після термічної обробки (загартування і високого відпустки)
Марка стали? В, МПа? т, МПа?,%?,% HВ40Х1000800945280
а) б)
а - у поверхні деталі сорбіт 258-269 НВ;
б - середина перетину деталі - перліт, сорбіт і сітка фериту, твердість 248-258 НВ
Малюнок 4 - Мікроструктура сталі 40Х після гарту і високого відпустки
Палець, як відповідальна деталь, працює на стирання, і одночасно піддається дії ударних навантажень. Тому шток повинен мати високу поверхневу твердість, хорошу зносостійкість і в той же час не бути крихкими, тобто не руйнуватися під дією ударів.
Висока твердість поверхні пальця при збереженні в'язкої і міцної серцевини досягається методом поверхневого гарту, зокрема струмами високої частоти (ТВЧ). Такий метод є одним з найбільш високопродуктивних методів поверхневого зміцнення металів. Відкриття цього методу іразработка його технологічних основ належить талановитому російському вченому В.П. Вологдина.
Високочастотний нагрів заснований на наступному явищі. При проходженні змінного електричного струму високої частоти по мідному индуктору навколо останнього утворюється магнітне поле, яке проникає в сталеву деталь, що знаходиться в індукторі, і індукує в ній вихрові струми Фуко. Ці струми і викликають нагрів металу.
Особливістю нагріву ТВЧ є те, що індуковані встали вихрові струми розподіляються по перетину деталі не рівномірно, а відтісняються до поверхні. Нерівномірний розподіл вихрових струмів призводить до нерівномірного її нагріванню: поверхневі шари дуже швидко нагріваються до високих температур, а серцевина або зовсім не нагрівається або нагрівається незначно завдяки теплопровідності сталі. Товщина шару, по якому проходить струм, називається глибиною проникнення струму. Товщина шару в основному залежить від частоти змінного струму, питомого опору металу і магнітної проникності.
Висока швидкість високочастотного нагріву (сотні градусів в секунду) обумовлює наступну важливу особливість фазових перетворень: з підвищенням швидкості нагріву фазові перетворення зміщуються в область більш високих температур. До цього слід додати, що в доевтектоїдних сталях підвищення температури при індукційному нагріві як би обганяє дифузію вуглецю, в результаті чого надлишковий ферит перетворюється на малоуглеродистая аустеніт.
Отже, температура високочастотної гарту повинна бути вище температури гарту при звичайному пічному нагріванні і тим вище, чим більше швидкість нагріву і грубіше виділення надлишкового фериту. Оптимальний інтервал температурзагартування ТВЧ для легованої сталі 40Х при швидкості нагріву 200 о С/сек з вихідною структурою сорбіт становить 900 о С [10].
Зі збільшенням ступеня перегріву швидкість зародження центрів аустеніту зростає швидше лінійної швидкості їх зростання. Тому в умовах високочастотного нагріву, що відрізняються сильним перегрівом вище точок Ас 1 і Ас 3 і майже відсутністю витримки при максимальній температурі, утворюється дуже дрібне аустенитное зерно.
Оптимальна температура гарту забезпечує характерну для високочастотного нагріву структуру мелкоігольчатого («бесструктурного») мартенситу.
Твердість поверхневого шару пальців, загартованих при нагріванні ТВЧ, виходить на 3-4 одиниці НRС вище, ніж твердість при звичайній об'ємної загартуванню, при цьому можливі причини виникнення такого явища, як надтвердих. Це тонка будова мартенситу, підвищена концентрація вуглецю в мартенсите і наявність на поверхні значних стискаючих залишкових напружень. Якщо ці напруги відразу не призводять до руйнувань - тріщинах або відколів - для зняття напружень може бути проведений відпустку в печах або масляних ваннах. Однак часто наступний відпустку не дає позитивних результатів. Єдиним засобом, що знижує залишкові напруження раніше, ніж стався відкол або тріщина, є самоотпуск. Він здійснюється за рахунок тепла, яке залишається в гартує поверхні, якщо припинити подачу охолоджуючої рідини раніше, ніж деталь повністю охолоне [3].
Малюнок 5 - Мікроструктура сталі 40Х після гарту ТВЧ-мелкоігольчатий (безструктурна) мартенсит, твердість 524-580НВ
При температурі самоотпуска 200 ° С твердість поверхнево-загартованого вироби порівнюється з твердістю, отриманої після об'ємної гарту з нагріванням в печі. Таким чином, якщо після поверхневого гарту застосовується відпустку вище 200 ° С, то явище надтвердих зникає. Тому для збереження підвищеної твердості самоотпуск проводять при температурі трохи вище 100 ° С. При самоотпуске поверхнево-загартованих виробів твердість знижується головним чином в межах шару, де структура складається переважно з мартенсит...
