и скоростью нагрева. Каждый из этих параметров определяется множеством факторов и в первую очередь материалом и физико-химическими свойствами изделия, характером исходной структуры, размерами и формой. При этом следует отметить, что нагрев металла от поверхности в глубину происходит только путем теплопроводности от наружного тонкого слоя внутрь детали, а не вследствие превращения электрической энергии в тепловую во всем нагреваемом объеме. Продолжительность же нагрева не может служить достаточно объективной характеристикой процесса, так как скорость нагрева металла в разных температурных интервалах неодинакова.

При переходе через точку Кюри, когда поверхностный слой утрачивает ферромагнитные свойства, интенсивность нагрева поверхности значительно уменьшается, что обусловлено перераспределением тока в более глубокие и менее нагретые слои. При этом происходит быстрый разогрев более глубоких слоев. Одновременно наблюдается теплоотвод во внутренние слои, который может быть причиной не только температурной остановки, но даже некоторого охлаждения поверхностного слоя. В результате происходит быстрое выравнивание температуры поверхностных и более глубоких слоев.

Из сказанного следует, что существует, по крайней мере, два этапа, характеризующихся разной скоростью нагрева: от комнатной температуры до точки Кюри и от точки Кюри до температуры закалки. В зависимости от типа генератора и нагревательных устройств при индукционном нагреве могут наблюдаться весьма большие различия в соотношении скоростей нагрева в температурном интервале до точки Кюри и в области температур выше этой точки. Следовательно, при нагреве до одинаковой температуры за одинаковое время доля времени, приходящаяся на прохождение температурного интервала, в котором идет основной процесс образования аустенита, различна.

Температура нагрева определяется с помощью фотоэлектрического пирометра (при одновременном нагреве) или с помощью оптического пирометра (при непрерывно-последовательном способе закалки). Скорость нагрева рассчитывается по кривым нагрева, полученным путем осциллографи-рования.

В поверхностно закаленной детали не весь нагретый слой полностью закален. Вследствие специфики распределения тока высокой частоты и теплоотвода наружный слой подвергается полной закалке, затем иДет слой, получивший неполную закалку, а между этим слоем и сердцевиной находится зона отпуска. Толщина полностью закаленного слоя представляет собой глубину закалки. Слой, полученный в результате rfe-полной закалки и отпуска, называют переходной зоной. Глубина закаленного слоя и соотношение между закаленной и переходной зонами в основном определяются режимом закалки: частотой тока, продолжительностью и температурой нагрева.

Особенно большое влияние на глубину закаленной и переходной зон оказывают продолжительность и температура нагрева. С увеличением продолжительности нагрева возрастает глубина закаленной и переходной зон. При малом времени нагрева для данной частоты тока уменьшается глубина зоны закалки, а вместе с ней и размеры переходной зоны.

Уменьшение твердости переходной зоны свидетельствует о том, что на этом участке понизилась прочность металла. С оной стороны, такое понижение твердости ослабляет прочностные свойства поверхностного слоя детали, с другой - переходная. зона обеспечивает как бы связь между закаленной зоной и мягкой сердцевиной. При незначительной ширине переходного слоя, а это обычно наблюдается при небольшой глубине закалки, возможны случаи отслаивания закаленного слоя. Для деталей, работающих при больших нагрузках, соотношение между закаленной и переходной зонами приобретает важное значение и определять его необходимо путем изучения данных эксплуатации упрочненных деталей.

3. Оборудование

и приспособления

для высокочастотной закалки

в комплект оборудования высокочастотной установки входят: генератор, закалочный станок, набор индукторов, охлаждающие устройства, контрольно-измерительная аппаратура и др.

Генератрры

в промышленности широко применяют генераторы двух типов: машинные и ламповые. Токи с частотой от 500 до 10 000 Гц называют токами повышенной или звуковой частоты. Эти токи вырабатывают машинные генераторы. Токи с частотой от 60 до 500 кГц, называемые токами высокой или радиочастоты, вырабатывают в основном ламповые генераторы. Для индукционного нагрева некоторых деталей (валков холодной прокатки и др.) пользуются и токами промышленной частоты (50 Гц).

Ламповые генераторы преобразуют подводимую к нйА! энергию электрического тока с частотой 50 Гц в энергию электрических колебаний высокой частоты. В зависимости от величины нагреваемой поверхности выпускают ламповые генераторы различной мощности. Ламповый генератор состоит из следующих основных узлов: блока анодного питающего напряжения, колебательного контура, генераторного блока, устройства, регулирующего работу генераторной лампы.

В результате преобразования на закалочный индуктор подается ток напряжением до 1000 В и частотой, соответствующей паспортной частоте установки. Такое напряжение предотвращает электропробои между индуктором и деталью, зазор между которыми составляет не более 5-6 мм. Ламповые генераторы высокой частоты экранируют листами железа толщиной не менее 0,2 мм. Окна помещения, в котором распо-

Таблица IX.3

Техническая характеристика промышленных установок с ламповыми генераторами

ложен генератор, покрывают двумя рядами медной сетки с ячейками 5x5 мм. Экранирование позволяет ликвидировать радиопомехи и защитить людей от вредного воздействия создаваемого в индукторе электромагнитного поля. При частоте тока порядка 60-75 кГц необходимость в экранировании помещения, в котором расположен ламповый генератор, отпадает.

