Proces indukčného kalenia povrchu

Aplikácie povrchových procesov na indukčné kalenie

Čo je indukčné kalenie?

Indukčné spevnenie je forma tepelného spracovania, pri ktorej sa kovová časť s dostatočným obsahom uhlíka zahrieva v indukčnom poli a potom sa rýchlo ochladí. To zvyšuje ako tvrdosť, tak krehkosť súčasti. Indukčný ohrev vám umožňuje lokalizované ohrievanie na vopred stanovenú teplotu a umožňuje vám presne riadiť proces kalenia. Takto je zaručená opakovateľnosť procesu. Zvyčajne sa indukčné kalenie nanáša na kovové časti, ktoré musia mať veľkú povrchovú odolnosť proti opotrebovaniu a zároveň si musia zachovať svoje mechanické vlastnosti. Po dosiahnutí procesu indukčného kalenia je potrebné kovový obrobok kaliť vodou, olejom alebo vzduchom, aby sa získali špecifické vlastnosti povrchovej vrstvy.

proces indukčného kalenia povrchu

Indukčné spevnenie je metóda rýchleho a selektívneho vytvrdzovania povrchu kovovej časti. Medená cievka nesúca významnú úroveň striedavého prúdu je umiestnená v blízkosti (nedotýka sa) časti. Teplo sa vytvára na povrchu a v blízkosti povrchu vírivými prúdmi a stratami hysterézie. Zápal, zvyčajne na vodnej báze s prísadou, ako je polymér, je zameraný na časť alebo je ponorený. Toto transformuje štruktúru na martenzit, ktorý je oveľa tvrdší ako predchádzajúca štruktúra.

Populárny moderný typ indukčného kalenia sa nazýva skener. Časť je držaná medzi stredmi, otáčaná a vedená progresívnou cievkou, ktorá zaisťuje teplo aj zhášanie. Kalenie je nasmerované pod cievku, takže ktorákoľvek daná oblasť súčasti je okamžite po zahriatí rýchlo ochladená. Úroveň výkonu, doba zotrvania, rýchlosť skenovania (posuv) a ďalšie procesné premenné sú presne riadené počítačom.

Proces cementovania sa používa na zvýšenie odolnosti proti opotrebovaniu, tvrdosti povrchu a životnosti vďaka vytvoreniu tvrdenej povrchovej vrstvy pri zachovaní nedotknutej mikroštruktúry jadra.

Indukčné spevnenie sa používa na zvýšenie mechanických vlastností železných komponentov v konkrétnej oblasti. Typickými aplikáciami sú pohonné ústrojenstvo, zavesenie kolies, komponenty motora a výlisky. Indukčné kalenie je vynikajúce pri opravách záručných nárokov / porúch v teréne. Hlavnými výhodami sú vylepšenia pevnosti, únavy a odolnosti proti opotrebovaniu v lokalizovanej oblasti bez toho, aby ste museli redizajnovať komponent.

Procesy a odvetvia, ktoré môžu ťažiť z indukčného kalenia:

  • Tepelné spracovanie

  • Kalenie reťaze

  • Kalenie rúr a rúrok

  • Shipbuilding

  • Aerospace

  • železničné

  • automobilový priemysel

  • Obnoviteľné energie

Výhody indukčného kalenia:

Je vhodný pre komponenty, ktoré sú vystavené veľkému zaťaženiu. Indukcia dodáva vysokej tvrdosti povrchu hlbokému puzdru schopnému zvládnuť extrémne vysoké zaťaženie. Únavová pevnosť sa zvyšuje vyvinutím mäkkého jadra obklopeného extrémne tvrdou vonkajšou vrstvou. Tieto vlastnosti sú žiaduce pre súčasti vystavené torznému zaťaženiu a povrchy vystavené nárazovým silám. Indukčné spracovanie sa vykonáva po jednej časti, čo umožňuje veľmi predvídateľný rozmerový pohyb z časti na časť.

  • Presná kontrola teploty a hĺbky kalenia

  • Riadené a lokalizované vykurovanie

  • Ľahko integrovateľný do výrobných liniek

  • Rýchly a opakovateľný proces

  • Každý obrobok je možné kaliť presnými optimalizovanými parametrami

  • Energeticky efektívny proces

Oceľové a nehrdzavejúce oceľové diely, ktoré je možné kaliť indukciou:

Upevňovacie prvky, príruby, ozubené kolesá, ložiská, rúrky, vnútorné a vonkajšie krúžky, kľukové hriadele, vačkové hriadele, strmene, hnacie hriadele, výstupné hriadele, vretená, torzné tyče, otočné krúžky, drôt, ventily, vŕtačky atď.

Zvýšená odolnosť proti opotrebeniu

Medzi tvrdosťou a odolnosťou proti opotrebovaniu existuje priama úmera. Odolnosť proti opotrebeniu časti sa významne zvyšuje s indukčným kalením za predpokladu, že počiatočný stav materiálu bol buď žíhaný, alebo upravený do mäkšieho stavu.

Zvýšená pevnosť a únavová životnosť vďaka mäkkému jadru a zvyškovým tlakovým tlakom na povrchu

Tlakové napätie (zvyčajne sa považuje za pozitívny atribút) je výsledkom toho, že vytvrdená štruktúra v blízkosti povrchu zaberá o niečo väčší objem ako jadro a predchádzajúca štruktúra.

Diely môžu byť potom temperované Indukčné tvrdnutie podľa potreby upravte úroveň tvrdosti

Rovnako ako v prípade každého procesu, ktorý vytvára martenzitickú štruktúru, temperovanie zníži tvrdosť a zároveň zníži krehkosť.

