Indukcijsko kaljenje — uporaba, fizikalni postopek, vrste in načini kaljenja

Ta članek se bo osredotočil na indukcijsko kaljenje - eno od vrst toplotne obdelave kovin, ki omogoča fazne transformacije, to je pretvorbo perlita v avstenit. Jekleni deli zaradi indukcijskega kaljenja pridobijo višje mehanske lastnosti, saj se zaradi takšne obdelave kakovost jekla bistveno poveča.

Tako za toplotno obdelavo kovin, z namenom njihovega površinskega utrjevanja, uporabljajo indukcijsko segrevanje... Tehnologija omogoča izbiro različnih globin utrjenega sloja, poleg tega je proces enostavno avtomatiziran, zato ta metoda velja za progresivno. Možno je utrjevanje delov različnih oblik.

Površinsko indukcijsko kaljenje je dveh vrst: površinsko in nasipno.

Površinsko kaljenje s površinskim segrevanjem, pri čemer se obdelovanec segreje na temperaturo kaljenja do globine kaljene plasti, jedro pa ostane nedotaknjeno. Čas segrevanja je od 1,5 do 20 sekund, hitrost segrevanja je od 30 do 300 ° C na sekundo.

Za volumsko utrjevanje površine je značilno segrevanje plasti, ki je večja od plasti z martenzitno strukturo, to je globinsko segrevanje. Jeklo se žari do globine, manjše od debeline segretega sloja, ki je določena s kaljenjem jekla.

V globokih conah, globljih od martenzitne strukture, ki se segrejejo na temperaturo strjevanja, nastanejo strjene cone s strukturo strjenega sorbitola ali troostita. Čas utrjevanja se poveča na 20-100 sekund, hitrost segrevanja se zmanjša na 2-10 °C na sekundo v primerjavi s površinskim utrjevanjem.

Osi, zobniki, križi itd. so podvrženi volumetričnemu površinskemu utrjevanju. Glavna razlika med indukcijskim ogrevanjem in drugimi metodami ogrevanja je sproščanje toplote neposredno v prostornino obdelovanca.

V bistvu je postopek naslednji. Utrjeni del se namesti v induktor, ki se napaja z izmeničnim tokom. Spremenljivo magnetno polje inducira EMF v površinski plasti obdelovanca nastanejo vrtinčni tokovi, ki segrejejo obdelovanec. Ta območja, na katera vpliva izmenično magnetno polje, se segrejejo na visoke temperature.

Hitrost ogrevanja je visoka in obstaja možnost lokalnega ogrevanja. Na površini obdelovanca je zaradi površinskega učinka gostota toka večja, zato je ogrevanje možno le do zahtevane globine. Jedro se rahlo segreje.87 % moči, ki jo prenašajo vrtinčni tokovi obdelovanca, je v globini preboja.

Ker je globina prodiranja toka pri različnih temperaturah kovine različna, poteka proces v več fazah. Najprej se površinska plast hladne kovine hitro segreje, nato se plast segreje globlje in se prva plast ne segreje tako hitro naprej, nato se segreje tretja plast.

V procesu segrevanja vsake od plasti se hitrost segrevanja vsake plasti zmanjša z izgubo magnetnih lastnosti ustrezne plasti. To pomeni, da se toplota širi zaradi sprememb magnetnih lastnosti kovine iz plasti v plast. To je aktivno ogrevanje s tokom, traja dobesedno nekaj sekund.

Indukcijsko segrevanje se glede na porazdelitev temperature v prerezu obdelovanca razlikuje od ogrevanja s toplotno prevodnostjo.V segretem sloju je temperatura bistveno višja kot v središču, pride do močnega padca, ker v osrednjem delu magnetne lastnosti se še vedno izgubijo, dokler zunanji aktivni tok že ne pregreje kovine. S spreminjanjem frekvence toka in trajanja segrevanja se obdelovanec segreje na zahtevano globino.

Zasnova induktorja običajno določa kakovost strjevanja dela. Induktor je izdelan iz bakrenih cevi, skozi katere teče voda za hlajenje. Med induktorjem in delom se vzdržuje določena razdalja, merjena v milimetrih, ki je enaka na vseh straneh.

Kaljenje poteka na različne načine, odvisno od oblike in velikosti dela ter zahtev za kaljenje. Majhne dele najprej segrejemo in nato ohladimo.Pri hlajenju s prho se hladilni medij, kot je voda, dovaja skozi luknje v induktorju. Če je del dolg, se induktor med kaljenjem premika vzdolž njega in po njegovem gibanju se voda napaja skozi luknje za tuširanje. Gre za kontinuirano zaporedno metodo sušenja.

Pri neprekinjenem zaporednem strjevanju se induktor premika s hitrostjo od 3 do 30 mm na sekundo in deli dela zaporedno padejo v njegovo magnetno polje. Posledično se del zaporedno, odsek za odsekom, segreva in ohlaja. Na ta način lahko po potrebi tudi utrdimo posamezne dele obdelovanca, na primer lete ročične gredi ali zobe velikega zobnika. Orodja za avtomatizacijo vam omogočajo enakomerno poravnavo dela in premikanje induktorja z visoko natančnostjo.

Glede na znamko jekla in način njegove predobdelave so lastnosti po utrjevanju različne. Indukcijsko ogrevanje, hlajenje in načini nizkega kaljenja prav tako vplivajo na rezultate.

Za razliko od običajnega kaljenja indukcijsko kaljenje naredi jeklo 1-2 HRC trše, močnejše, zmanjša žilavost in poveča mejo vzdržljivosti. To je posledica mletja avstenitnih zrn.

Visoka stopnja segrevanja vodi do povečanja centrov transformacije perlita in avstenita. Izkazalo se je, da je začetno avstenitno zrno majhno, do rasti ne pride zaradi visoke stopnje segrevanja in pomanjkanja izpostavljenosti.

Kristali martenzita so manjši. Zrno avstenita je 12-15 točk. Pri uporabi jekel z majhno nagnjenostjo k rasti avstenitnih zrn dobimo fino zrnatost.Deli z rahlo razpršeno začetno strukturo so pridobljeni zaradi boljše kakovosti.

Zaradi porazdelitve preostalih napetosti se meja vzdržljivosti poveča. V utrjeni plasti so prisotne zaostale tlačne napetosti, zunaj nje pa natezne napetosti. Odpovedi zaradi utrujenosti so povezane z nateznimi napetostmi. Tlačne napetosti bodo oslabile destruktivne natezne sile pod delovanjem zunanjih sil med delovanjem dela. Zato se meja vzdržljivosti zaradi indukcijskega kaljenja poveča.

Pri indukcijskem kaljenju so odločilni pomen: hitrost segrevanja, hitrost ohlajanja, način kaljenja pri nizkih temperaturah.