Induktionshärdning — applicering, fysisk process, typer och metoder för härdning

Den här artikeln kommer att fokusera på induktionshärdning - en av de typer av värmebehandling av metaller som ger möjlighet till fasomvandlingar, det vill säga omvandlingen av perlit till austenit. Ståldelar, på grund av induktionshärdning, får högre mekaniska egenskaper, eftersom kvaliteten på stålet ökar avsevärt som ett resultat av sådan behandling.

Så för värmebehandling av metaller, med syfte att deras ythärdning, använder de induktionsvärme... Tekniken låter dig välja olika djup på det härdade lagret, dessutom är processen lätt automatiserad, varför denna metod anses progressiv. Det är möjligt att stelna delar med olika former.

Ytinduktionshärdning är av två typer: yta och bulkyta.

Ythärdning med ytvärmning, detta resulterar i att arbetsstycket värms upp till härdningstemperaturen till djupet av det härdade lagret, medan kärnan förblir intakt. Uppvärmningstiden är från 1,5 till 20 sekunder, uppvärmningshastigheten är från 30 till 300 ° C per sekund.

Volymhärdning av ytan kännetecknas av uppvärmning av ett lager större än ett lager med martensitisk struktur, detta är djup uppvärmning. Stålet glödgas till ett djup som är mindre än tjockleken på det uppvärmda lagret, vilket bestäms av stålets härdning.

I djupa zoner djupare än den martensitiska strukturen, som värms upp till stelningstemperaturen, bildas stelnade zoner med strukturen av stelnad sorbitol eller troostit. Härdningstiden ökar till 20-100 sekunder, uppvärmningshastigheten minskar till 2-10 °C per sekund jämfört med ythärdning.

Kraftiga axlar, växlar, korsningar etc. utsätts för volymetrisk ythärdning. Huvudskillnaden mellan induktionsuppvärmning och andra uppvärmningsmetoder är frigörandet av värme direkt i arbetsstyckets volym.

I grund och botten är processen som följer. Den härdade delen placeras i induktorn som drivs av växelström. Ett variabelt magnetfält inducerar en EMF virvelströmmar uppstår i arbetsstyckets ytskikt, vilket värmer upp arbetsstycket. Dessa områden, som påverkas av ett växlande magnetfält, värms upp till höga temperaturer.

Uppvärmningshastigheten är hög och det finns möjlighet till lokal uppvärmning. Strömtätheten är högre på arbetsstyckets yta på grund av yteffekten, varför uppvärmning endast är möjlig till det erforderliga djupet. Kärnan värms upp något.87 % av den effekt som överförs av arbetsstyckets virvelströmmar ligger i penetrationsdjupet.

Eftersom strömpenetrationsdjupet är olika vid olika temperaturer på metallen sker processen i flera steg. Först och främst värms ytskiktet av den kalla metallen snabbt upp, sedan värms skiktet djupare och det första skiktet värms inte upp så snabbt ytterligare, sedan värms det tredje skiktet.

I processen att värma upp vart och ett av lagren minskar uppvärmningshastigheten för varje lager med motsvarande lagers förlust av magnetiska egenskaper. Det vill säga värme sprids på grund av förändringar i metallens magnetiska egenskaper från lager till lager. Detta är aktiv uppvärmning med ström, den varar bokstavligen sekunder.

Induktionsuppvärmning, beroende på temperaturfördelningen i sektionen av arbetsstycket, skiljer sig från uppvärmning genom värmeledning. I det uppvärmda skiktet är temperaturen betydligt högre än i mitten, det finns ett kraftigt fall, eftersom i den centrala delen av del, de magnetiska egenskaperna är fortfarande inte förlorade förrän den yttre aktiva strömmen redan har överhettat metallen. Genom att ändra strömfrekvensen och uppvärmningens varaktighet värms arbetsstycket upp till önskat djup.

Induktorns design bestämmer vanligtvis delens stelningskvalitet. Induktorn är gjord av kopparrör genom vilka vatten leds för att kyla den. Ett visst avstånd, mätt i millimeterenheter, hålls mellan induktorn och delen, och detsamma på alla sidor.

Släckning görs på en mängd olika sätt, beroende på delens form och storlek, samt kylningskraven. Små delar värms först upp och kyls sedan.Vid duschkylning matas ett kylmedium som vatten genom hål i induktorn. Om delen är lång, rör sig induktorn längs den under släckning och vattnet matas genom duschhålen efter dess rörelse. Det är en kontinuerlig sekventiell härdningsmetod.

Vid kontinuerlig sekventiell härdning rör sig induktorn med en hastighet av 3 till 30 mm per sekund och delar av delen faller successivt in i dess magnetfält. Som ett resultat värms och kyls delen successivt, sektion för sektion. På så sätt kan även enskilda delar av arbetsstycket härdas vid behov, till exempel vevaxellager eller tänderna på ett stort kugghjul. Automationsverktyg låter dig rikta in delen jämnt och flytta induktorn med hög precision.

Beroende på stålmärket och metoden för dess förbehandling är egenskaperna efter härdning olika. Induktionsuppvärmning, kylning och lågtemperering påverkar också resultaten.

Till skillnad från konventionell härdning gör induktionshärdning stålet 1-2 HRC hårdare, starkare, minskar mindre seghet och ökar uthållighetsgränsen. Detta beror på malningen av austenitkornen.

En hög uppvärmningshastighet leder till en ökning av perlit-austenit-transformationscentra. Det initiala austenitkornet visar sig vara litet, tillväxt sker inte på grund av den höga uppvärmningshastigheten och bristen på exponering.

Martensitkristaller är mindre. Austenitkornen är 12-15 poäng. Vid användning av stål med liten benägenhet att växa austenitiska korn erhålls en finkornig.Delar med en något spridd initial struktur erhålls som ett resultat av bättre kvalitet.

Som ett resultat av fördelningen av restspänningar ökar uthållighetsgränsen. Kvarstående tryckspänningar finns i det härdade skiktet, medan dragspänningar finns utanför det. Utmattningsbrott är relaterade till dragspänningar. Tryckspänningar kommer att försvaga de destruktiva dragkrafterna under inverkan av yttre krafter under driften av delen. Det är därför uthållighetsgränsen ökar till följd av induktionshärdning.

Den avgörande betydelsen vid induktionshärdning är: uppvärmningshastighet, kylhastighet, härdningssätt vid låga temperaturer.