Введение
Индукционное закаливание - это вид поверхностного закаливания, при котором металлическая часть нагревается индукционным нагревом, а затем гасится. Отошливованный металл подвергается мартенситному преобразованию, увеличивая твердость и хрупкость детали. Индукционное закаливание используется для выборочного закаливания участков детали или сборки без влияния на свойства детали в целом.
Процесс
Индукционное нагревание - это процесс бесконтактного нагрева, который использует принцип электромагнитной индукции для получения тепла внутри поверхностного слоя заготовки. Помещая проводящий материал в сильное переменное магнитное поле, электрический ток может проходить в материале, создавая тем самым тепло из-за потерь I2R в материале. В магнитных материалах дополнительное тепло генерируется ниже точки Кюри из-за гистерезисных потерь. Созданный ток протекает преимущественно в поверхностном слое, глубина этого слоя диктуется частотой переменного поля, плотностью поверхностной мощности, проницаемостью материала, временем нагрева и диаметром стержня или толщиной материала. Затем нагретый слой затухает в воде, масле или полимерном способе, при этом поверхностный слой преобразуется в мартенситную структуру, которая является более жесткой, чем основной металл.
Определение
Широко используемый процесс поверхностного закаливания стали. Компоненты нагреваются с помощью переменного магнитного поля до температуры в пределах или выше диапазона преобразования, после чего происходит немедленное гашение. На ядро компонента обработка не влияет, его физические свойства совпадают с свойствами бруса, из которого он был обработан, а твердость корпуса может находиться в пределах 37/58 HRC. Углеродистые и легированные стали с эквивалентным содержанием углерода в диапазоне 0,40/0,45% наиболее подходят для этого процесса. Индукционно поверхностно закаленные низколегированные среднеуглеродистые стали широко используются для критических автомобильных и машинных применений, требующих высокой износостойкости. Сопротивление износу индукционно закаленных деталей зависит от глубины закаливания и величины и распределения остаточного сжатия в поверхностном слое. Фарадей пришел к выводу, что электрический ток может быть произведен изменением магнитного поля. Поскольку между первичной и вторичной обмотками не было физической связи, электромагнитные силы в вторичной катушке, как говорили, индуцированы, и таким образом, закон индукции Фарадея родился. После открытия эти принципы использовались в течение следующего столетия в конструкции динамо (электрических генераторов и электродвигателей, которые являются вариантами одного и того же) и в виде электрических трансформаторов. В этих приложениях любое тепло, генерируемое в электрических или магнитных схемах, считалось нежелательным. Инженеры приложили немало усилий и использовали ламинированные ядра и другие методы, чтобы свести к минимуму последствия. Необходимость в быстрых легко автоматизированных системах привела к огромному прогрессу в понимании и использовании процесса индукционного закаливания, и к концу 1950-х годов многие системы, использующие генераторы двигателей и термоионные триодные осцилляторы, регулярно использовались в широком спектре отраслей. Современные индукционные нагревательные агрегаты используют новейшие полупроводниковые технологии и цифровые системы управления для разработки диапазона мощностей от 1 кВт до многих мегаватт.
Одноразовое закаливание
В системах с одним выстрелом компонент удерживается статически или вращается в катушке, и вся обработанная область одновременно нагревается в течение заранее установленного времени, после чего происходит либо подавление наводнения, либо система подавления капель. Одноразовый удар часто используется в случаях, когда никакой другой метод не даст желаемого результата, например, для твердония плоской поверхности молотов, твердония краев сложных инструментов или производства небольших зубчатых ремней. В случае с отверждением вала, еще одним преимуществом методологии одноразового отверждения является время производства по сравнению с прогрессивными методами поперечного отверждения. Кроме того, возможность использовать катушки, которые могут создавать продольный поток тока в компоненте, а не диаметрический поток, может быть преимуществом при определенных сложных геометрических конструкциях. Есть недостатки в одном выстреле. Конструкция катушки может быть чрезвычайно сложным и сложным процессом. Часто требуется использование феррита или ламинированных материалов для нагрузки, чтобы влиять на концентрацию магнитного поля в данных областях, тем самым уточняя образец теплового излучения. Еще один недостаток заключается в том, что требуется гораздо больше энергии из-за увеличения площади поверхности, нагреваемой по сравнению с поперечным подходом.
