Høyhastighets oppvarming med induksjonsvarmesystem

En av de nylige enestående utviklingene innen varmebehandlingsfeltet har vært anvendelsen av induksjonsoppvarming til lokalisert overflateherding. Fremskrittene som er gjort avhengig av bruk av høyfrekvent strøm har vært intet mindre enn fenomenale. Startet for relativt kort tid siden som en lenge ettertraktet metode for å herde lagerflater på veivaksler (flere millioner av disse er i bruk og setter alle tids servicerekorder), finner i dag denne svært selektive overflateherdingsmetoden som produserer herdede områder på en rekke av deler. Likevel, til tross for bruksbredden i dag, er induksjonsherding fortsatt i spedbarnsstadiet. Dens sannsynlige bruk for varmebehandling og herding av metaller, oppvarming for smiing eller lodding, eller lodding av lignende og forskjellige metaller, er uforutsigbar.

Induksjonsherding resulterer i produksjon av lokalt herdede stålobjekter med ønsket grad av dybde og hardhet, essensiell metallurgisk struktur av kjernen, avgrensningssone og herdet kasse, med praktisk mangel på forvrengning og ingen kalkdannelse. Det tillater utstyrsdesign som garanterer mekanisering av hele operasjonen for å oppfylle produksjonslinjekravene. Tidssykluser på bare noen få sekunder opprettholdes av automatisk regulering av kraft og delt-sekund oppvarming og bråkjølingsintervaller som er uunnværlige for å lage faksimileresultater av krevende spesialfikseringer. Induksjonsherdeutstyr tillater brukeren å overflateherde bare den nødvendige delen av de fleste stålobjekter og dermed opprettholde den opprinnelige duktiliteten og styrken; å herde gjenstander av intrikat design som ikke kan behandles på noen annen måte; å eliminere vanlig kostbar forbehandling som kobberbelegg og karburering, og kostbare påfølgende rettings- og rengjøringsoperasjoner; å kutte ned på materialkostnadene ved å ha et bredt utvalg av stål å velge mellom; og å herde en ferdig maskinert gjenstand uten at det er nødvendig med noen etterbehandlingsoperasjoner.

For den tilfeldige observatøren ser det ut til at induksjonsherding er mulig som et resultat av en viss energitransformasjon som skjer innenfor et induktivt område av kobber. Kobberet bærer en elektrisk strøm med høy frekvens, og innen et intervall på noen få sekunder blir overflaten av et stålstykke plassert innenfor dette energiserte området oppvarmet til sitt kritiske område og bråkjølt til optimal hardhet. For produsenten av utstyr for denne herdemetoden betyr det anvendelsen av fenomenene hysterese, virvelstrømmer og hudeffekt til effektiv produksjon av lokalisert overflateherding.

Oppvarmingen oppnås ved bruk av høyfrekvente strømmer. Spesielt valgte frekvenser fra 2,000 10,000 til 100 000 sykluser og oppover XNUMX XNUMX sykluser brukes i stor utstrekning for tiden. Strøm av denne art som strømmer gjennom en induktor produserer et høyfrekvent magnetfelt innenfor området til induktoren. Når et magnetisk materiale som stål plasseres innenfor dette feltet, er det en spredning av energi i stålet som produserer varme. Molekylene i stålet forsøker å innrette seg etter polariteten til dette feltet, og med denne endringen tusenvis av ganger per sekund, utvikles en enorm mengde intern molekylær friksjon som et resultat av stålets naturlige tendens til å motstå endringer. På denne måten omdannes den elektriske energien, gjennom friksjonsmediet, til varme.

Men siden en annen iboende karakteristikk av høyfrekvent strøm er å konsentrere seg om overflaten av lederen, blir bare overflatelagene oppvarmet. Denne tendensen, kalt "hudeffekt", er en funksjon av frekvensen, og alt annet likt er høyere frekvenser effektive på grunnere dybder. Friksjonsvirkningen som produserer varmen kalles hysterese og er åpenbart avhengig av stålets magnetiske egenskaper. Når temperaturen har passert det kritiske punktet hvor stålet blir umagnetisk, opphører altså all hysteretisk oppvarming.

Det er en ekstra varmekilde på grunn av virvelstrømmer som flyter i stålet som følge av den raskt skiftende fluksen i feltet. Når motstanden til stålet øker med temperaturen, reduseres intensiteten av denne handlingen når stålet blir oppvarmet, og er bare en brøkdel av dets "kalde" opprinnelige verdi når den riktige bråkjølingstemperaturen er nådd.

Når temperaturen til en induktivt oppvarmet stålstang kommer til det kritiske punktet, fortsetter oppvarmingen på grunn av virvelstrømmer med en sterkt redusert hastighet. Siden hele handlingen foregår i overflatelagene, påvirkes bare den delen. De opprinnelige kjerneegenskapene opprettholdes, overflateherdingen oppnås ved bråkjøling når fullstendig karbidløsning er oppnådd i overflateområdene. Fortsatt bruk av kraft forårsaker en økning i hardhetsdybden, for når hvert lag av stål bringes til temperatur, skifter strømtettheten til laget under som gir lavere motstand. Det er åpenbart at valg av riktig frekvens og kontroll av effekt og oppvarmingstid vil gjøre oppfyllelse av eventuelle ønskede spesifikasjoner for overflateherding mulig.

Metallurgi av Induksjonsoppvarming

Den uvanlige oppførselen til stål når det varmes opp induktivt og de oppnådde resultatene fortjener en diskusjon av metallurgien involvert. Karbidoppløsningshastigheter på mindre enn et sekund, høyere hardhet enn den som produseres ved ovnsbehandling, og en nodulær type martensitt er punkter av betraktning
som klassifiserer metallurgien til induksjonsherding som "annerledes". Videre forekommer ikke overflateavkulling og kornvekst på grunn av den korte oppvarmingssyklusen.

Induksjonsoppvarming produserer en hardhet som opprettholdes gjennom 80 prosent av dybden, og derfra en gradvis reduksjon gjennom en overgangssone til den opprinnelige hardheten til stålet som finnes i kjernen som ikke har blitt påvirket. Bindingen er derfor ideell, og eliminerer enhver sjanse for avskalling eller kontroll.

Fullstendig karbidløsning og homogenitet som bevist ved maksimal hardhet kan oppnås med en total oppvarmingstid på 0.6 sekunder. Av denne tiden er bare 0.2 til 0.3 sekunder faktisk over den nedre kritiske. Det er interessant å merke seg at induksjonsherdeutstyr er i daglig drift på produksjonsbasis med komplett karbidløsning, et resultat av en oppvarmings- og bråkjølingssyklus, hvis totale tid er mindre enn 0.2 sekunder.

Den fine nodulære og mer homogene martensitten som er et resultat av induksjonsherdingen er lettere synlig med karbonstål enn med legert stål på grunn av det nodulære utseendet til det meste av legert martensitt. Denne fine strukturen må for sin opprinnelse ha en austenitt som er et resultat av en mer grundig karbiddiffusjon enn det som oppnås ved termisk oppvarming. Praktisk talt øyeblikkelig utvikling av kritiske temperaturer gjennom hele mikrostrukturen til alfajern og jernkarbid er spesielt gunstig for rask karbidløsning og en fordeling av bestanddeler som har som sitt uunngåelige produkt en gjennomgående homogen austentitt. Videre vil omdannelsen av denne strukturen til martensitt gi en martensitt som har lignende egenskaper og en tilsvarende motstand mot slitasje eller penetrerende instrumenter.

høyhastighets oppvarming ved induksjon

 

=