Încălzire de mare viteză prin sistem de încălzire prin inducție

Una dintre evoluțiile remarcabile recente în domeniul tratării termice a fost aplicarea inducție de încălzire la întărirea suprafață localizată. Progresele condiționate de aplicarea curentului de înaltă frecvență au fost absolut fenomenale. Începând cu relativ scurt timp în urmă, ca metodă mult căutată de întărire a suprafețelor de lagăr pe arborele cotit (mai multe milioane dintre acestea sunt utilizate, stabilind recorduri de service permanent), astăzi găsește această metodă foarte selectivă de întărire a suprafețelor producând zone întărite pe o multitudine de părți. Cu toate acestea, în ciuda amplorii sale actuale de aplicare, întărirea prin inducție este încă în stadiul incipient. Utilizarea sa probabilă pentru tratarea termică și întărirea metalelor, încălzirea pentru forjare sau lipire sau lipirea metalelor similare și diferite, este imprevizibilă.

Inducția de întărire are ca rezultat producerea de obiecte din oțel călit local, cu gradul dorit de adâncime și duritate, structura metalurgică esențială a miezului, zona de demarcație și carcasa călită, cu o lipsă practică de distorsiune și fără formare de scară. Permite proiectarea echipamentelor care garantează mecanizarea întregii operațiuni pentru a îndeplini cerințele liniei de producție. Ciclurile de timp de doar câteva secunde sunt menținute prin reglarea automată a puterii și intervalele de încălzire și stingere în fracțiune de secundă indispensabile pentru crearea rezultatelor facsimil ale fixărilor speciale exigente. Echipamentul de călire prin inducție permite utilizatorului să întărească la suprafață doar porțiunea necesară din majoritatea obiectelor din oțel și astfel să mențină ductilitatea și rezistența inițială; să întărească articolele cu design complicat, care nu pot fi tratate fezabil în niciun alt mod; pentru a elimina pretratarea obișnuită costisitoare, cum ar fi placarea cu cupru și cementarea, și operațiunile ulterioare costisitoare de îndreptare și curățare; pentru a reduce costul materialului, având o gamă largă de oțeluri din care să alegeți; și să întărească un articol complet prelucrat fără a fi nevoie de operațiuni de finisare.

Pentru observatorul ocazional s-ar părea că întărirea prin inducție este posibilă ca urmare a unei transformări de energie care are loc într-o regiune inductivă a cuprului. Cuprul transportă un curent electric de înaltă frecvență și, într-un interval de câteva secunde, suprafața unei piese de oțel plasată în această regiune alimentată este încălzită la intervalul critic și stinsă la duritatea optimă. Pentru producătorul de echipamente pentru această metodă de întărire înseamnă aplicarea fenomenelor de histerezis, curenți turbionari și efect de piele la producerea eficientă a întăririi suprafeței localizate.

Încălzirea se realizează prin utilizarea curenților de înaltă frecvență. Frecvențele alese în mod specific de la 2,000 la 10,000 de cicluri și mai mult de 100 de cicluri sunt utilizate pe scară largă în prezent. Curentul de această natură care curge printr-un inductor produce un câmp magnetic de înaltă frecvență în regiunea inductorului. Când un material magnetic, cum ar fi oțelul, este plasat în acest câmp, există o disipare a energiei în oțel care produce căldură. Moleculele din oțel încearcă să se alinieze cu polaritatea acestui câmp și, cu această schimbare de mii de ori pe secundă, se dezvoltă o cantitate enormă de frecare moleculară internă ca urmare a tendinței naturale a oțelului de a rezista schimbărilor. În acest fel, energia electrică este transformată, prin intermediul frecării, în căldură.

Cu toate acestea, deoarece o altă caracteristică inerentă a curentului de înaltă frecvență este concentrarea pe suprafața conductorului său, numai straturile de suprafață devin încălzite. Această tendință, numită „efect de piele”, este o funcție a frecvenței și, în egală măsură, frecvențele mai mari sunt eficiente la adâncimi mai mici. Acțiunea de frecare care produce căldură se numește histerezis și depinde în mod evident de calitățile magnetice ale oțelului. Astfel, când temperatura a depășit punctul critic la care oțelul devine nemagnetic, toată încălzirea histeretică încetează.

Există o sursă suplimentară de căldură din cauza curenților turbionari care curg în oțel ca urmare a fluxului care se schimbă rapid în câmp. Odată cu creșterea rezistenței oțelului cu temperatura, intensitatea acestei acțiuni scade pe măsură ce oțelul se încălzește și este doar o fracțiune din valoarea sa inițială „rece” atunci când este atinsă temperatura adecvată de călire.

Când temperatura unei bare de oțel încălzită inductiv ajunge la punctul critic, încălzirea datorată curenților turbionari continuă cu o rată mult redusă. Deoarece întreaga acțiune se desfășoară în straturile de suprafață, doar acea parte este afectată. Proprietățile inițiale ale miezului sunt menținute, întărirea suprafeței realizându-se prin călire când soluția completă de carbură a fost atinsă în zonele de suprafață. Aplicarea continuă a puterii determină o creștere a adâncimii durității, deoarece pe măsură ce fiecare strat de oțel este adus la temperatură, densitatea de curent se schimbă către stratul de dedesubt care oferă o rezistență mai mică. Este evident că selectarea frecvenței adecvate și controlul puterii și al timpului de încălzire vor face posibilă îndeplinirea oricăror specificații dorite de întărire a suprafeței.

Metalurgia de Inducția de încălzire

Comportamentul neobișnuit al oțelului când este încălzit inductiv și rezultatele obținute merită o discuție asupra metalurgiei implicate. Rate de soluție de carbură mai mici de o secundă, duritate mai mare decât cea produsă prin tratarea cuptorului și un tip nodular de martensită sunt puncte de luat în considerare.
care clasifică metalurgia călirii prin inducție drept „diferită”. Mai mult, decarburarea suprafeței și creșterea boabelor nu au loc din cauza ciclului scurt de încălzire.

Încălzire prin inducție produce o duritate care se menține până la 80 la sută din adâncimea sa și, de aici încolo, o scădere treptată printr-o zonă de tranziție la duritatea originală a oțelului, așa cum se găsește în miez, care nu a fost afectată. Legătura este astfel ideală, eliminând orice șansă de spargere sau verificare.

Soluția completă de carbură și omogenitatea evidențiată de duritatea maximă pot fi realizate cu un timp total de încălzire de 0.6 secunde. Din acest timp, doar 0.2 până la 0.3 secunde sunt de fapt peste valoarea critică inferioară. Este interesant de observat că echipamentele de întărire prin inducție funcționează zilnic pe bază de producție cu soluție completă de carbură, rezultată dintr-un ciclu de încălzire și călire, al cărui timp total este mai mic de 0.2 secunde.

Martensita fină nodulară și mai omogenă care rezultă din întărirea prin inducție este mai ușor vizibilă la oțelurile carbon decât la oțelul aliat, din cauza aspectului nodular al majorității martensitei din aliaj. Această structură fină trebuie să aibă pentru origine o austenită care este rezultatul unei difuzii mai profunde de carbură decât se obține prin încălzire termică. Dezvoltarea practic instantanee a temperaturilor critice de-a lungul întregii microstructuri a fierului alfa și a carburii de fier este deosebit de propice pentru o soluție rapidă de carbură și o distribuție a constituenților care are ca produs inevitabil o austenită complet omogenă. Mai mult, conversia acestei structuri în martensită va produce o martensită care posedă caracteristici similare și o rezistență corespunzătoare la uzură sau la instrumente de penetrare.

încălzire de mare viteză prin inducție