Противоположная закаливание
В системах поперечного закаливания заготовка проходит через индукционную катушку постепенно, и используется следующий спрей или кольцо для гашения. Противоположная закалка широко используется при производстве компонентов типа вала, таких как валы для осей, штыри для экскаваторов, компоненты рулевого управления, валы для электроинструментов и приводы. Компонент подается через кольцевой индуктор, который обычно имеет один поворот. Ширина поворота определяется скоростью прохождения, доступной мощностью и частотой генератора. Это создает движущуюся полосу тепла, которая при тушении создает затвердевший поверхностный слой. Кольцо сгорания может быть либо неотъемлемой частью следующего устройства, либо комбинацией обоих, в зависимости от требований применения. Изменяя скорость и мощность, можно создать вал, который затвердевает по всей его длине или только в определенных областях, а также затвердевать валы с шагами в диаметре или шпаллами. При закаливании круглых валов обычно во время процесса вращают часть, чтобы убедиться, что любые изменения, вызванные концентричностью катушки и компонента, удалены. Круговые методы также используются при производстве краевых компонентов, таких как бумажные ножи, кожаные ножи, нижние лезвия газонокосилки и лезвия пилы. Для этих типов применения обычно используется шнурочная катушка или поперечная катушка потока, которая расположена над краем компонента. Компонент проходит через катушку и последующее распыливание, состоящее из сопла или просверленных блоков. Для обеспечения постепенного движения через катушку используется множество методов, используются как вертикальные, так и горизонтальные системы. В них обычно используется цифровой кодер и программируемый логический контроллер для позиционного управления, переключения, мониторинга и настройки. Во всех случаях скорость прохождения должна быть тщательно контролирована и последовательна, поскольку изменение скорости будет влиять на глубину твердости и достигнутое значение твердости.
Необходимая мощность
Мощность источников питания для индукционного закаливания варьируется от нескольких кВт до сотен кВт в зависимости от размера нагреваемого компонента и используемого метода производства, то есть одноразового закаливания, поперечного закаливания или закаливания под водой. Для выбора правильного источника питания необходимо сначала рассчитать площадь поверхности компонента, который будет нагреваться. После установления этого, различные методы могут быть использованы для расчета требуемой плотности мощности, времени нагрева и частоты работы генератора. Традиционно это делалось с использованием ряда графиков, сложных эмпирических вычислений и опыта. Современные методы обычно используют анализ конечных элементов и методы производства с помощью компьютера, однако, как и во всех таких методах, все еще требуется тщательное знание процесса нагрева индукционным нагревом. Для одноразовых применений необходимо рассчитать общую площадь, подлежащую нагреву. В случае продольной закаливания окружность компонента умножается на ширину поверхности катушки. При выборе ширины поверхности катушки необходимо следить за тем, чтобы катушка имела выбранную ширину и чтобы она работала при требуемой мощности.
Частота
Системы индукционного нагрева для закаливания доступны в различных частотах работы, обычно от 1 кГц до 400 кГц. Доступны более высокие и более низкие частоты, но обычно они используются для специализированных приложений. Отношение между частотой работы и глубиной проникновения тока, а следовательно, глубиной твердости, обратно пропорционально. То есть, чем ниже частота, тем глубже дело. + Примеры частот для различных глубин корпуса и диаметров материала Глубина корпуса [мм] Диаметр бруса [мм] Частота [кГц] 0,8 - 1,5 5 - 25 200 - 400 1,5 - 3,0 10 - 50 10 - 100 >50 3 - 10 3.0 - 10,0 20 - 50 3 - 10 50 - 100 1 - 3 >100 1 Вышеуказанная таблица является чисто иллюстративной, хорошие результаты могут быть получены за пределами этих диапазонов путем балансирования плотности мощности, частоты и других практических соображений, включая стоимость, которая может повлиять на окончательный выбор, время нагрева и ширину катушки. Кроме плотности мощности и частоты, время нагрева материала будет влиять на глубину, до которой тепло будет течь по проводимости. На время в катушке может влиять скорость прохождения и ширина катушки, однако это также будет влиять на общую потребность в мощности или пропускную способность оборудования. Из приведенной выше таблицы видно, что выбор правильного оборудования для любого применения может быть чрезвычайно сложным, поскольку для данного результата может использоваться более одной комбинации мощности, частоты и скорости. Однако на практике многие варианты сразу становятся очевидными, основываясь на предыдущем опыте и практической целесообразности.
The above table is purely illustrative, good results can be obtained outside these ranges by balancing power densities, frequency and other practical considerations including cost which may influence the final selection, heat time and coil width. As well as the power density and frequency, the time the material is heated for will influence the depth to which the heat will flow by conduction. The time in the coil can be influenced by the traverse speed and the coil width, however this will also have an effect on the overall power requirement or the equipment throughput. It can be seen from the above table that the selection of the correct equipment for any application can be extremely complex as more than one combination of power, frequency and speed can be used for a given result. However in practice many selections are immediately obvious based on previous experience and practicality.
Приложения
Этот процесс применим к электрически проводящим магнитным материалам, таким как сталь. Можно обрабатывать длинные рабочие части, такие как оси.