Indukčné kalenie — aplikácia, fyzikálny proces, druhy a spôsoby kalenia

Tento článok sa zameria na indukčné kalenie — jeden z typov tepelného spracovania kovov, ktorý poskytuje možnosť fázových premien, teda premeny perlitu na austenit. Oceľové diely v dôsledku indukčného kalenia získavajú vyššie mechanické vlastnosti, pretože kvalita ocele sa v dôsledku takéhoto spracovania výrazne zvyšuje.

Čiže na tepelné spracovanie kovov, za účelom ich povrchového kalenia, využívajú indukčný ohrev... Technológia umožňuje zvoliť si rôzne hĺbky kalenej vrstvy, navyše proces je ľahko automatizovaný, preto tento spôsob sa považuje za progresívne. Je možné spevňovať diely rôznych tvarov.

Povrchové indukčné kalenie je dvoch typov: povrchové a objemové.

Povrchové kalenie s povrchovým ohrevom, to má za následok zahriatie obrobku na kaliacu teplotu do hĺbky kalenej vrstvy, pričom jadro zostáva neporušené. Doba ohrevu je od 1,5 do 20 sekúnd, rýchlosť ohrevu je od 30 do 300 °C za sekundu.

Objemové vytvrdzovanie povrchu je charakterizované ohrevom vrstvy väčšej ako vrstva s martenzitickou štruktúrou, ide o hĺbkový ohrev. Oceľ je žíhaná do hĺbky menšej ako je hrúbka vyhrievanej vrstvy, ktorá je určená kalením ocele.

V hlbokých zónach hlbších ako je martenzitická štruktúra, ktoré sa zahrievajú na teplotu tuhnutia, vznikajú stuhnuté zóny so štruktúrou stuhnutého sorbitolu alebo troostitu. Čas vytvrdzovania sa zvyšuje na 20-100 sekúnd, rýchlosť ohrevu klesá na 2-10 °C za sekundu v porovnaní s povrchovým vytvrdzovaním.

Ťažké nápravy, ozubené kolesá, kríže atď. sa podrobujú objemovému povrchovému kaleniu. Hlavným rozdielom medzi indukčným ohrevom a inými spôsobmi ohrevu je uvoľňovanie tepla priamo do objemu obrobku.

V zásade je postup nasledovný. Kalená časť je umiestnená v tlmivke, ktorá je napájaná striedavým prúdom. Premenlivé magnetické pole vyvoláva EMF V povrchovej vrstve obrobku vznikajú vírivé prúdy, ktoré ohrievajú obrobok. Tieto oblasti, na ktoré pôsobí striedavé magnetické pole, sa zahrievajú na vysoké teploty.

Rýchlosť ohrevu je vysoká a je tu možnosť lokálneho ohrevu. Prúdová hustota je na povrchu obrobku v dôsledku povrchového efektu vyššia, preto je ohrev možný len do požadovanej hĺbky. Jadro sa mierne zahrieva.87 % výkonu prenášaného vírivými prúdmi obrobku je v hĺbke prieniku.

Keďže hĺbka prieniku prúdu je pri rôznych teplotách kovu rôzna, proces prebieha v niekoľkých fázach. V prvom rade sa rýchlo zahreje povrchová vrstva studeného kovu, potom sa vrstva zahreje hlbšie a prvá vrstva sa ďalej tak rýchlo nezohrieva, potom sa zahreje tretia vrstva.

V procese zahrievania každej z vrstiev sa rýchlosť zahrievania každej vrstvy znižuje so stratou magnetických vlastností zodpovedajúcej vrstvy. To znamená, že teplo sa šíri v dôsledku zmien magnetických vlastností kovu z vrstvy na vrstvu. Ide o aktívne zahrievanie prúdom, trvá doslova sekundy.

Indukčný ohrev sa v závislosti od rozloženia teplôt v reze obrobku líši od ohrevu vedením tepla Vo vyhrievanej vrstve je výrazne vyššia teplota ako v strede, dochádza k prudkému poklesu, pretože v centrálnej časti časti, magnetické vlastnosti sa stále nestratia, kým vonkajší aktívny prúd už kov neprehreje. Zmenou frekvencie prúdu a trvania ohrevu sa obrobok zahreje do požadovanej hĺbky.

Konštrukcia induktora zvyčajne určuje kvalitu tuhnutia dielu. Induktor je vyrobený z medených rúrok, cez ktoré prechádza voda na jeho chladenie. Medzi induktorom a dielom je dodržaná určitá vzdialenosť, meraná v jednotkách milimetrov, a rovnaká na všetkých stranách.

Kalenie sa vykonáva rôznymi spôsobmi v závislosti od tvaru a veľkosti dielu, ako aj od požiadaviek na kalenie. Malé časti sa najskôr zohrejú a potom ochladia.Pri sprchovom chladení sa chladiace médium, ako je voda, privádza cez otvory v induktore. Ak je dielec dlhý, pri ochladzovaní sa po ňom pohybuje induktor a po jeho pohybe sa voda privádza cez sprchové otvory. Je to kontinuálna sekvenčná metóda vytvrdzovania.

Pri kontinuálnom sekvenčnom vytvrdzovaní sa induktor pohybuje rýchlosťou 3 až 30 mm za sekundu a časti dielu postupne padajú do jeho magnetického poľa. Výsledkom je, že súčiastka sa postupne, po častiach, ohrieva a ochladzuje. Týmto spôsobom je možné v prípade potreby kaliť aj jednotlivé časti obrobku, napríklad čapy kľukového hriadeľa alebo zuby veľkého ozubeného kolesa. Automatizačné nástroje vám umožňujú rovnomerne zarovnať diel a pohybovať induktorom s vysokou presnosťou.

V závislosti od značky ocele a spôsobu jej predúpravy sú vlastnosti po kalení rôzne. Výsledky ovplyvňujú aj režimy indukčného ohrevu, chladenia a nízkeho temperovania.

Na rozdiel od konvenčného kalenia, indukčné kalenie robí oceľ 1-2 HRC tvrdšou, pevnejšou, znižuje menšiu húževnatosť a zvyšuje medzu odolnosti. Je to spôsobené mletím austenitových zŕn.

Vysoká rýchlosť ohrevu vedie k zvýšeniu centier transformácie perlit-austenit. Počiatočné zrno austenitu sa ukáže ako malé, rast sa nevyskytuje v dôsledku vysokej rýchlosti ohrevu a nedostatku expozície.

Kryštály martenzitu sú menšie. Zrno austenitu je 12-15 bodov. Pri použití ocelí s malým sklonom k ​​rastu austenitických zŕn sa získa jemné zrno.Časti s mierne rozptýlenou počiatočnou štruktúrou sa získajú ako výsledok lepšej kvality.

V dôsledku rozloženia zvyškových napätí sa zvyšuje hranica únosnosti. Vo vytvrdenej vrstve sú prítomné zvyškové tlakové napätia, mimo nej sú prítomné ťahové napätia. Únavové poruchy súvisia s namáhaním v ťahu. Tlakové napätia oslabia deštruktívne ťahové sily pri pôsobení vonkajších síl počas prevádzky dielu. To je dôvod, prečo sa hranica odolnosti v dôsledku indukčného kalenia zvyšuje.

Rozhodujúci význam pri indukčnom kalení má: rýchlosť ohrevu, rýchlosť ochladzovania, spôsob kalenia pri nízkych teplotách.