Процес індукційного зміцнення поверхні

Індукційне затвердіння поверхневих аплікаторів

Що таке індукційне зміцнення?

Індукційне зміцнення є формою термічної обробки, при якій металева частина з достатнім вмістом вуглецю нагрівається в індукційному полі, а потім швидко охолоджується. Це збільшує як твердість, так і крихкість деталі. Індукційний нагрів дозволяє локалізувати нагрівання до заздалегідь визначеної температури та дозволяє точно контролювати процес затвердіння. Таким чином гарантується повторюваність процесу. Зазвичай індукційне зміцнення застосовується до металевих деталей, які повинні мати велику поверхневу зносостійкість, зберігаючи при цьому свої механічні властивості. Після досягнення процесу індукційного зміцнення металеву заготовку потрібно загартувати у воді, маслі або повітрі, щоб отримати специфічні властивості поверхневого шару.

індукційний процес твердіння поверхні

Індукційне зміцнення є методом швидкого та вибіркового затвердіння поверхні металевої деталі. Мідна котушка, що несе значний рівень змінного струму, розміщується поблизу (не торкаючись) деталі. Тепло генерується на поверхні та поблизу неї за рахунок вихрових струмів та втрат при гістерезисі. Гасіння, як правило, на водній основі з додаванням, таким як полімер, спрямоване на деталь або вона занурена в воду. Це перетворює структуру на мартенсит, що набагато складніше, ніж попередня структура.

Популярний сучасний тип обладнання для індукційного зміцнення називається сканером. Деталь утримується між центрами, обертається і проходить через прогресивну котушку, яка забезпечує як тепло, так і загартування. Загартування спрямоване нижче котушки, тому будь-яка задана ділянка деталі швидко охолоджується відразу після нагрівання. Рівень потужності, час перебування, швидкість сканування (подачі) та інші змінні процесу точно контролюються комп’ютером.

Процес зміцнення корпусу застосовується для підвищення зносостійкості, твердості поверхні та тривалості втоми шляхом створення загартованого поверхневого шару при збереженні незміненої мікроструктури серцевини.

Індукційне зміцнення використовується для підвищення механічних властивостей залізних компонентів у певній зоні. Типовим застосуванням є силова установка, підвіска, компоненти двигуна та штампування. Індукційне зміцнення чудово підходить для усунення гарантійних вимог / пошкоджень поля. Основними перевагами є покращення міцності, втоми та зносостійкості в локалізованій зоні без необхідності переробляти компонент.

Процеси та галузі, які можуть отримати вигоду від індукційного зміцнення:

  • Термічна обробка

  • Зміцнення ланцюга

  • Загартовування труб і труб

  • Суднобудування

  • Авіаційно-космічний

  • залізничний

  • автомобільний

  • Поновлювані енергії

Переваги індукційного зміцнення:

Сприятливий для компонентів, які зазнають великих навантажень. Індукція надає високу поверхневу твердість глибокому корпусу, здатному витримувати надзвичайно великі навантаження. Втомна міцність підвищується завдяки розвитку м'якого стрижня, оточеного надзвичайно міцним зовнішнім шаром. Ці властивості бажані для деталей, що зазнають крутильного навантаження, і поверхонь, що зазнають сили удару. Індукційна обробка виконується по одній частині, дозволяючи дуже передбачуваний розмірний рух від деталі до деталі.

  • Точний контроль температури та глибини затвердіння

  • Контрольоване та локалізоване опалення

  • Легко інтегрується у виробничі лінії

  • Швидкий і повторюваний процес

  • Кожну заготовку можна загартувати точними оптимізованими параметрами

  • Енергоефективний процес

Сталеві та нержавіючі сталеві компоненти, які можна загартувати індукцією:

Кріпильні вироби, фланці, шестерні, підшипники, трубки, внутрішні та зовнішні колеса, колінчасті вали, розподільні вали, хомути, ведучі вали, вихідні вали, шпинделі, торсіонні накопичувальні кільця, дріт, клапани, свердла для гірських порід тощо.

Підвищена зносостійкість

Існує пряма кореляція між твердістю та зносостійкістю. Зносостійкість деталі значно зростає з індукційним зміцненням, припускаючи, що початковий стан матеріалу був або відпалений, або оброблений до більш м'якого стану.

Підвищена міцність та втомлюваність завдяки м’якому стрижню та залишковим стискаючим напруженням на поверхні

Стискаюче напруження (зазвичай вважається позитивним атрибутом) є результатом зміцнення структури біля поверхні, що займає трохи більше об'єму, ніж серцевина та попередня структура.

Деталі можуть загартуватися після Індукційне загартування щоб відрегулювати рівень твердості за бажанням

Як і в будь-якому процесі, що створює мартенситну структуру, загартування знизить твердість, зменшуючи крихкість.

