Proces powierzchniowy utwardzania indukcyjnego

Zastosowania procesu hartowania indukcyjnego

Co to jest hartowanie indukcyjne?

Hartowanie indukcyjne jest formą obróbki cieplnej, w której metalowa część o wystarczającej zawartości węgla jest podgrzewana w polu indukcyjnym, a następnie szybko schładzana. Zwiększa to zarówno twardość, jak i kruchość części. Nagrzewanie indukcyjne pozwala na miejscowe nagrzewanie do określonej temperatury i precyzyjną kontrolę procesu hartowania. Gwarantuje to powtarzalność procesu. Zazwyczaj hartowanie indukcyjne stosuje się do części metalowych, które muszą mieć dużą odporność na ścieranie powierzchniowe, zachowując jednocześnie swoje właściwości mechaniczne. Po osiągnięciu procesu hartowania indukcyjnego metalowy przedmiot należy hartować w wodzie, oleju lub powietrzu w celu uzyskania określonych właściwości warstwy wierzchniej.

proces powierzchniowy utwardzania indukcyjnego

Hartowanie indukcyjne to metoda szybkiego i selektywnego utwardzania powierzchni części metalowej. Cewkę miedzianą przenoszącą znaczny poziom prądu przemiennego umieszcza się w pobliżu (nie dotykając) części. Ciepło jest generowane na powierzchni i w jej pobliżu przez prąd wirowy i straty histerezy. Hartowanie, zwykle na bazie wody z dodatkiem, takim jak polimer, jest kierowane na część lub jest zanurzone. To przekształca strukturę w martenzyt, który jest znacznie twardszy niż poprzednia struktura.

Popularnym, nowoczesnym rodzajem sprzętu do hartowania indukcyjnego jest skaner. Część jest utrzymywana między środkami, obracana i przepuszczana przez cewkę progresywną, która zapewnia zarówno ciepło, jak i chłodzenie. Chłodzenie jest skierowane pod cewkę, więc dowolny obszar części jest szybko schładzany natychmiast po nagrzaniu. Poziom mocy, czas przebywania, szybkość skanowania (posuwu) i inne zmienne procesowe są precyzyjnie kontrolowane przez komputer.

Proces utwardzania powierzchniowego stosowany w celu zwiększenia odporności na ścieranie, twardości powierzchni i trwałości zmęczeniowej poprzez utworzenie utwardzonej warstwy powierzchniowej przy zachowaniu niezmienionej mikrostruktury rdzenia.

Hartowanie indukcyjne służy do poprawy właściwości mechanicznych elementów żelaznych w określonym obszarze. Typowe zastosowania to układ napędowy, zawieszenie, elementy silnika i wytłoczki. Hartowanie indukcyjne doskonale nadaje się do naprawy roszczeń gwarancyjnych / usterek w terenie. Główne korzyści to poprawa wytrzymałości, zmęczenia i odporności na zużycie w zlokalizowanym obszarze bez konieczności przeprojektowywania elementu.

Procesy i branże, które mogą skorzystać na hartowaniu indukcyjnym:

  • Obróbka cieplna

  • Hartowanie łańcucha

  • Hartowanie rur i rurek

  • Okrętownictwo

  • Lotnictwo

  • Kolej żelazna

  • Motoryzacja

  • Odnawialne energie

Korzyści z hartowania indukcyjnego:

Preferowane w przypadku elementów poddawanych dużym obciążeniom. Indukcja zapewnia wysoką twardość powierzchni, a głęboka obudowa jest w stanie wytrzymać bardzo duże obciążenia. Wytrzymałość zmęczeniowa jest zwiększona przez rozwój miękkiego rdzenia otoczonego niezwykle wytrzymałą warstwą zewnętrzną. Te właściwości są pożądane dla części, które podlegają obciążeniom skrętnym i powierzchni, na które działają siły uderzenia. Obróbka indukcyjna jest wykonywana pojedynczo, co pozwala na bardzo przewidywalny ruch wymiarowy z części na część.

  • Precyzyjna kontrola temperatury i głębokości utwardzania

  • Ogrzewanie kontrolowane i zlokalizowane

  • Łatwa integracja z liniami produkcyjnymi

  • Szybki i powtarzalny proces

  • Każdy przedmiot obrabiany można hartować dzięki precyzyjnie zoptymalizowanym parametrom

  • Energooszczędny proces

Elementy stalowe i ze stali nierdzewnej, które można hartować indukcyjnie:

Elementy złączne, kołnierze, koła zębate, łożyska, rura, bieżnie wewnętrzne i zewnętrzne, wały korbowe, wały rozrządu, jarzma, wały napędowe, wały wyjściowe, wrzeciona, drążki skrętne, wieńce obrotowe, drut, zawory, wiertła do skał itp.

Zwiększona odporność na zużycie

Istnieje bezpośredni związek między twardością a odpornością na zużycie. Odporność na zużycie części znacznie wzrasta wraz z hartowaniem indukcyjnym, zakładając, że początkowy stan materiału był albo wyżarzany, albo poddany obróbce w bardziej miękkim stanie.

Zwiększona wytrzymałość i trwałość zmęczeniowa dzięki miękkiemu rdzeniu i resztkowemu naprężeniu ściskającemu na powierzchni

Naprężenie ściskające (zwykle uważane za cechę pozytywną) jest wynikiem utwardzonej struktury w pobliżu powierzchni zajmującej nieco większą objętość niż rdzeń i wcześniejsza struktura.

Części mogą być hartowane po Hartowanie indukcyjne aby dostosować poziom twardości, zgodnie z wymaganiami

Jak w przypadku każdego procesu wytwarzającego strukturę martenzytyczną, odpuszczanie obniży twardość, jednocześnie zmniejszając kruchość.