Основные параметры промышленных высокочастотных установок с ламповыми генераторами, применяемых на металлургических и машиностроительных предприятиях, представлены в табл. IX.3.

В комплект установки типа Л31-25 в отличие от установок типов ЛЗ-107В и Л32-67 входит закалочный станок для закрепления, вращения и передвижения закаливаемой детали.

Как правило, установки с ламповыми генераторами используют для закалки режущего и мерительного инструмента, шестерен с небольшим модулем, небольших валов, осей и др.

Машинные генераторы преобразуют энергию переменного тока нормальной частоты в электрическую энергию повышенной час-

тоты, т. е. до 10 кГц. Если частота тока ламповых генераторов может изменяться в процессе нагрева, то в машинных генераторах она не изменяется и зависит только от частоты вращения двигателя. На металлургических предприятиях наиболее целесообразно применять машинные генераторы, так как они наряду с простотой эксплуатации обеспечивают возможность поверхностной закалки крупных деталей машин.

Каждая высокочастотная установка с машинным генератором состоит из генераторной станции и одной или нескольких (до пяти) закалочных станций. Электрическая схема установок обпечивает поочередную или одновременную работу нескольких закалочных станций, если их суммарная потребляемая мощность не превышает мощности генераторной станции. Установки изготавливают в комплексном (закалочный трансформатор и конденсаторы в одном блоке) или блочном (с разделением закалочного блока на трансформаторный и конденсаторный) исполнениях. Обычно установка состоит из генераторной и закалочной станций. Необходимость в нескольких закалочных станциях оговаривается

Таблица IX.4

Основные технические данные закалочных станций типа МГЗ

Примечание. Все станции имеют следующие общие данные: масса 2000 кг; число Постов 2; иапряжение питания двигателя преобразователя установки и оперативных цепей трехфазное 380/220 В, 50 Гц; напряжение генератора 750 В; мощность закалочного трансформатора 500 кВА; максимальная суммарная продолжительность цикла (нагрев, пауза, охлаждение) 60 с; расход охлаждающей воды 100 л/мин

Таблица IX.5

Основные технические данные закалочных станций к установкам типа МГЗ-А

примечание Масса закалочных станций типа К 906 кг, типа Б 948 кг.

при заказе. В настоящее время в промышленности используют закалочные станции типов МГЗ и МГЗ-А.

В закалочной станции типа МГЗ, технические данные которой приведены в табл. IX.4, смонтированы два закалочных поста, каждый из которых состоит из конденсаторной батареи, понижающего закалочного трансформатора, аппаратуры контроля и управления генератором повышенной частоты, аппаратуры автоматического управления процессом термической обработки и системы водоохлаждения. На фасаде станции, в нижней ее части, установлена сливная раковина, на которой закреплены устройства для установки закаливаемых деталей.

Схема управления закалочной станцией позволяет производить: пуск электродвигателя машинного усилителя; включение возбуждения генератора повышенной частоты; автоматическое поддержание напряжения на генераторе в течение всего периода нагрева детали, задаваемого для каждого закалочного поста с помощью своего регулятора напряжения; ручное и полуавтоматическое управление циклом.

Закалочные станции типа МГЗ-А (табл. 1Х.5) имеют два исполнения: комплексное и блочное. Закалочная станция состоит из закалочного блока, шкафа управления, сливного блока и контактора. При блочном исполнении станции закалочный блок разделен на трансформаторный блок, где установлен трансформатор со своей системой охлаждения, и конденсаторный блок, где смонтированы конденса-

торная батарея, измерительные приборы, трансформаторы и система охлаждения. Сливной блок представляет собой корыто с рамой для установки закалочного бака с приспособлениями для крепления и перемещения закаливаемых деталей. Закалочные станции могут работать в следующих режимах: с ручным управлением; с полуавтоматическим управлением при одновременном нагреве; с автоматическим управлением при одновременном нагреве; с полуавтоматическим управлением при последовательном нагреве; с автоматическим управлением при последовательном нагреве. Первые два режима можно осуществлять тогда, когда нагреваемое изделие закрепляют в приспособлении непосредственно на индукторе или сливном блоке станции, остальные - при наличии в установке автоматического или полуавтоматического закалочного станка.

Для согласования параметров индуктора с параметрами источника питания в индукционных установках применяют специальные однофазные трансформаторы. Трансформаторы для работы на частоте 50 Гц, повышенной (0,5-10 кГц) и высокой (>10 кГц) частотах имеют существенные различия. Закалочные трансформаторы выполняют на вторичные напряжения 8- 150 В и токи до 30 кА. Напряжения, подаваемые на первичную обмотку трансформаторов повышенной частоты, составляют обычно 375-800 В. По характеру использования различают универсальные трансформаторы, у которых коэффициент трансформации можно изменять в широких пре-