Hlboké puzdro s tvrdým jadrom

Typická hĺbka prípadu je 030 ”–120 XNUMX”, čo je v priemere hlbšie ako pri procesoch, ako je nauhličovanie, karbonitridácia a rôzne formy nitridácie vykonávané pri subkritických teplotách. U určitých projektov, ako sú napríklad nápravy alebo diely, ktoré sú stále užitočné aj po opotrebovaní veľkého množstva materiálu, môže byť hĺbka skrinky až ½ palca alebo väčšia.

Proces selektívneho kalenia bez nutnosti maskovania

Oblasti s dodatočným zváraním alebo dodatočným obrábaním zostávajú mäkké - to je schopné dosiahnuť len veľmi málo iných procesov tepelného spracovania.

Relatívne minimálne skreslenie

Príklad: hriadeľ dlhý 1 ”Ø x 40”, ktorý má dva rovnomerne rozmiestnené čapy, každý 2 ”dlhý vyžaduje podporu záťaže a odolnosť proti opotrebeniu. Indukčné kalenie sa vykonáva práve na týchto povrchoch, v celkovej dĺžke 4 ”. Pri konvenčnej metóde (alebo ak by sme indukčne kalili celú dĺžku) by došlo k podstatne väčšiemu deformácii.

Umožňuje použitie lacných ocelí, napríklad 1045

Najobľúbenejšia oceľ používaná na indukčne kalené diely je 1045. Je ľahko opracovateľná, lacná a vďaka obsahu uhlíka 0.45% nominálne môže byť indukčne kalená na 58 HRC +. Taktiež má pomerne nízke riziko praskania počas liečby. Ďalšie populárne materiály pre tento proces sú 1141/1144, 4140, 4340, ETD150 a rôzne liatiny.

Obmedzenia indukčného kalenia

Vyžaduje indukčnú cievku a nástroje, ktoré súvisia s geometriou dielu

Pretože je vzdialenosť spojenia medzi cievkami rozhodujúca pre účinnosť vykurovania, je potrebné starostlivo zvoliť veľkosť a obrys cievky. Zatiaľ čo väčšina treaterov má arzenál základných cievok na ohrievanie okrúhlych tvarov, ako sú hriadele, čapy, valčeky atď., Niektoré projekty môžu vyžadovať vlastnú cievku, ktorá niekedy stojí tisíce dolárov. Na projektoch so stredným a veľkým objemom môže výhoda znížených nákladov na ošetrenie jednej časti ľahko kompenzovať náklady na cievku. V iných prípadoch môžu inžinierske výhody procesu prevážiť náklady. V opačnom prípade je pri projektoch s malým objemom cena cievky a nástrojov zvyčajne nepraktická, ak je potrebné vytvoriť novú cievku. Táto časť musí byť počas liečby tiež nejakým spôsobom podopretá. Beh medzi hrotmi je populárnou metódou pre súčiastky typu hriadeľa, ale v mnohých iných prípadoch je potrebné použiť vlastné nástroje.

Väčšia pravdepodobnosť prasknutia v porovnaní s väčšinou procesov tepelného spracovania

Je to spôsobené rýchlym zahrievaním a kalením, tiež tendenciou vytvárať horúce miesta na vlastnostiach / okrajoch, ako sú: drážky pre perá, drážky, priečne otvory, závity.

Skreslenie s indukčným kalením

Úrovne skreslenia majú tendenciu byť väčšie ako procesy, ako je nitridácia iónov alebo plynov, kvôli rýchlemu ochladeniu / ochladeniu a výslednej martenzitickej transformácii. To znamená, že indukčné kalenie môže spôsobiť menšie skreslenie ako bežné tepelné spracovanie, najmä ak sa nanáša iba na vybranú oblasť.

Materiálové obmedzenia s indukčným kalením

Vzhľadom k tomu, proces indukčného kalenia obvykle nezahŕňa difúziu uhlíka alebo iných prvkov, materiál musí obsahovať dostatok uhlíka spolu s ďalšími prvkami na zabezpečenie kaliteľnosti podporujúcej martenzitickú transformáciu na požadovanú úroveň tvrdosti. To typicky znamená, že uhlík je v rozmedzí 0.40% + a produkuje tvrdosť 56 - 65 HRC. Môžu sa použiť materiály s nízkym obsahom uhlíka, ako napríklad 8620, s výsledným znížením dosiahnuteľnej tvrdosti (v tomto prípade o 40 - 45 HRC). Ocele ako 1008, 1010, 12L14, 1117 sa zvyčajne nepoužívajú kvôli dosiahnuteľnému obmedzenému zvýšeniu tvrdosti.

Podrobnosti procesu indukčného kalenia povrchu

Indukčné spevnenie je proces používaný na povrchové kalenie ocele a iných legovaných komponentov. Súčiastky, ktoré sa majú tepelne spracovať, sa umiestnia do medenej špirály a potom sa na ňu špirálou privedie striedavý prúd. Striedavý prúd v cievke indukuje striedavé magnetické pole v obrobku, ktoré spôsobuje, že sa vonkajší povrch súčasti zahrieva na teplotu nad transformačným rozsahom.

Súčasti sa zahrievajú pomocou striedavého magnetického poľa na teplotu v transformačnom rozmedzí alebo nad ním, po ktorej nasleduje okamžité ochladenie. Jedná sa o elektromagnetický proces využívajúci medenú cievku induktora, ktorá je napájaná prúdom so špecifickou frekvenciou a úrovňou výkonu.