Способ закалки изделий

О 1 776 СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 1 С 21 0 1/42 ЙЪ ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН и др. Индукнагрева. Л.,-163.хностная инОборонгиз,1ашиностроения",РЖ "Технология В 12, 125-377. иг. 1 ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ НОМИТЕТ СПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ"Энергия", 1974, с, 1622. Вологдин В, Повердукционная закалка. М1974.3.м1964,(54) (57) СПОСОБ ЗАКАЛКИ ИЗДЕЛИЙ,включающий нагрев в многовитковоминдукторе с относительным перемещением индуктора и изделия с последующим охлаждением, о т,л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повьипениякачества изделий путем получения равномерно закаленного слоя, осуществляют колебательное относительное перемещение с амплитудой, равной половине шага между соседними виткамииндуктора, и периодом, равным илименьшим в целое число раз временинагрева.50 Изобретение относится к термической обработке изделий с применением индукционного нагрева и можетбыть применено в машиностроении.Известен способ закалки при неподвижном изделии относительно ин -дуктора 11Однако неподвижные изделия в неподвнжном индукторе применяютсялишь в тех случаях, когда конструкция индуктора обеспечивает равномерный нагрев поверхности, например,при нагреве цилиндрических поверхностей в одновитковом индукторе. Петлевые, зигзагообразные или выполненные в виде плоских и сложных спиралей индуктора при взаимной неподвижности индуктора и изделия не обеспечивают равномерный нагрев обрабатываемой поверхности, так как индуктируемый ток из-эа различного направ -ления имеет неодинаковую плотностьна нагреваемой поверхности.Известен способ закалки, включающий нагрев зигзагообразным индуктором и перемещение его относительнозакаливаемой поверхности 21 .Однако параметры, характеризую - щие перемещение индуктора, выбираются произвольно, что приводит при нагреве к неравномерному распределению плотности индуктируемого тока и времени его воздействия на нагреваемую поверхность, а следовательно, и .к неравномерности по толщине и твердости закаленному слою.Наиболее близким к предлагаемому по технической сути и достигаемому результату является способ закалки изделий,. включающий нагрев изделия путем его поступательного движения при одновременном возвратно-поступательном движении индуктора на участке, равном его длине Я .1Данный способ уменьшает неодно - родность нагрева, но не устраняет ее полностью, так как не учитывается ряд факторов, влияющих на равномерное распределение плотности индуктируемого тока и время его воздействия на поверхность, Кроме того, необходимость перемещения и детали и индуктора усложняет осуществление способа и целесообразно только для изделий большой длины. В случае перемещения только детали или только индуктора будет значительно повышаться неравномерность нагрева, а следовательно, и неравномерность свойств закаленного слоя.Цель изобретения - повышение качества изделий путем получения равномерно закаленного слоя.Цель достигается тем, что согласно способу закалки изделий, включающему нагрев в многовитковом индукторе с относительным перемещени 10ем индуктора и изделия с последующим охлаждением, осуществляют колеба 1тельное относительное перемещениес амплитудой, равной половине шагамежду соседними витками индуктора,и периодом, равным или меньшим в целое число раз времени нагрева.На фиг. 1 схематически показано устройство, реализующее предлагаемый способ, вид спереди, на фиг. 2 - то же, вид сверху 1 на фиг. За-р - условия распределения индуктируемой электроэнергии по нагреваемой поверхности при различных параметрах колебательного движения.На фиг. 1 и 2 показано взаимное расположение изделия 1 и.индуктора 2 с шагом . между токопроводами во время нагрева и охлаждения, а также термообрабатываемая поверхность А. Стрелками показано направление колебательного движения.Способ осуществляется следующим образом.Изделию 1, установленному под индуктором 2 с заданньм зазором, сообщается колебательнбе движение, амплитуда которого равна половинешагамежду рабочими токопроводами, а период колебания равен или в целое число раз меньше времени нагрева. Время нагрева выбирают в эавйсимости от требуемой глубины закалки, частоты тока, температуры нагрева, свойств материала и т.д. Затем вкгпочается нагрев, который последостюкения на упрочняемой поверхности закалочной температуры отключаети включает спрейерное охлаждение. Для равномерного нагрева термооб-. рабатываемой поверхности детали необходимо, чтобы электроэнергия, индуктируемая токопроводами индуктора в наружных слоях детали, равномерно распределялась по всей нагреваемой поверхности.На фиг. За схематично показаны ,поперечное сечение детали 1 с термо3обрабатываемым слоем А шириной Ни поперечное сечение индуктора, состоящего из трех токопроводов В, С,В с шагом между ними 1 На фиг. Зб-рпоказаны графики путей перемещенияиндуктирующих токопроводов за время .нагрева й при колебательном движениииндуктора и неподвижной детали в зависимости от величины амплитуды ипериода колебаний. Время нагрева навсех графиках принято постоянным иего значения, выраженные через период Т, отложены на осях ординат.На осях абсцисс отложены величиныперемещения токопроводов, т.е, амплитуды колебания их, выраженные через величину шага (расстояние)между токопроводами,Участки с наиболее интенсивнымвыделением тепла на фиг. Зб-р заштри-окованы.