УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ ТОКАМИ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ

Полезная модель относится к области обучения, а именно к учебно-лабораторным установкам для исследования термической обработки металлов и сплавов токами высокой частоты.
Метод поверхностной закалки металлов токами высокой частоты был предложен российским инженером В.П.Вологдиным и в 1973 был внедрен в производство. Известен индукционный нагрев (Политехнический словарь, Советская энциклопедия, 1976, с 182). Поверхностный нагрев деталей токами высокой частоты (ТВЧ) осуществляется с помощью индуктора (катушки из медной проволоки или трубки). Если во внутрь катушки поместить металлический проводник, то в нем по закону электромагнитной индукции будет проходить электрический ток, т.к. проводник обладает электрическим сопротивлением, то под действием электрического тока он будет разогреваться, но разогреваться не все внутренние слои металла, а только поверхностные. Это объясняется тем, что при использовании для нагрева металла токов высокой частоты наблюдается явление, называемое поверхностным эффектом или скин-эффектом (от англ. слова «скин» - кожа).
Разогретая токами высокой частоты деталь затем погружается в закалочную среду (вода, трансформаторное масло и др.). В результате этого твердость поверхностного слоя детали возрастает. Это можно проверить с помощью твердомеров, вместе с тем внутренняя структура детали остается вязкой. При охлаждении детали, подвергнутой нагреву ТВЧ, в поверхностном слое ее образуется мелко-зернистая структура аустенита, которая при охлаждении преобразуется в мелкозернистый мартенсит.
Известна схема термической обработки металлов и сплавов токами высокой частоты, содержащая источник тока и индуктор (Учебник для высших технических учебных заведений. Арзамасов Б.Н. и др.; Под общ. ред. Б.Н.Арзамасова. М.: Машиностроение, 1986. с.83). Однако, для более детального процесса изучения студентами процесса термообработки токами высокой частоты она не подходит.
Техническим эффектом является обеспечение наглядности исследования термической обработки металлов и сплавов токами высокой частоты.
Для этого установка для исследования термической обработки металлов и сплавов токами высокой частоты, содержащая источник тока и индуктор, воздействующий токами высокой частоты на металлическую деталь, содержит в качестве источника тока генератор, расположенный в корпусе, содержащем выходное гнездо с индуктором и защитным экраном, и дополнительно установленные на корпусе панель управления с индикатором включения, переключателем мощности и регулятором надстройки конденсатора выходного контура.
Учебно-лабораторная электротермическая установка для исследования термической обработки металлов и сплавов токами высокой частоты показана на фиг.1 - общий вид установки, фиг.2 - схема работы установки.
Установка состоит из следующих основных частей: 1 - металлический корпус, на передней стенке которого расположены панель 2 управления, кнопка 3 «Сеть», сигнальная лампа 4 «Сеть», переключатель 5 мощности, регулятор 6 надстройки конденсатора выходного контура, вольтметр 7, миллиамперметр 8, заземление 9. Сбоку на корпусе установлены выходное гнездо 10 с индуктором 11 и защитный экран 12. К индуктору 11 подведен температурный датчик 13. Корпус снабжен ручкой 14 для переноса установки. В верхней части корпуса 1 имеются вентиляционные отверстия 15. Индуктор 11 создает магнитное поле.
Установка работает следующим образом. Переменный ток повышенной или высокой частоты, вырабатываемый генератором 16, проходя по виткам катушки индуктора 11, создает вокруг них переменное магнитное поле, где электрическая энергия переходит в магнитную. Когда внутрь переменного магнитного поля попадает металл, в нем по законам индукции происходит обратное преобразование - возникает электрический ток, нагревающий деталь 17. Силу тока постепенно регулируют с помощью переключателя 5 и регулятора 6. Деталь 17 нагревается токами высокой частоты до нужной температуры, таким образом проводят термообработку детали 17. Температуру измеряют с помощью температурного датчика 13, который представляет собой терморезистор с рабочим телом из углерода. Максимальная температура, которую может выдержать датчик, 3000°С. Он подключается к миллиамперметру, имеющему шкалу, отградуированную в °С. Процесс исследуют, изменяя температурные режимы нагрева, исследуя затем изменения структуры на микроскопе 18.
Студенты изучают на занятиях термическую обработку металлов и сплавов токами высокой частоты. Возможно также использовать установку для исследования термообработки древесины токами высокой частоты.