Високоскоростно отопление чрез индукционна отоплителна система

Едно от последните изключителни разработки в областта на топлинната обработка е приложението на индукционно нагряване до локализирано повърхностно втвърдяване. Напредъкът, свързан с прилагането на високочестотен ток, не е нищо друго освен феноменален. Започвайки преди сравнително малко време като дълго търсен метод за втвърдяване на лагерни повърхности на коляновия вал (няколко милиона от тях се използват, поставяйки рекорди за всички времеви услуги), днес откриваме, че този много селективен метод за втвърдяване на повърхността произвежда втвърдени зони при множество от части. И все пак, въпреки днешната си широта на приложение, индукционното втвърдяване все още е в начален стадий. Вероятното му използване за топлинна обработка и втвърдяване на метали, нагряване за коване или спояване или запояване на подобни и различни метали е непредсказуемо.

Индукционно втвърдяване води до производството на локално закалени стоманени предмети с желаната степен на дълбочина и твърдост, основна металургична структура на сърцевината, демаркационна зона и закалена кутия, с практическа липса на изкривяване и без образуване на мащаб. Това позволява проектиране на оборудване, което гарантира механизация на цялата операция за изпълнение на изискванията на производствената линия. Циклите от време от само няколко секунди се поддържат чрез автоматично регулиране на мощността и интервали на нагряване и гасене на части от секундата, необходими за създаването на факсимилни резултати от взискателни специални фиксации. Оборудването за индукционно закаляване позволява на потребителя да втвърди повърхностно само необходимата част от повечето стоманени предмети и по този начин да поддържа оригиналната пластичност и здравина; за втвърдяване на изделия със сложен дизайн, които не могат да бъдат обработени по никакъв друг начин; за премахване на обичайната скъпа предварителна обработка, като медно покритие и карбуризиране, и скъпи последващи операции по изправяне и почистване; да намалите разходите за материали, като имате богат избор от стомани, от които да избирате; и за втвърдяване на напълно обработен артикул без необходимост от довършителни операции.

На случайния наблюдател би изглеждало, че индукционното втвърдяване е възможно в резултат на някаква енергийна трансформация, протичаща в индуктивна област от мед. Медта пренася електрически ток с висока честота и в рамките на интервал от няколко секунди повърхността на парче стомана, поставена в тази захранвана зона, се нагрява до критичния си диапазон и се гаси до оптимална твърдост. За производителя на оборудване за този метод на втвърдяване това означава прилагане на явленията хистерезис, вихрови токове и скин ефект за ефективното производство на локализирано повърхностно втвърдяване.

Отоплението се осъществява чрез използване на високочестотни токове. В момента се използват широко специално избрани честоти от 2,000 10,000 до 100 000 цикъла и над XNUMX XNUMX цикъла. Токът от това естество, преминаващ през индуктор, произвежда високочестотно магнитно поле в областта на индуктора. Когато магнитен материал като стомана се постави в това поле, има разсейване на енергията в стоманата, което произвежда топлина. Молекулите в стоманата се опитват да се изравнят с полярността на това поле и с тази промяна хиляди пъти в секунда се развива огромно количество вътрешно молекулярно триене в резултат на естествената тенденция на стоманата да устои на промените. По този начин електрическата енергия се трансформира, чрез средата на триене, в топлина.

Въпреки това, тъй като друга присъща характеристика на високочестотния ток е да се концентрира върху повърхността на неговия проводник, само повърхностните слоеве се нагряват. Тази тенденция, наречена „ефект на кожата“, е функция на честотата и, при равни други условия, по-високите честоти са ефективни на по-малки дълбочини. Триенето, което произвежда топлина, се нарича хистерезис и очевидно зависи от магнитните качества на стоманата. По този начин, когато температурата премине критичната точка, при която стоманата става немагнитна, всяко хистерезично нагряване спира.

Има допълнителен източник на топлина поради вихрови токове, които протичат в стоманата в резултат на бързо променящия се поток в полето. С увеличаване на съпротивлението на стоманата с температурата, интензивността на това действие намалява, когато стоманата се нагрява и е само част от нейната „студена“ първоначална стойност, когато се достигне подходящата температура на закаляване.

Когато температурата на индуктивно нагрят стоманен прът достигне критичната точка, нагряването поради вихрови токове продължава със значително намалена скорост. Тъй като цялото действие протича в повърхностните слоеве, само тази част е засегната. Оригиналните свойства на сърцевината се запазват, като повърхностното втвърдяване се постига чрез закаляване, когато се постигне пълен карбиден разтвор в повърхностните зони. Продължителното прилагане на мощност причинява увеличаване на дълбочината на твърдостта, тъй като когато всеки слой стомана се доведе до температура, плътността на тока се измества към слоя под, който предлага по-ниско съпротивление. Очевидно е, че изборът на правилната честота и контролът на мощността и времето за нагряване ще направят възможно изпълнението на всички желани спецификации за повърхностно втвърдяване.

Металургия на Индукционно нагряване

Необичайното поведение на стоманата при индуктивно нагряване и получените резултати заслужават обсъждане на металургията. Скорости на разтваряне на карбид по-малко от секунда, по-висока твърдост от тази, получена при обработка в пещ, и нодуларен тип мартензит са точки за разглеждане
които класифицират металургията на индукционното втвърдяване като „различна“. Освен това, обезвъглеродяване на повърхността и растеж на зърната не се случват поради краткия цикъл на нагряване.

Индукционно нагряване произвежда твърдост, която се поддържа до 80 процента от нейната дълбочина и оттам нататък постепенно намалява през преходна зона до първоначалната твърдост на стоманата, както се намира в сърцевината, която не е била засегната. По този начин връзката е идеална, елиминирайки всяка възможност за раздробяване или проверка.

Пълен разтвор на карбид и хомогенност, както се вижда от максималната твърдост, могат да бъдат постигнати с общо време на нагряване от 0.6 секунди. От това време само 0.2 до 0.3 секунди всъщност е над долния критичен. Интересно е да се отбележи, че оборудването за индукционно закаляване е в ежедневна експлоатация на производствена база с цялостен карбид, получен в резултат на цикъл на нагряване и закаляване, чието общо време е по-малко от 0.2 секунди.

Финият нодулен и по-хомогенен мартензит, който е резултат от индукционното втвърдяване, е по-очевиден при въглеродни стомани, отколкото при легирана стомана, поради нодулния вид на повечето легирани мартензити. Тази фина структура трябва да има за своя произход аустенит, който е резултат от по-задълбочена дифузия на карбид, отколкото се получава при термично нагряване. Практически мигновеното развитие на критични температури в цялата микроструктура на алфа желязото и железния карбид е особено благоприятно за бързо разтваряне на карбид и разпределение на съставките, което има за свой неизбежен продукт напълно хомогенен аустентит. Освен това, превръщането на тази структура в мартензит ще произведе мартензит, който притежава подобни характеристики и съответна устойчивост на износване или проникване на инструменти.

високоскоростно нагряване чрез индукция