Индукционен процес на втвърдяване на повърхността

Апликатори за повърхностен процес на индукционно втвърдяване

Какво е индукционно втвърдяване?

Индукционно втвърдяване е форма на топлинна обработка, при която метална част с достатъчно съдържание на въглерод се нагрява в индукционното поле и след това бързо се охлажда. Това увеличава както твърдостта, така и чупливостта на детайла. Индукционното нагряване ви позволява да имате локално нагряване до предварително определена температура и ви позволява прецизно да контролирате процеса на втвърдяване. По този начин се гарантира повторяемост на процеса. Обикновено индукционното втвърдяване се прилага върху метални части, които трябва да имат голяма износоустойчивост на повърхността, като в същото време запазват своите механични свойства. След като се постигне процесът на индукционно втвърдяване, металният детайл трябва да се закали във вода, масло или въздух, за да се получат специфични свойства на повърхностния слой.

индукционно втвърдяване повърхностен процес

Индукционно втвърдяване е метод за бързо и селективно втвърдяване на повърхността на метална част. Медна намотка, носеща значително ниво на променлив ток, се поставя близо до (не докосва) детайла. Топлината се генерира при и близо до повърхността от вихрови токове и загуби от хистерезис. Закаляването, обикновено на водна основа с добавка като полимер, е насочено към частта или тя е потопена. Това превръща структурата в мартензит, което е много по-трудно от предишната структура.

Популярен, модерен тип оборудване за индукционно втвърдяване се нарича скенер. Частта се задържа между центровете, завърта се и преминава през прогресивна намотка, която осигурява както топлина, така и охлаждане. Охлаждането е насочено под намотката, така че всяка дадена област на детайла се охлажда бързо веднага след нагряване. Нивото на мощност, времето на престой, скоростта на сканиране (подаване) и други променливи на процеса се контролират прецизно от компютър.

Процес на втвърдяване на корпуса, използван за увеличаване на износоустойчивостта, повърхностната твърдост и живота на умора чрез създаване на втвърден повърхностен слой, като същевременно се поддържа незасегната микроструктура на сърцевината.

Индукционно втвърдяване се използва за увеличаване на механичните свойства на железните компоненти в определена зона. Типични приложения са задвижването, окачването, компонентите на двигателя и щампованията. Индукционното втвърдяване е отлично при отстраняване на гаранционни претенции / неизправности на полето. Основните предимства са подобрения в здравината, умората и устойчивостта на износване в локализирана зона, без да се налага да препроектирате компонента.

Процеси и индустрии, които могат да се възползват от индукционно втвърдяване:

  • Топлинна обработка

  • Втвърдяване на веригата

  • Втвърдяване на тръби и тръби

  • корабостроене

  • космически

  • Железопътен

  • автомобилен

  • Възобновяеми енергии

Предимства на индукционното втвърдяване:

Предпочитан за компоненти, които са подложени на голямо натоварване. Индукцията придава висока твърдост на повърхността с дълбок корпус, способен да понася изключително високи товари. Устойчивостта на умора се увеличава чрез развитието на мека сърцевина, заобиколена от изключително здрав външен слой. Тези свойства са желателни за части, които изпитват торсионно натоварване и повърхности, които изпитват сили на удар. Индукционната обработка се извършва една по една част, позволявайки много предсказуемо движение на размерите от част към част.

  • Прецизен контрол върху температурата и дълбочината на втвърдяване

  • Контролирано и локализирано отопление

  • Лесно се интегрира в производствените линии

  • Бърз и повторяем процес

  • Всеки детайл може да бъде закален чрез прецизно оптимизирани параметри

  • Енергийно ефективен процес

Компоненти от стомана и неръждаема стомана, които могат да бъдат закалени с индукция:

Крепежни елементи, фланци, зъбни колела, лагери, тръби, вътрешни и външни колела, колянови валове, разпределителни валове, хомоти, задвижващи валове, изходни валове, шпиндели, торсионни пръти, въртящи се пръстени, тел, клапани, свредла за скали и др.

Повишена устойчивост на износване

Има пряка връзка между твърдостта и износоустойчивостта. Устойчивостта на износване на дадена част се увеличава значително с индукционно втвърдяване, като се приеме, че първоначалното състояние на материала е било или отгрято, или обработено в по-меко състояние.

Повишена здравина и умора живот поради меката сърцевина и остатъчно компресивно напрежение на повърхността

Компресионното напрежение (обикновено се счита за положителен атрибут) е резултат от втвърдената структура в близост до повърхността, заемаща малко повече обем от сърцевината и предишната структура.

Частите могат да бъдат закалени след Индукционно втвърдяване , за да регулирате нивото на твърдост, както желаете

Както при всеки процес, произвеждащ мартензитна структура, закаляването ще намали твърдостта, като същевременно намали чупливостта.

