Индукционно втвърдяване — приложение, физически процес, видове и методи на втвърдяване

Тази статия ще се фокусира върху индукционното втвърдяване — един от видовете термична обработка на метали, който осигурява възможността за фазови трансформации, тоест превръщане на перлита в аустенит. Стоманените части, поради индукционно втвърдяване, придобиват по -високи механични свойства, тъй като качеството на стоманата се повишава значително в резултат на такава обработка.

Така че, за термична обработка на метали, с цел повърхностното им втвърдяване, те използват индукционно нагряване… Технологията ви позволява да избирате различни дълбочини на втвърдения слой, освен това процесът е лесно автоматизиран, поради което този метод се счита за прогресивен. Възможно е втвърдяване на части с различни форми.

Повърхностно индукционното втвърдяване е от два вида: повърхностно и обемно-повърхностно.

Повърхностно втвърдяване с повърхностно нагряване, това води до загряване на детайла до температурата на втвърдяване до дълбочината на втвърдения слой, а сърцевината остава непокътната. Времето за загряване е от 1,5 до 20 секунди, скоростта на нагряване е от 30 до 300 ° C в секунда.

За обемно втвърдяване на повърхността характерно е нагряване на слой по -голям от слой с мартензитна структура, това е дълбоко нагряване. Стоманата се отгрява на по -малка дълбочина от дебелината на нагретия слой, което се определя от закаляването на стоманата.

В дълбоки зони, по -дълбоки от мартензитната структура, които се нагряват до температурата на втвърдяване, се образуват втвърдени зони със структурата на втвърден сорбитол или троостит. Времето за втвърдяване се увеличава до 20-100 секунди, скоростта на нагряване намалява до 2-10 ° C в секунда в сравнение с повърхностното втвърдяване.

На обемно повърхностно втвърдяване се подлагат тежкотоварни оси, зъбни колела, кръстове и др. Основната разлика между индукционното нагряване и другите нагревателни методи е отделянето на топлина директно в обема на детайла.

По принцип процесът е следният. Втвърдената част се поставя в индуктора, който се захранва от променлив ток. Променливо магнитно поле индуцира ЕМП в повърхностния слой на детайла възникват вихрови токове, загряващи детайла. Тези области, които са засегнати от променливо магнитно поле, се нагряват до високи температури.

Скоростта на отопление е висока и има опция за локално отопление. Плътността на тока е по -висока на повърхността на детайла поради повърхностния ефект, поради което е възможно нагряване само до необходимата дълбочина. Ядрото се загрява леко. 87% от мощността, предавана от вихровите токове на детайла, е в дълбочината на проникване.

Тъй като дълбочината на проникване на тока е различна при различни температури на метала, процесът протича на няколко етапа. На първо място, повърхностният слой на студения метал бързо се нагрява, след това слоят се загрява по -дълбоко и първият слой не се нагрява толкова бързо по -нататък, след това третият слой се нагрява.

В процеса на нагряване на всеки от слоевете скоростта на нагряване на всеки слой намалява със загубата на съответния слой от магнитни свойства. Тоест топлината се разпространява поради промени в магнитните свойства на метала от слой на слой. Това е активно нагряване по ток, продължава буквално секунди.

Индукционното нагряване, в зависимост от разпределението на температурата в сечението на детайла, се различава от нагряването чрез топлопроводимост.В нагретия слой температурата е значително по -висока, отколкото в центъра, има рязък спад, тъй като в централната част на частта магнитните свойства все още не се губят, докато извън активния ток вече е прегрял метала. Променяйки честотата на тока и продължителността на нагряване, детайлът се нагрява до необходимата дълбочина.

Дизайнът на индуктора обикновено определя качеството на втвърдяване на детайла. Индукторът е направен от медни тръби, през които се пропуска вода, за да се охлади. Между индуктора и частта се поддържа определено разстояние, измерено в единици милиметри, и същото от всички страни.

Закаляването се извършва по различни начини, в зависимост от формата и размера на детайла, както и от изискванията за закаляване. Малките части първо се нагряват и след това се охлаждат. При охлаждане с душ, охлаждаща среда, като вода, се подава през отворите в индуктора. Ако частта е дълга, индукторът се движи по нея по време на закаляването и водата се подава през душовите отвори след нейното движение. Това е метод за непрекъснато последователно втвърдяване.

При непрекъснато последователно втвърдяване, индукторът се движи със скорост от 3 до 30 mm в секунда и части от частта падат последователно в нейното магнитно поле. В резултат на това частта последователно, секция по секция, се нагрява и охлажда. По този начин могат да се закалят и отделни части на детайла, ако е необходимо, например шейките на коляновия вал или зъбите на голямо зъбно колело. Инструментите за автоматизация ви позволяват да подравните частта равномерно и да преместите индуктора с висока точност.

В зависимост от марката стомана и начина на нейната предварителна обработка, свойствата след закаляване са различни. Индукционните режими на нагряване, охлаждане и ниско темпериране също влияят върху резултатите.

За разлика от конвенционалното втвърдяване, индукционното втвърдяване прави стоманата по-твърда 1-2 HRC, по-здрава, намалява по-малко жилавост и увеличава границата на издръжливост. Това се дължи на смилането на аустенитните зърна.

Високата скорост на нагряване води до нарастване на центровете на перлитно-аустенитна трансформация. Първоначалното зърно на аустенита се оказва малко, растежът не се случва поради високата скорост на нагряване и липсата на експозиция.

Кристалите на мартензита са по -малки. Зърното аустенит е 12-15 точки. При използване на стомани с малка склонност към растеж на аустенитни зърна се получава фино зърно. Части с леко разпръсната начална структура се получават в резултат на по -добро качество.

В резултат на разпределението на остатъчните напрежения границата на издръжливост се увеличава. Остатъчните напрежения на натиск присъстват в втвърдения слой, докато напреженията на опън присъстват извън него. Неуспехите при умора са свързани с напрежения на опън. Напреженията на натиск ще отслабят разрушителните сили на опън под действието на външни сили по време на работата на детайла. Ето защо границата на издръжливост се увеличава в резултат на индукционно втвърдяване.

Решаващото значение при индукционното втвърдяване са: скоростта на нагряване, скоростта на охлаждане, режим на закаляване при ниски температури.