Inductieverharding - toepassing, fysiek proces, soorten en methoden van verharding

Dit artikel zal zich concentreren op inductieharden - een van de soorten warmtebehandeling van metalen die de mogelijkheid biedt van fasetransformaties, dat wil zeggen de transformatie van perliet in austeniet. Stalen onderdelen krijgen door inductieharden hogere mechanische eigenschappen, omdat de kwaliteit van het staal aanzienlijk toeneemt als gevolg van een dergelijke behandeling.

Dus voor de warmtebehandeling van metalen, met als doel hun oppervlakteharding, gebruiken ze inductieverwarming... Met de technologie kunt u verschillende diepten van de geharde laag kiezen, bovendien is het proces eenvoudig te automatiseren, daarom is deze methode progressief wordt beschouwd. Het is mogelijk om onderdelen met verschillende vormen te stollen.

Oppervlakte-inductieverharding is van twee soorten: oppervlakte- en bulkoppervlak.

Oppervlakteverharding met oppervlakteverwarming, hierdoor wordt het werkstuk verwarmd tot de verhardingstemperatuur tot de diepte van de uitgeharde laag, terwijl de kern intact blijft. De verwarmingstijd is van 1,5 tot 20 seconden, de verwarmingssnelheid is van 30 tot 300 ° C per seconde.

Volumeverharding van het oppervlak kenmerkt zich door verhitting van een laag die groter is dan een laag met een martensitische structuur, dit is diepe verhitting. Het staal wordt uitgegloeid tot een diepte die kleiner is dan de dikte van de verwarmde laag, die wordt bepaald door de harding van het staal.

In diepe zones dieper dan de martensitische structuur, die worden verwarmd tot de stoltemperatuur, worden gestolde zones met de structuur van gestolde sorbitol of troostiet gevormd. De uithardingstijd neemt toe tot 20-100 seconden, de verwarmingssnelheid neemt af tot 2-10°C per seconde in vergelijking met oppervlakteharding.

Heavy-duty assen, tandwielen, kruisen, enz. worden onderworpen aan volumetrische oppervlakteverharding. Het belangrijkste verschil tussen inductieverhitting en andere verwarmingsmethoden is de afgifte van warmte direct in het volume van het werkstuk.

In principe is het proces als volgt. Het geharde deel wordt in de inductor geplaatst, die wordt gevoed door wisselstroom. Een variabel magnetisch veld wekt een EMF op wervelstromen treden op in de oppervlaktelaag van het werkstuk, waardoor het werkstuk wordt verwarmd. Deze gebieden, die worden beïnvloed door een wisselend magnetisch veld, worden verwarmd tot hoge temperaturen.

De verwarmingssnelheid is hoog en er is een mogelijkheid voor lokale verwarming. De stroomdichtheid is hoger op het oppervlak van het werkstuk vanwege het oppervlakte-effect, daarom is verwarming alleen mogelijk tot de vereiste diepte. De kern wordt iets warmer.87% van het door de wervelstromen van het werkstuk overgedragen vermogen bevindt zich in de penetratiediepte.

Omdat de diepte van de huidige penetratie verschillend is bij verschillende temperaturen van het metaal, vindt het proces plaats in verschillende fasen. Eerst wordt de oppervlaktelaag van het koude metaal snel opgewarmd, daarna wordt de laag dieper opgewarmd en de eerste laag niet zo snel verder opgewarmd, daarna wordt de derde laag opgewarmd.

Tijdens het verwarmen van elk van de lagen neemt de verwarmingssnelheid van elke laag af met het verlies van magnetische eigenschappen van de corresponderende laag. Dat wil zeggen, warmte verspreidt zich als gevolg van veranderingen in de magnetische eigenschappen van het metaal van laag tot laag. Dit is actieve verwarming door stroom, het duurt letterlijk seconden.

Inductieverwarming, afhankelijk van de temperatuurverdeling in het gedeelte van het werkstuk, verschilt van verwarming door thermische geleiding.In de verwarmde laag is de temperatuur aanzienlijk hoger dan in het midden, er is een scherpe daling, omdat in het centrale deel van de gedeeltelijk gaan de magnetische eigenschappen nog steeds niet verloren totdat de actieve stroom van buitenaf het metaal al heeft oververhit. Door de frequentie van de stroom en de duur van de verwarming te wijzigen, wordt het werkstuk tot de gewenste diepte verwarmd.

Het ontwerp van de inductor bepaalt meestal de stollingskwaliteit van het onderdeel. De inductor is gemaakt van koperen buizen waar water doorheen wordt geleid om het af te koelen. Er wordt een bepaalde afstand, gemeten in millimeters, aangehouden tussen de inductor en het onderdeel, en aan alle kanten dezelfde.

Afschrikken gebeurt op verschillende manieren, afhankelijk van de vorm en grootte van het onderdeel, evenals de afschrikvereisten. Kleine onderdelen worden eerst verwarmd en vervolgens gekoeld.Bij douchekoeling wordt een koelmedium zoals water door gaten in de inductor gevoerd. Als het onderdeel lang is, beweegt de inductor er tijdens het blussen langs en wordt het water na de beweging door de douchegaten gevoerd. Het is een continue sequentiële uithardingsmethode.

Bij continue sequentiële uitharding beweegt de inductor met een snelheid van 3 tot 30 mm per seconde en delen van het onderdeel vallen achtereenvolgens in het magnetische veld. Hierdoor wordt het onderdeel achtereenvolgens sectie voor sectie opgewarmd en gekoeld. Op deze manier kunnen indien nodig ook afzonderlijke delen van het werkstuk worden gehard, bijvoorbeeld krukaspennen of de tanden van een groot tandwiel. Met automatiseringstools kunt u het onderdeel gelijkmatig uitlijnen en de inductor met hoge precisie verplaatsen.

Afhankelijk van het merk staal en de methode van voorbehandeling, zijn de eigenschappen na uitharding verschillend. Inductieverwarming, koeling en lage tempereermodi hebben ook invloed op de resultaten.

In tegenstelling tot conventioneel harden, maakt inductieharden het staal 1-2 HRC harder, sterker, vermindert het de taaiheid en verhoogt het de duurzaamheidslimiet. Dit komt door het vermalen van de austenietkorrels.

Een hoge verwarmingssnelheid leidt tot een toename van perliet-austeniet-transformatiecentra. De aanvankelijke austenietkorrel blijkt klein te zijn, er vindt geen groei plaats vanwege de hoge verwarmingssnelheid en het gebrek aan blootstelling.

Martensietkristallen zijn kleiner. De austenietkorrel is 12-15 punten. Bij gebruik van staalsoorten met weinig neiging om austenitische korrels te laten groeien, wordt een fijne korrel verkregen.Onderdelen met een enigszins verspreide initiële structuur worden verkregen als resultaat van een betere kwaliteit.

Als gevolg van de verdeling van restspanningen neemt de duurgrens toe. Restdrukspanningen zijn aanwezig in de uitgeharde laag, daarbuiten zijn trekspanningen aanwezig. Vermoeiingsbreuken houden verband met trekspanningen. Drukspanningen verzwakken de destructieve trekkrachten onder invloed van externe krachten tijdens de werking van het onderdeel. Daarom wordt door inductieharden de uithoudingsgrens verhoogd.

Doorslaggevend bij inductieharden zijn: verwarmingssnelheid, koelsnelheid, wijze van uitharden bij lage temperaturen.