Indukční kalení — aplikace, fyzikální proces, druhy a způsoby kalení

Tento článek se zaměří na indukční kalení — jeden z typů tepelného zpracování kovů, který poskytuje možnost fázových přeměn, tedy přeměny perlitu na austenit. Ocelové díly díky indukčnímu kalení získávají vyšší mechanické vlastnosti, protože kvalita oceli se tímto zpracováním výrazně zvyšuje.

Takže pro tepelné zpracování kovů, za účelem jejich povrchového kalení, využívají indukční ohřev... Technologie umožňuje volit různé hloubky kalené vrstvy, navíc je proces snadno automatizován, proto tato metoda je považován za progresivní. Je možné zpevňovat díly různých tvarů.

Povrchové indukční kalení je dvou typů: povrchové a objemové.

Povrchové kalení s povrchovým ohřevem, to má za následek zahřátí obrobku na kalicí teplotu do hloubky kalené vrstvy, přičemž jádro zůstává neporušené. Doba ohřevu je od 1,5 do 20 sekund, rychlost ohřevu je od 30 do 300 °C za sekundu.

Objemové zpevnění povrchu se vyznačuje ohřevem vrstvy větší než vrstva s martenzitickou strukturou, jedná se o hloubkový ohřev. Ocel je žíhána do hloubky menší, než je tloušťka zahřáté vrstvy, která je dána kalením oceli.

V hlubokých zónách hlubších než je martenzitická struktura, které se zahřívají na teplotu tuhnutí, vznikají ztuhlé zóny se strukturou ztuhlého sorbitolu nebo troostitu. Doba vytvrzování se prodlužuje na 20-100 sekund, rychlost ohřevu klesá na 2-10 °C za sekundu ve srovnání s povrchovým vytvrzováním.

Těžké nápravy, ozubená kola, kříže atd. jsou podrobeny objemovému povrchovému kalení. Hlavním rozdílem mezi indukčním ohřevem a jinými způsoby ohřevu je uvolňování tepla přímo do objemu obrobku.

V zásadě je proces následující. Tvrzená část je umístěna v induktoru, který je napájen střídavým proudem. Proměnlivé magnetické pole vyvolává EMF V povrchové vrstvě obrobku vznikají vířivé proudy, které ohřívají obrobek. Tyto oblasti, na které působí střídavé magnetické pole, se zahřívají na vysoké teploty.

Rychlost ohřevu je vysoká a je zde možnost lokálního ohřevu. Proudová hustota je na povrchu obrobku vlivem povrchového efektu vyšší, proto je ohřev možný pouze do požadované hloubky. Jádro se mírně zahřívá.87 % výkonu přenášeného vířivými proudy obrobku je v hloubce průniku.

Protože hloubka průniku proudu je různá při různých teplotách kovu, proces probíhá v několika fázích. Nejprve se rychle zahřeje povrchová vrstva studeného kovu, pak se vrstva zahřeje hlouběji a první vrstva se dále tak rychle neohřívá, pak se zahřeje třetí vrstva.

V procesu zahřívání každé z vrstev se rychlost zahřívání každé vrstvy snižuje se ztrátou magnetických vlastností odpovídající vrstvy. To znamená, že teplo se šíří v důsledku změn magnetických vlastností kovu z vrstvy na vrstvu. Jedná se o aktivní ohřev proudem, trvá doslova sekund.

Indukční ohřev se v závislosti na rozložení teplot v řezu obrobku od ohřevu liší vedením tepla.V ohřívané vrstvě je teplota výrazně vyšší než ve středu, dochází k prudkému poklesu, protože v centrální části Část, magnetické vlastnosti se stále neztrácejí, dokud vnější aktivní proud již kov nepřehřál. Změnou frekvence proudu a doby ohřevu se obrobek zahřeje do požadované hloubky.

Konstrukce induktoru obvykle určuje kvalitu tuhnutí součásti. Induktor je vyroben z měděných trubek, kterými prochází voda k jeho chlazení. Mezi induktorem a součástí je zachována určitá vzdálenost, měřená v jednotkách milimetrů, a stejná na všech stranách.

Kalení se provádí různými způsoby v závislosti na tvaru a velikosti součásti a také na požadavcích na kalení. Malé díly se nejprve zahřejí a poté ochladí.Při sprchovém chlazení je chladicí médium, jako je voda, přiváděno skrz otvory v induktoru. Pokud je díl dlouhý, pohybuje se po něm induktor při kalení a voda je po jeho pohybu přiváděna skrz sprchové otvory. Je to kontinuální sekvenční metoda vytvrzování.

Při kontinuálním sekvenčním vytvrzování se induktor pohybuje rychlostí 3 až 30 mm za sekundu a části dílu postupně padají do jeho magnetického pole. Výsledkem je, že díl je postupně, úsek po úseku, ohříván a chlazen. Tímto způsobem lze v případě potřeby kalit i jednotlivé části obrobku, například čepy klikového hřídele nebo zuby velkého ozubeného kola. Automatizační nástroje vám umožňují zarovnat díl rovnoměrně a pohybovat induktorem s vysokou přesností.

V závislosti na značce oceli a způsobu její předúpravy jsou vlastnosti po kalení různé. Indukční režimy ohřevu, chlazení a nízkého temperování také ovlivňují výsledky.

Na rozdíl od konvenčního kalení, indukční kalení činí ocel 1-2 HRC tvrdší, pevnější, snižuje menší houževnatost a zvyšuje mez odolnosti. To je způsobeno mletím austenitových zrn.

Vysoká rychlost ohřevu vede ke zvýšení perlit-austenitových transformačních center. Počáteční austenitové zrno se ukazuje jako malé, k růstu nedochází kvůli vysoké rychlosti ohřevu a nedostatku expozice.

Krystaly martenzitu jsou menší. Zrno austenitu je 12-15 bodů. Při použití ocelí s malou tendencí k růstu austenitických zrn se získá jemné zrno.Výsledkem lepší kvality jsou díly s mírně rozptýlenou počáteční strukturou.

V důsledku rozložení zbytkových napětí se zvyšuje mez únosnosti. Zbytková tlaková napětí jsou přítomna ve vytvrzené vrstvě, zatímco tahová napětí jsou přítomna mimo ni. Únavové poruchy souvisí s tahovým napětím. Tlaková napětí oslabí destruktivní tahové síly působením vnějších sil během provozu součásti. To je důvod, proč se mez odolnosti v důsledku indukčního kalení zvyšuje.

Rozhodující význam při indukčním kalení má: rychlost ohřevu, rychlost ochlazování, způsob kalení při nízkých teplotách.