Глибокий футляр з жорстким стрижнем

Типова глибина корпусу становить .030 ”- .120”, що в середньому глибше, ніж такі процеси, як карбюризація, карбонітрування та різні форми азотування, що виконуються при критичних температурах. Для певних проектів, таких як мотори або деталі, які все ще корисні навіть після стирання великої кількості матеріалу, глибина корпусу може становити до ½ дюйма або більше.

Вибірковий процес затвердіння без маскування

Ділянки після зварювання або після механічної обробки залишаються м’якими - цього вдається досягти дуже мало іншим процесам термообробки.

Відносно мінімальне спотворення

Приклад: вал довжиною 1 ”Ø x 40”, який має два рівномірно розташовані ковзани, кожен довжиною 2 ”, що вимагає підтримки навантаження та зносостійкості. Індукційне зміцнення виконується саме на цих поверхнях, загальною довжиною 4 ”. Звичайним методом (або якщо б ми індукцію загартували на всю довжину), було б значно більше деформацій.

Дозволяє використовувати недорогі сталі, такі як 1045

Найпопулярніша сталь, що використовується для деталей, що підлягають індукційному загартуванню, - 1045. Вона легко піддається механічній обробці, має низьку вартість, а завдяки вмісту вуглецю 0.45% від номінальної, вона може бути індукційно загартована до 58 HRC + Він також має відносно низький ризик розтріскування під час лікування. Інші популярні матеріали для цього процесу - 1141/1144, 4140, 4340, ETD150 та різні чавуни.

Обмеження індукційного зміцнення

Потрібні індукційна котушка та інструмент, що стосується геометрії деталі

Оскільки відстань з'єднання частин котушки є критичною для ефективності нагрівання, розмір і контур котушки повинні бути ретельно підібрані. Хоча більшість обробників мають арсенал основних котушок для нагрівання круглих форм, таких як вали, шпильки, ролики тощо, для деяких проектів може знадобитися спеціальна котушка, яка іноді коштує тисячі доларів. У проектах середнього та великого обсягу вигода від зниження вартості обробки на деталь може легко компенсувати вартість котушки. В інших випадках інженерні переваги процесу можуть перевищувати стурбованість. В іншому випадку для проектів з невеликим обсягом вартість котушки та оснащення зазвичай робить процес непрактичним, якщо потрібно будувати нову котушку. Деталь також повинна бути якось підтримана під час лікування. Пробіг між центрами є популярним методом для деталей типу вала, але в багатьох інших випадках необхідно використовувати спеціальний інструмент.

Більша ймовірність розтріскування порівняно з більшістю процесів термообробки

Це пояснюється швидким нагріванням і гартуванням, а також тенденцією до створення гарячих точок на елементах / краях, таких як: шпоночні канавки, канавки, поперечні отвори, різьблення.

Спотворення з індукційним зміцненням

Рівні спотворень, як правило, вищі, ніж такі процеси, як азотування іонів або газів, внаслідок швидкого нагрівання / гасіння та результуючої мартенситної трансформації. Тим не менш, індукційне зміцнення може спричинити менші спотворення, ніж звичайна термічна обробка, особливо коли воно застосовується лише до вибраної області.

Обмеження матеріалу за допомогою індукційного зміцнення

З процес індукційного затвердіння зазвичай не включає дифузію вуглецю або інших елементів, матеріал повинен містити достатню кількість вуглецю разом з іншими елементами, щоб забезпечити загартовуваність, що підтримує мартенситну трансформацію, до бажаного рівня твердості. Зазвичай це означає, що вуглець знаходиться в діапазоні 0.40% +, виробляючи твердість 56 - 65 HRC. Низьковуглецеві матеріали, такі як 8620, можуть використовуватися з результатом зниження досяжної твердості (в цьому випадку 40-45 HRC). Сталі, такі як 1008, 1010, 12L14, 1117, як правило, не використовуються через обмежене збільшення твердості, яке можна досягти.

Деталі процесу індукційного зміцнення поверхні

Індукційне зміцнення - це процес, що використовується для поверхневого зміцнення сталі та інших компонентів сплаву. Деталі, що підлягають термічній обробці, поміщають всередину мідної котушки, а потім нагрівають вище температури їх трансформації, подаючи на котушку змінний струм. Змінний струм в котушці індукує змінне магнітне поле всередині заготовки, що змушує зовнішню поверхню деталі нагріватися до температури вище діапазону трансформації.

Компоненти нагріваються за допомогою змінного магнітного поля до температури в межах або вище діапазону трансформації з наступним негайним загартуванням. Це електромагнітний процес із використанням мідної котушки індуктивності, яка подається струмом на певній частоті та рівні потужності.

 

=