Indukcijsko kaljenje — primjena, fizikalni postupak, vrste i metode kaljenja

U ovom članku bit će riječi o indukcijskom kaljenju — jednoj od vrsta toplinske obrade metala koja omogućuje fazne transformacije, odnosno transformaciju perlita u austenit. Čelični dijelovi, zbog indukcijskog kaljenja, poprimaju veća mehanička svojstva, jer se takvom obradom kvaliteta čelika znatno povećava.

Dakle, za toplinsku obradu metala, u svrhu njihovog površinskog otvrdnjavanja, koriste indukcijsko zagrijavanje... Tehnologija omogućuje odabir različitih dubina očvrslog sloja, osim toga, proces se lako automatizira, zbog čega je ova metoda smatra se progresivnim. Moguće je učvrstiti dijelove različitih oblika.

Površinsko indukcijsko kaljenje ima dvije vrste: površinsko i površinsko.

Površinsko kaljenje s površinskim zagrijavanjem, pri čemu se obradak zagrijava na temperaturu kaljenja do dubine kaljenog sloja, a jezgra ostaje netaknuta. Vrijeme zagrijavanja je od 1,5 do 20 sekundi, brzina zagrijavanja je od 30 do 300 ° C u sekundi.

Volumno otvrdnjavanje površine karakterizira zagrijavanje sloja većeg od sloja s martenzitnom strukturom, to je duboko zagrijavanje. Čelik se žari do dubine manje od debljine zagrijanog sloja, što je određeno kaljenjem čelika.

U dubokim zonama dubljim od martenzitne strukture, koje se zagrijavaju do temperature skrućivanja, nastaju skrutnute zone sa strukturom skrutnutog sorbitola ili troostita. Vrijeme stvrdnjavanja povećava se na 20-100 sekundi, brzina zagrijavanja smanjuje se na 2-10 °C u sekundi u usporedbi s površinskim stvrdnjavanjem.

Osovine za teške uvjete rada, zupčanici, križevi itd. podvrgavaju se volumetrijskom površinskom kaljenju. Glavna razlika između indukcijskog grijanja i drugih metoda grijanja je oslobađanje topline izravno u volumen izratka.

U osnovi je proces sljedeći. Očvrsli dio se postavlja u induktor koji se napaja izmjeničnom strujom. Promjenjivo magnetsko polje izaziva EMF vrtložna strujanja se javljaju u površinskom sloju izratka, zagrijavajući izradak. Ta područja, koja su pod utjecajem izmjeničnog magnetskog polja, zagrijavaju se do visokih temperatura.

Brzina grijanja je velika i postoji mogućnost lokalnog grijanja. Gustoća struje veća je na površini izratka zbog površinskog učinka, zbog čega je zagrijavanje moguće samo do potrebne dubine. Jezgra se lagano zagrijava.87% snage koju prenose vrtložne struje izratka je u dubini prodiranja.

Budući da je dubina prodiranja struje različita pri različitim temperaturama metala, proces se odvija u nekoliko faza. Prije svega, površinski sloj hladnog metala se brzo zagrijava, zatim se sloj zagrijava dublje i prvi sloj se dalje ne zagrijava tako brzo, zatim se zagrijava treći sloj.

U procesu zagrijavanja svakog od slojeva, brzina zagrijavanja svakog sloja opada s gubitkom magnetskih svojstava odgovarajućeg sloja. Odnosno, toplina se širi zbog promjena u magnetskim svojstvima metala od sloja do sloja. Ovo je aktivno grijanje strujom, traje doslovno nekoliko sekundi.

Indukcijsko zagrijavanje, ovisno o raspodjeli temperature u presjeku obratka, razlikuje se od zagrijavanja toplinskom vodljivošću.U zagrijanom sloju temperatura je znatno viša nego u središtu, dolazi do naglog pada, jer u središnjem dijelu sloja dolazi do naglog pada. dijela, magnetska svojstva se još uvijek ne gube sve dok vanjska aktivna struja već nije pregrijala metal. Promjenom frekvencije struje i trajanja zagrijavanja izradak se zagrijava do potrebne dubine.

Dizajn induktora obično određuje kvalitetu skrućivanja dijela. Induktor je napravljen od bakrenih cijevi kroz koje prolazi voda za hlađenje. Određeni razmak, mjeren u milimetrima, održava se između induktora i dijela, a isti je sa svih strana.

Kaljenje se provodi na različite načine, ovisno o obliku i veličini dijela, kao i zahtjevima kaljenja. Mali dijelovi se prvo zagrijavaju, a zatim hlade.Kod hlađenja tušem, rashladni medij poput vode dovodi se kroz rupe u induktoru. Ako je dio dug, induktor se pomiče duž njega tijekom kaljenja, a voda se dovodi kroz rupe za tuširanje nakon njegovog kretanja. To je kontinuirana sekvencijalna metoda stvrdnjavanja.

U kontinuiranom sekvencijalnom stvrdnjavanju, induktor se kreće brzinom od 3 do 30 mm u sekundi i dijelovi dijela sukcesivno padaju u njegovo magnetsko polje. Kao rezultat toga, dio se sukcesivno, dio po dio, zagrijava i hladi. Na taj način se po potrebi mogu očvrsnuti i pojedini dijelovi obratka, na primjer rukavci radilice ili zubi velikog zupčanika. Alati za automatizaciju omogućuju ravnomjerno poravnavanje dijela i pomicanje induktora s visokom preciznošću.

Ovisno o marki čelika i načinu njegove predobrade, svojstva nakon kaljenja su različita. Načini indukcijskog grijanja, hlađenja i niskog temperiranja također utječu na rezultate.

Za razliku od konvencionalnog kaljenja, indukcijsko kaljenje čini čelik 1-2 HRC tvrđim, jačim, smanjuje žilavost i povećava granicu izdržljivosti. To je zbog mljevenja zrna austenita.

Visoka brzina zagrijavanja dovodi do povećanja centara transformacije perlit-austenit. Ispostavilo se da je početno zrno austenita malo, rast se ne događa zbog visoke brzine zagrijavanja i nedostatka izloženosti.

Kristali martenzita su manji. Zrno austenita je 12-15 bodova. Kada se koriste čelici s malom tendencijom rasta austenitnih zrna, dobiva se fino zrno.Dijelovi s blago raspršenom početnom strukturom dobivaju se kao rezultat bolje kvalitete.

Kao rezultat raspodjele zaostalih naprezanja povećava se granica izdržljivosti. Zaostala tlačna naprezanja prisutna su u očvrslom sloju, dok su vlačna naprezanja prisutna izvan njega. Lomovi uslijed zamora povezani su s vlačnim naprezanjima. Tlačna naprezanja će oslabiti razorne vlačne sile pod djelovanjem vanjskih sila tijekom rada dijela. Zbog toga se povećava granica izdržljivosti kao rezultat indukcijskog kaljenja.

Odlučujuću važnost kod indukcijskog kaljenja imaju: brzina zagrijavanja, brzina hlađenja, način kaljenja pri niskim temperaturama.