц. Одним из наиболее используемых способов термообработки ТВЧ является поверхностная закалка. Она позволяет обрабатывать заготовки любой формы, при этом получая разную по твердости поверхность. Продуктивность поверхностной закалки стали токами высокой частоты наиболее ощутима в крупносерийном и серийном производстве.
Особенности процесса закалки ТВЧ
Индуктор, генерирующий токи высоких частот, изготавливается из медных трубок. По этим трубкам для охлаждения индуктора циркулирует вода. Форма индуктора должна повторять контуры изделия, однако зазор между индуктором и поверхностью заготовки должен быть постоянным. Перед закалкой изделие должно быть подвергнуто нормализации. Обработке лучше подвергаются стали с содержанием углерода свыше 0,4%.
В процессе закалки после нагревания с помощью индуктора деталь переводится в спрейер, имеющий отверстия. В спрейере на нагретую поверхность наносится жидкость, которая охлаждает и закаливает деталь. Из-за высоких скоростей нагревания фазовые трансформации смещаются в высокотемпературную область. При обычном нагреве температура закалки ниже той, которая требуется при термообработке ТВЧ. По сравнению с обычными методами закалки твердость изделия под воздействием токов высокой частоты увеличивается на значение от двух до четырех HRC; а если режимы термообработки были выбраны верно, то после охлаждения получается мартенситная многоигольчатая структура. После закалки заготовку подвергают самоотпуску.
В процессе термообработки не нужно подвергать нагреванию всю заготовку. Таким образом этот метод позволяет экономить время и средства особенно если учесть тот факт, что можно заменить дорогостоящие легированные стали на более дешевые марки.
По сравнению с другими видами термообработки поверхность получается более прочной и обладает более высокими эксплуатационными характеристиками. Более того, есть возможность проводить закалку отдельных участков изделия.
Не происходит обезуглеводороживание и окисление обрабатываемой поверхности, уменьшается количество деформированных деталей и заготовок с закалочными трещинами.
Возможность автоматизации и высокая эффективность термообработки ТВЧ позволяет использовать этот метод в крупносерийном и серийном производстве.
Достоинства и недостатки
Закалка деталей с помощью ТВЧ обладает как достоинствами, так и недостатками. К достоинствам можно отнести следующее:
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.
ТВЧ закалка
Первый, кто предложил применение ТВЧ для нагрева металлов, был Вологдин В.П. в 1923г., и только в 1935 году нагрев ТВЧ стали применять для закалки металлов. Сегодня закалка используется практически во всех отраслях машиностроения
Поверхностную ТВЧ закалку применяют для того, что бы увеличить твердость закаленного слоя и одновременно повысить вязкость в центре детали. Это возможно благодаря тому, что при ТВЧ закалке верхний слой делали нагревается до температуры залки и сразу же охлаждается, а сердцевина детали сохраняет свои свойства. Из-за того, что сердцевина остается вязкой, деталь становится менее хрупкой. ТВЧ закалка даёт возможность закаливать конкретные части детали, которым необходимо придать нужные свойства, а не всю деталь в целом. ТВЧ закалка. Преимущества:
ТВЧ закалка. Недостатки:
Поверхностная ТВЧ закалка. Её виды:
Используется так же для плоских деталей(поверхностей), а так же цилиндрические детали(поверхности).
ТВЧ закалка тангенциальная непрерывно-последовательная (деталь прокручивается один раз. Используется только для цилиндрических деталей не сильно больших размеров.) Еще один недостаток ТВЧ закалки, это то, что очень важно, какую форму имеет деталь, и в ряде случаев ТВЧ закалка не подходит для обработки деталей из-за их формы. В этом случае можно воспользоваться цементацией с термической обработкой для повышения прочности и износостойкости, но стоимость этого метода будет в 2 — 3 раза дороже, чем стоимость закалки ТВЧ. ТВЧ закалка применяется для среднеуглеродистых сталей(0,4-0,45%С) или для упрочнения внутреннего слоя легированной детали