Głęboka obudowa z wytrzymałym rdzeniem

Typowa głębokość przypadku to 030 ”- 120”, czyli średnio głębsza niż procesy takie jak nawęglanie, węgloazotowanie i różne formy azotowania wykonywane w temperaturach poniżej krytycznych. W przypadku niektórych projektów, takich jak osie lub części, które są nadal przydatne nawet po zużyciu dużej części materiału, głębokość obudowy może wynosić do ½ cala lub więcej.

Selektywny proces utwardzania bez maskowania

Obszary po spawaniu lub obróbce po obróbce pozostają miękkie - bardzo niewiele innych procesów obróbki cieplnej jest w stanie to osiągnąć.

Względnie minimalne zniekształcenia

Przykład: wał o długości 1 ”Ø x 40”, który ma dwa równomiernie rozmieszczone czopy, każdy o długości 2 ”wymagający podparcia w postaci obciążenia i odporności na zużycie. Hartowanie indukcyjne jest wykonywane tylko na tych powierzchniach o łącznej długości 4 ”. W przypadku metody konwencjonalnej (lub gdybyśmy hartowali indukcyjnie na całej długości), wypaczenie byłoby znacznie większe.

Umożliwia stosowanie tanich stali, takich jak 1045

Najpopularniejszą stalą używaną na części hartowane indukcyjnie jest 1045. Jest łatwo skrawalna, tania, a ze względu na nominalną zawartość węgla 0.45% może być utwardzana indukcyjnie do 58 HRC +. Ma również stosunkowo niskie ryzyko pękania podczas leczenia. Inne popularne materiały do ​​tego procesu to 1141/1144, 4140, 4340, ETD150 i różne żeliwa.

Ograniczenia hartowania indukcyjnego

Wymaga cewki indukcyjnej i oprzyrządowania, które odnosi się do geometrii części

Ponieważ odległość sprzężenia części z cewką ma krytyczne znaczenie dla wydajności ogrzewania, rozmiar i kontur cewki muszą być starannie dobrane. Podczas gdy większość przetwórców ma arsenał podstawowych cewek do ogrzewania okrągłych kształtów, takich jak wały, sworznie, rolki itp., Niektóre projekty mogą wymagać niestandardowej cewki, czasami kosztującej tysiące dolarów. W projektach o średniej i dużej objętości korzyść w postaci obniżonego kosztu obróbki na część może z łatwością zrównoważyć koszt cewki. W innych przypadkach korzyści inżynieryjne procesu mogą przeważać nad kosztami. W przeciwnym razie, w przypadku projektów o małej objętości, koszt cewki i oprzyrządowania zwykle sprawia, że ​​proces jest niepraktyczny, jeśli konieczne jest zbudowanie nowej cewki. Część musi być również w jakiś sposób podparta podczas leczenia. Bieganie między środkami jest popularną metodą w przypadku części typu wałek, ale w wielu innych przypadkach konieczne jest użycie niestandardowych narzędzi.

Większe prawdopodobieństwo pękania w porównaniu z większością procesów obróbki cieplnej

Wynika to z szybkiego nagrzewania i hartowania, a także tendencji do tworzenia gorących punktów na elementach / krawędziach, takich jak: rowki wpustowe, rowki, otwory krzyżowe, gwinty.

Zniekształcenie z hartowaniem indukcyjnym

Poziomy zniekształceń są zwykle większe niż w procesach, takich jak azotowanie jonowe lub gazowe, ze względu na szybkie nagrzewanie / chłodzenie i wynikającą z tego przemianę martenzytyczną. Biorąc to pod uwagę, hartowanie indukcyjne może powodować mniejsze odkształcenia niż konwencjonalna obróbka cieplna, szczególnie gdy jest stosowane tylko na wybranym obszarze.

Ograniczenia materiałowe przy hartowaniu indukcyjnym

Ponieważ proces hartowania indukcyjnego normalnie nie obejmuje dyfuzji węgla lub innych pierwiastków, materiał musi zawierać wystarczającą ilość węgla wraz z innymi pierwiastkami, aby zapewnić hartowność wspomagającą przemianę martenzytyczną do pożądanego poziomu twardości. Zwykle oznacza to, że węgiel znajduje się w zakresie 0.40% +, co daje twardość 56-65 HRC. Można stosować materiały o niższej zawartości węgla, takie jak 8620, co prowadzi do zmniejszenia osiągalnej twardości (w tym przypadku 40-45 HRC). Stale, takie jak 1008, 1010, 12L14, 1117 zwykle nie są używane ze względu na ograniczony osiągalny wzrost twardości.

Szczegóły procesu powierzchniowego hartowania indukcyjnego

Hartowanie indukcyjne to proces stosowany do powierzchniowego utwardzania stali i innych elementów stopowych. Części do obróbki cieplnej są umieszczane wewnątrz miedzianej cewki, a następnie podgrzewane powyżej ich temperatury przemiany przez przyłożenie prądu przemiennego do cewki. Prąd przemienny w cewce indukuje zmienne pole magnetyczne w obrabianym elemencie, które powoduje nagrzewanie się zewnętrznej powierzchni części do temperatury powyżej zakresu transformacji.

Elementy są podgrzewane za pomocą zmiennego pola magnetycznego do temperatury w zakresie lub powyżej zakresu transformacji, po czym następuje natychmiastowe hartowanie. Jest to proces elektromagnetyczny wykorzystujący miedzianą cewkę indukcyjną, do której doprowadzany jest prąd o określonej częstotliwości i mocy.