Дълбок калъф с здрава сърцевина

Типичната дълбочина на случая е .030 ”- .120”, което е по-дълбоко средно от процеси като карбуризиране, карбонитриране и различни форми на азотиране, извършвани при подкритични температури. За определени проекти като оси или части, които все още са полезни дори след износване на много материали, дълбочината на корпуса може да бъде до ½ инча или по-голяма.

Процес на селективно втвърдяване без необходимост от маскиране

Зоните с последващо заваряване или след механична обработка остават меки - много малко други процеси на термична обработка са в състояние да постигнат това.

Относително минимално изкривяване

Пример: вал с дължина 1 ”Ø x 40”, който има две равномерно разположени шипки, всеки 2 ”дълъг, изискващ подкрепа на товар и износоустойчивост. Индукционното втвърдяване се извършва само на тези повърхности, с обща дължина 4 ”. С конвенционален метод (или ако индукцията се втвърди по цялата дължина по този въпрос), ще има значително повече деформация.

Позволява използването на стоки с ниска цена като 1045

Най-популярната стомана, използвана за части, които трябва да бъдат индукционно закалени, е 1045. Тя е лесно обработваема, евтина и поради съдържанието на въглерод от 0.45% номинално може да бъде индукционно закалена до 58 HRC +. Освен това има относително нисък риск от напукване по време на лечението. Други популярни материали за този процес са 1141/1144, 4140, 4340, ETD150 и различни чугуни.

Ограничения на индукционното втвърдяване

Изисква индукционна намотка и инструментална екипировка, която е свързана с геометрията на детайла

Тъй като разстоянието на свързване от намотка е критично за ефективността на отоплението, размерът и контурът на намотката трябва да бъдат внимателно подбрани. Докато повечето обработващи машини разполагат с арсенал от основни намотки за нагряване на кръгли форми като валове, щифтове, ролки и т.н., някои проекти може да изискват персонализирана намотка, която понякога струва хиляди долари. При проекти със среден и голям обем ползата от намалените разходи за обработка на част може лесно да компенсира разходите за намотки. В други случаи инженерните ползи от процеса могат да надхвърлят опасенията за разходите. В противен случай при проекти с малък обем разходите за намотки и инструментална екипировка обикновено правят процеса непрактичен, ако трябва да се изгради нова намотка. Частта също трябва да бъде подкрепена по някакъв начин по време на лечението. Работата между центровете е популярен метод за части от шахтата, но в много други случаи трябва да се използва персонализирана обработка.

По-голяма вероятност от напукване в сравнение с повечето процеси на топлинна обработка

Това се дължи на бързото нагряване и закаляване, както и тенденцията да се създават горещи точки на елементи / ръбове като: канали за ключове, канали, напречни отвори, резби.

Изкривяване с индукционно втвърдяване

Нивата на изкривяване са склонни да бъдат по-големи от процеси като азотиране на йони или газове, поради бързото нагряване / охлаждане и произтичащата мартензитна трансформация. Като се има предвид това, индукционното втвърдяване може да доведе до по-малко изкривяване от конвенционалното термично третиране, особено когато се прилага само в избрана област.

Материални ограничения с индукционно втвърдяване

Тъй като процес на индукционно втвърдяване обикновено не включва дифузия на въглерод или други елементи, материалът трябва да съдържа достатъчно въглерод заедно с други елементи, за да осигури втвърдяване, поддържащо мартенситната трансформация до желаното ниво на твърдост. Това обикновено означава, че въглеродът е в диапазона от 0.40% +, като се получава твърдост от 56 - 65 HRC. По-нисковъглеродни материали като 8620 могат да бъдат използвани с резултантно намаляване на постижимата твърдост (40-45 HRC в този случай). Стомани като 1008, 1010, 12L14, 1117 обикновено не се използват поради постижимото ограничено увеличение на твърдостта.

Подробности за процеса на индукционно втвърдяване на повърхността

Индукционно втвърдяване е процес, използван за повърхностно втвърдяване на стомана и други сплавни компоненти. Частите, които трябва да бъдат обработени, се поставят вътре в медна намотка и след това се нагряват над температурата им на трансформация чрез прилагане на променлив ток към намотката. Променливият ток в бобината индуцира променливо магнитно поле в работната част, което кара външната повърхност на детайла да се нагрява до температура над обхвата на трансформация.

Компонентите се нагряват чрез променливо магнитно поле до температура в рамките на или над обхвата на трансформация, последвано от незабавно охлаждане. Това е електромагнитен процес, използващ медна индуктивна намотка, която се захранва с ток с определена честота и ниво на мощност.