Vysokorýchlostný ohrev systémom indukčného ohrevu

Jedným z nedávnych výnimočných pokrokov v oblasti tepelného spracovania bola aplikácia indukčný ohrev k lokalizovanému povrchovému spevneniu. Pokroky podmienené aplikáciou vysokofrekvenčného prúdu neboli ničím menším než fenomenálnym. Táto veľmi selektívna metóda vytvrdzovania povrchov, ktorá začala pred pomerne krátkym časom ako dlho hľadaná metóda vytvrdzovania dosadacích plôch na kľukových hriadeľoch (používa sa ich niekoľko miliónov, čím sa dosiahli všetky prevádzkové rekordy), dnes zisťuje, že táto veľmi selektívna metóda vytvrdzovania povrchov produkuje spevnené plochy na mnohých časti. Indukčné kalenie je napriek svojej súčasnej šírke použitia stále v počiatočnom štádiu. Jeho pravdepodobné využitie na tepelné spracovanie a kalenie kovov, ohrev na kovanie alebo spájkovanie, prípadne spájkovanie podobných a rozdielnych kovov je nepredvídateľné.

Indukčné spevnenie výsledkom je výroba miestne kalených oceľových predmetov s požadovaným stupňom hĺbky a tvrdosti, podstatnou metalurgickou štruktúrou jadra, demarkačnej zóny a kaleného puzdra, prakticky bez deformácií a bez tvorby šupín. Umožňuje návrh zariadenia, ktorý zaručuje mechanizáciu celej operácie na splnenie požiadaviek výrobnej linky. Len niekoľkosekundové časové cykly sú udržiavané automatickou reguláciou výkonu a delenými sekundovými intervalmi ohrevu a ochladzovania, ktoré sú nevyhnutné na vytvorenie faksimilných výsledkov náročných špeciálnych fixácií. Zariadenie na indukčné kalenie umožňuje používateľovi povrchovo vytvrdiť iba požadovanú časť väčšiny oceľových predmetov a tým zachovať pôvodnú ťažnosť a pevnosť; vytvrdzovať predmety zložitého dizajnu, ktoré nie je možné uskutočňovať iným spôsobom; eliminovať zvyčajnú drahú predúpravu, ako je pokovovanie a nauhličovanie, a nákladné následné vyrovnávacie a čistiace operácie; znížiť náklady na materiál širokým výberom ocelí, z ktorých si môžete vybrať; a vytvrdzovať plne opracovaný predmet bez nutnosti akýchkoľvek dokončovacích operácií.

Príležitostnému pozorovateľovi by sa mohlo zdať, že indukčné kalenie je možné v dôsledku určitej transformácie energie, ktorá sa vyskytuje v indukčnej oblasti medi. Meď nesie elektrický prúd vysokej frekvencie a v intervale niekoľkých sekúnd sa povrch kusu ocele umiestneného v tejto oblasti pod napätím zahreje na svoj kritický rozsah a kalí sa na optimálnu tvrdosť. Pre výrobcu zariadení pre tento spôsob kalenia to znamená aplikáciu javov hysterézie, vírivých prúdov a skinefektu k efektívnej produkcii lokalizovaného povrchového kalenia.

Ohrev sa vykonáva pomocou vysokofrekvenčných prúdov. V súčasnosti sa vo veľkej miere používajú špecificky zvolené frekvencie od 2,000 10,000 do 100 000 cyklov a viac ako XNUMX XNUMX cyklov. Prúd tohto druhu pretekajúci cez induktor vytvára vysokofrekvenčné magnetické pole v oblasti induktora. Keď je do tohto poľa umiestnený magnetický materiál, ako je oceľ, dochádza k rozptylu energie v oceli, ktorá produkuje teplo. Molekuly v oceli sa pokúšajú vyrovnať s polaritou tohto poľa a pri tejto zmene tisíckrát za sekundu vzniká obrovské množstvo vnútorného molekulárneho trenia ako výsledok prirodzenej tendencie ocele odolávať zmenám. Týmto spôsobom sa elektrická energia premieňa prostredníctvom trenia na teplo.

