Induktionshærdning - påføring, fysisk proces, typer og metoder til hærdning

Denne artikel vil fokusere på induktionshærdning - en af ​​de typer varmebehandling af metaller, der giver mulighed for fasetransformationer, det vil sige omdannelsen af ​​perlit til austenit. Ståldele får på grund af induktionshærdning højere mekaniske egenskaber, da stålets kvalitet øges betydeligt som følge af en sådan behandling.

Så til varmebehandling af metaller, med henblik på deres overfladehærdning, bruger de induktionsopvarmning... Teknologien giver dig mulighed for at vælge forskellige dybder af det hærdede lag, desuden er processen let automatiseret, hvorfor denne metode betragtes som progressiv. Det er muligt at størkne dele med forskellige former.

Overfladeinduktionshærdning er af to typer: overflade og bulk-overflade.

Overfladehærdning med overfladeopvarmning, dette resulterer i, at emnet opvarmes til hærdningstemperaturen til dybden af ​​det hærdede lag, mens kernen forbliver intakt. Opvarmningstiden er fra 1,5 til 20 sekunder, opvarmningshastigheden er fra 30 til 300 ° C pr. sekund.

Volumenhærdning af overfladen er karakteriseret ved opvarmning af et lag større end et lag med martensitisk struktur, dette er dyb opvarmning. Stålet udglødes til en dybde, der er mindre end tykkelsen af ​​det opvarmede lag, som bestemmes af stålets hærdning.

I dybe zoner, der er dybere end den martensitiske struktur, som opvarmes til størkningstemperaturen, dannes størknede zoner med strukturen af ​​størknet sorbitol eller troostit. Hærdningstiden stiger til 20-100 sekunder, opvarmningshastigheden falder til 2-10 °C pr. sekund sammenlignet med overfladehærdning.

Kraftige aksler, gear, kryds osv. udsættes for volumetrisk overfladehærdning. Den største forskel mellem induktionsopvarmning og andre opvarmningsmetoder er frigivelsen af ​​varme direkte i emnets volumen.

Grundlæggende er processen som følger. Den hærdede del placeres i induktoren, som drives af vekselstrøm. Et variabelt magnetfelt inducerer en EMF der opstår hvirvelstrømme i emnets overfladelag, som opvarmer emnet. Disse områder, som er påvirket af et vekslende magnetfelt, opvarmes til høje temperaturer.

Opvarmningshastigheden er høj, og der er mulighed for lokal opvarmning. Strømtætheden er højere på overfladen af ​​emnet på grund af overfladeeffekten, hvorfor opvarmning kun er mulig til den nødvendige dybde. Kernen varmes lidt op.87 % af den effekt, der overføres af arbejdsemnets hvirvelstrømme, er i indtrængningsdybden.

Da dybden af ​​strømgennemtrængning er forskellig ved forskellige temperaturer af metallet, foregår processen i flere trin. Først og fremmest opvarmes overfladelaget af det kolde metal hurtigt, derefter opvarmes laget dybere og det første lag opvarmes ikke så hurtigt yderligere, derefter opvarmes det tredje lag.

I processen med at opvarme hvert af lagene falder opvarmningshastigheden af ​​hvert lag med det tilsvarende lags tab af magnetiske egenskaber. Det vil sige, at varme spredes på grund af ændringer i metallets magnetiske egenskaber fra lag til lag. Dette er aktiv opvarmning med strøm, det varer bogstaveligt talt sekunder.

Induktionsopvarmning, afhængigt af temperaturfordelingen i emnets sektion, adskiller sig fra opvarmning ved termisk ledning. I det opvarmede lag er temperaturen væsentligt højere end i midten, der er et kraftigt fald, fordi i den centrale del af del, er de magnetiske egenskaber stadig ikke tabt, før den eksterne aktive strøm allerede har overophedet metallet. Ved at ændre frekvensen af ​​strømmen og varigheden af ​​opvarmningen opvarmes emnet til den nødvendige dybde.

Induktorens design bestemmer normalt delens størkningskvalitet. Induktoren er lavet af kobberrør, hvorigennem vand ledes for at afkøle den. En vis afstand, målt i enheder af millimeter, opretholdes mellem induktoren og delen, og den samme på alle sider.

Bratkøling udføres på en række forskellige måder, afhængigt af delens form og størrelse, såvel som kravene til bratkøling. Små dele opvarmes først og afkøles derefter.Ved brusekøling føres et kølemedium såsom vand gennem huller i induktoren. Hvis delen er lang, bevæger induktoren sig langs den under bratkøling, og vandet føres gennem brusehullerne efter dets bevægelse. Det er en kontinuerlig sekventiel hærdningsmetode.

Ved kontinuerlig sekventiel hærdning bevæger induktoren sig med en hastighed på 3 til 30 mm pr. sekund, og dele af delen falder successivt ind i dets magnetfelt. Som et resultat bliver delen successivt, sektion for sektion, opvarmet og afkølet. På denne måde kan enkelte dele af emnet også hærdes, hvis det er nødvendigt, for eksempel krumtapakseltapper eller tænderne på et stort tandhjul. Automatiseringsværktøjer giver dig mulighed for at justere delen jævnt og flytte induktoren med høj præcision.

Afhængigt af stålmærket og metoden til dets forbehandling er egenskaberne efter hærdning forskellige. Induktionsopvarmning, køling og lavtemperering påvirker også resultaterne.

I modsætning til konventionel hærdning gør induktionshærdning stålet 1-2 HRC hårdere, stærkere, reducerer mindre sejhed og øger udholdenhedsgrænsen. Dette skyldes slibningen af ​​austenitkornene.

En høj opvarmningshastighed fører til en stigning i perlit-austenit-transformationscentre. Det oprindelige austenitkorn viser sig at være lille, vækst forekommer ikke på grund af den høje opvarmningshastighed og manglende eksponering.

Martensitkrystaller er mindre. Austenitkornet er 12-15 point. Ved brug af stål med ringe tendens til at vokse austenitiske korn opnås en fin korn.Dele med en let spredt udgangsstruktur opnås som følge af bedre kvalitet.

Som følge af fordelingen af ​​restspændinger stiger udholdenhedsgrænsen. Resterende trykspændinger er til stede i det hærdede lag, mens trækspændinger er til stede uden for det. Træthedsfejl er relateret til trækspændinger. Trykspændinger vil svække de destruktive trækkræfter under påvirkning af eksterne kræfter under delens drift. Derfor stiger udholdenhedsgrænsen som følge af induktionshærdning.

Den afgørende betydning ved induktionshærdning er: opvarmningshastighed, afkølingshastighed, hærdningsmåde ved lave temperaturer.