На фиг. Зб видно, что при амплитуде колебания, меньшей половинышагового расстояния между соседними.токопроводами, нельзя избежать полосатого нагрева путем измененияпериода колебания или времени нагрева, так как токопроводы индукторапри колебании покрывают нагреваемуюповерхность лишь частично (см. заштрихованные участки).На фиг, Зв показан характер распределения энергии на термообрабатываемой поверхности при амплитудеколебания, равной - Ь. Б этом слу 23 35чае также нельзя избежать полосатого нагрева, так как пути перемещениятокопроводов на отдельных участках(см. заштрихованные) переКрываются,т.е. эти участки за один период колебания покрываются два раза двумятокопроводами, а остальные участкипокрываются два раза лишь одним токопроводом, поэтому на этих участкахв два раза меньше будет индуктироваться энергии.При амплитуде колебания, равнойполовине шагового расстояния междусоседними токопроводами (см.фиг.Зг),каждый раз за один период колебаниявся нагреваемая поверхность покрывается два раза индуктирующими токопроводами, энергия при этом равномерно индуктируется по всей ширине Нтермообрабатываемого участка. 55 11477 б 1 4токопроводами (см, фиг. Зд, е), шири; на поверхности с равномерно индуктированной электроэнергией пблучает ся меньшей (см. на фиг, Зд, е заштрихованные участки),и поэтому, чтобы получить равномерно нагретую поверхность шириной Н,необходим индуктор большей ширины. При этом, чем больше амплитуда колебания, тем больше 10 потери электроэнергии на нежелательный нагрев той поверхности детали, которая не подвергается термообработке. При амплитуде, равной или кратнойшаговому расстоянию между соседними Из вышеуказанного следует, что ве. личина амплитуды, равная половийе расстояния между соседними токопроводами индуктора, является оптимальной, так как колебания с такой величиной амплитуды обеспечивают за каждый период колебания равномерное индуктирование электроэнергии по всей ширине Н термообрабатываемого участка. В этом случае наиболее эффективно используется ширина индуктора и электроэнергия.На фиг. Зж-р показано влияние величины периода колебания на характер распределения индуктированной энергии по нагреваемой поверхности при постоянном времени нагрева и оптимальной амплитуде колебания.Если период колебания больше или в дробное число раз меньше времени нагрева, то токопроводы индуктора покроют одни участки нагреваемой поверхности, а другие не успеют. (см. фиг, Зж) или покроют их меньшее количество раз (см. фиг. Зл, м), чем первые, а следовательно, на этих участках выделится меньшее количество энергии, т.е. будут чередоваться полосы с различной температурой нагреваКогда же период колебания равен 1 времени нагрева или в целое число раз меньше его (см. фиг. Зп, р), то энергия индуктируется равномерно по всей ширине нагреваемого участка. Из этого следует, что для равномерного нагрева термообрабатываемой поверхности необходимо, чтобы пери-. од колебания был равен или в целое число раз меньше времени нагрева. При других его значениях невозможно избежать появления полос с пониженной температурой нагрева.Предложенный способ опробован в лаборатории ФТИ АН ВССР.Проводили поверхностную термообработку рабочейповерхности ножа из стали 5 ХИМ для рубки заготовок круглого сечения. Нож устанавпивали под зигзагообразным индуктором, повторяющим форму термообрабатываемой поверхности с шагом между рабочими токопроводами 18 мм. Зазор между иидуктором и термообрабатываемой поверхностью составлял 3,5 мм. Нагрев до закалочной температуры осуществ" лялся током с частотой 8000 Гц в течение 3 с с последующим охлаждением до комнатной температуры. Причем, для сравнения результатов была произведена закалка партии ножей предложенным способом и партии ножей известным способом (см, таблицу) .Из таблицы видно, что из всех приведенных режимов только режимы 3, 9, 10 позволяют исключить образование зон с пониженной твердостью и получить закаленную поверхность с твердостью не менее 59 НКС. Этим режимам соответствуют при прочих равных условиях рптимальные параметры колебательного движения. Так, в режиме 3 и 9 амплитуда равна половинешага между токопроводами индуктора,а период колебания равен времени 5 нагрева. В режиме 10 амплитуда колебания также равна 9 мм, т.е. половине шага между токопроводами, а период равен 1,5 с, т.е. в 2 раза меньше времени нагрева. Результаты других режимов термообработки показы-.цают, что при прочих равных условияхотклонение параметров колебательногодвижения от оптимальных, т,е. от параметров предлагаемого способа, при водит к появлению на закаленной поверхности детали зон с пониженнойтвердостью.Использование предлагаемого способа позволяет повысить качество 20 индукционного нагрева, автоматизировать процесс закалки, расширить технологические возможности индукцион -ной закалки.Технико-.экономический эффект обес печивается в результате повышениякачества индукционной закалки путемполучения равномерного по глубинеи твердости закаленного слоя.Пояснение,фиг.Зб-р д,плитудап Зв Предлагаемый Зе Зж Зл 4 9 О 12(полосы) более 5 мм с твердостьюина слоя 0-2,2 ммзакаленной поверхности НК- 2,2 мм П р е С 59 глу" а н и е. ,/ - имеются зоны глубина слоя Д - имеются зоны НЕС 4 50 глу Отвердость на бина слоя 1.Параметры колебательного движения Колебательное движение осуществлялось с произвольной амплитудой и периодом (вручную) остояниепрочненнойоверхности