Keďže však ďalšou vlastnosťou vysokofrekvenčného prúdu je sústredenie sa na povrch jeho vodiča, zahrievajú sa iba povrchové vrstvy. Táto tendencia, nazývaná „efekt pokožky“, je funkciou frekvencie, a ak sú ostatné veci rovnaké, vyššie frekvencie sú účinné v menších hĺbkach. Trecie pôsobenie vytvárajúce teplo sa nazýva hysterézia a je samozrejme závislé od magnetických vlastností ocele. Keď teda teplota prekročí kritický bod, pri ktorom sa oceľ stane nemagnetickou, všetok hysterický ohrev prestane.

Existuje dodatočný zdroj tepla v dôsledku vírivých prúdov, ktoré prúdia v oceli v dôsledku rýchlo sa meniaceho toku v poli. S rastúcim odporom ocele s teplotou sa intenzita tohto pôsobenia znižuje, keď sa oceľ zahrieva, a je len zlomkom jej „studenej“ pôvodnej hodnoty, keď sa dosiahne správna teplota kalenia.

Keď teplota indukčne vyhrievanej oceľovej tyče dosiahne kritický bod, zahrievanie spôsobené vírivými prúdmi pokračuje značne zníženou rýchlosťou. Keďže celá akcia prebieha v povrchových vrstvách, je ovplyvnená iba táto časť. Pôvodné vlastnosti jadra sú zachované, povrchové spevnenie sa dosiahne kalením, keď sa v povrchových oblastiach dosiahne úplný roztok karbidu. Pokračujúce privádzanie energie spôsobuje zvýšenie hĺbky tvrdosti, pretože keď sa každá vrstva ocele zohreje na teplotu, prúdová hustota sa posunie k vrstve pod ňou, ktorá ponúka nižší odpor. Je zrejmé, že výber správnej frekvencie a riadenie výkonu a času ohrevu umožní splnenie akýchkoľvek požadovaných špecifikácií povrchového kalenia.

Hutníctvo Indukčné vykurovanie

Nezvyčajné správanie ocele pri indukčnom ohreve a získané výsledky si zasluhujú diskusiu o metalurgii, ktorej sa to týka. Rýchlosť rozpúšťania karbidu menej ako jedna sekunda, vyššia tvrdosť ako pri spracovaní v peci a nodulárny typ martenzitu sú body do úvahy
ktoré klasifikujú metalurgiu indukčného kalenia ako „odlišnú“. Okrem toho nedochádza k oduhličeniu povrchu a rastu zŕn v dôsledku krátkeho cyklu ohrevu.

Indukčné vykurovanie vytvára tvrdosť, ktorá je udržiavaná cez 80 percent svojej hĺbky, a odtiaľ postupný pokles cez prechodovú zónu k pôvodnej tvrdosti ocele, ktorá sa nachádza v jadre, ktoré nebolo ovplyvnené. Spoj je teda ideálny, eliminuje akúkoľvek možnosť odlupovania alebo škvŕn.

Kompletný karbidový roztok a homogenita, čo dokazuje maximálna tvrdosť, je možné dosiahnuť s celkovým časom ohrevu 0.6 sekundy. Z tohto času je iba 0.2 až 0.3 sekundy skutočne nad spodnou kritickou hodnotou. Je zaujímavé, že zariadenie na indukčné kalenie je v každodennej prevádzke na výrobnej báze s kompletným karbidovým riešením, ktoré je výsledkom cyklu ohrevu a kalenia, ktorého celkový čas je kratší ako 0.2 sekundy.

Jemný nodulárny a homogénnejší martenzit, ktorý je výsledkom indukčného kalenia, je zreteľnejší pri uhlíkových oceliach ako pri legovanej oceli, pretože väčšina legovaného martenzitu má nodulárny vzhľad. Táto jemná štruktúra musí mať pre svoj pôvod austenit, ktorý je výsledkom dôkladnejšej difúzie karbidu, ako sa získava tepelným ohrevom. Prakticky okamžitý vývoj kritických teplôt v celej mikroštruktúre alfa železa a karbidu železa zvlášť napomáha rýchlemu rozpusteniu karbidu a distribúcii zložiek, ktorých nevyhnutným produktom je dokonale homogénny autentit. Ďalej konverzia tejto štruktúry na martenzit vytvorí martenzit, ktorý má podobné charakteristiky a zodpovedajúcu odolnosť voči opotrebovaniu alebo penetrácii nástrojov.

vysokorýchlostný ohrev indukciou