Επαγωγική σκλήρυνση χάλυβα – επιφανειακή επαγωγική θέρμανση και σκλήρυνση του επιφανειακού στρώματος

Επαγωγική σκλήρυνση είναι μια μέθοδος επιφανειακής θερμικής επεξεργασίας χάλυβα στην οποία το επιφανειακό στρώμα ενός εξαρτήματος θερμαίνεται ταχέως χρησιμοποιώντας ηλεκτρομαγνητική επαγωγή σε θερμοκρασία που επιτρέπει την ωστενιτοποίηση και στη συνέχεια ψύχεται ταχέως. Μια δομή υψηλής σκληρότητας, που συνήθως περιέχει μαρτενσίτη, δημιουργείται στο σκληρυμένο στρώμα, ενώ ο πυρήνας του εξαρτήματος μπορεί να διατηρήσει την προηγούμενη μικροδομή και τις μηχανικές του ιδιότητες.
Το κύριο πλεονέκτημα της διαδικασίας είναι η δυνατότητα απόκτησης ένα σκληρό και ανθεκτικό στη φθορά επιφανειακό στρώμα διατηρώντας παράλληλα έναν πιο όλκιμο πυρήναΓια αυτόν τον λόγο, η επαγωγική σκλήρυνση χρησιμοποιείται, μεταξύ άλλων, για άξονες, άξονες, τροχούς, γρανάζια, αυλακώσεις, πείρους, κυλίνδρους, εξαρτήματα κιβωτίου ταχυτήτων και άλλα μέρη μηχανών που εκτίθενται σε επιφανειακή φθορά και μεταβλητά φορτία.
Σε αντίθεση με ενανθράκωση i νιτρίωσηΗ επαγωγική σκλήρυνση δεν περιλαμβάνει εμπλουτισμό του επιφανειακού στρώματος με άνθρακα ή άζωτο. Είναι μια θερμική διαδικασία που χρησιμοποιεί τη χημική σύνθεση που υπάρχει ήδη στο υλικό.

Τι είναι η επαγωγική σκλήρυνση;

Κατά τη διάρκεια της επαγωγικής σκλήρυνσης, ένα χαλύβδινο τεμάχιο τοποθετείται σε ένα εναλλασσόμενο ηλεκτρομαγνητικό πεδίο που παράγεται από έναν επαγωγέα, γνωστό και ως επαγωγικό πηνίο. Η ροή εναλλασσόμενου ρεύματος μέσω του επαγωγέα δημιουργεί ένα εναλλασσόμενο μαγνητικό πεδίο, το οποίο προκαλεί δινορεύματα στο τεμάχιο.
Η ροή δινορευμάτων μέσω ενός υλικού προκαλεί απελευθέρωση θερμότητας λόγω της ηλεκτρικής του αντίστασης. Επομένως, η θερμική ενέργεια παράγεται απευθείας μέσα στο θερμαινόμενο υλικό, αντί να μεταφέρεται από εξωτερική πηγή θερμότητας μέσω της επιφάνειας του εξαρτήματος.
Επιλέγοντας κατάλληλα τη συχνότητα, την ισχύ, τον χρόνο θέρμανσης και τη γεωμετρία του επαγωγέα, είναι δυνατό να επικεντρωθεί η διαδικασία κυρίως στο επιφανειακό στρώμα.
Μόλις επιτευχθεί η απαιτούμενη θερμοκρασία, το επιφανειακό στρώμα ψύχεται γρήγορα, συνήθως χρησιμοποιώντας ένα σωστά επιλεγμένο σύστημα ψεκασμού ή άλλο σύστημα ψύξης. Εάν ο χάλυβας έχει την κατάλληλη περιεκτικότητα κάρβουνο και σκληρυνσιμότητα, και ο ρυθμός ψύξης είναι επαρκής, ο ωστενίτης που σχηματίζεται στο θερμαινόμενο στρώμα μετασχηματίζεται κυρίως σε μαρτενσίτη.

Επαγωγική σκλήρυνση βήμα προς βήμα

Μια τυπική διαδικασία μπορεί να αναπαρασταθεί ως η ακόλουθη ακολουθία:

ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΟ ΠΕΔΙΟ → ΔΙΝΟΜΕΝΑ ΡΕΥΜΑΤΑ → ΤΑΧΕΙΑ ΘΕΡΜΑΝΣΗ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΣ → ΩΣΤΕΝΙΤΙΩΣΗ → ΤΑΧΕΙΑ ΨΥΞΗ → ΣΚΛΗΡΥΜΕΝΗ ΣΤΡΩΣΗ

1. Τοποθέτηση του στοιχείου σε σχέση με τον επαγωγέα – η γεωμετρία και η θέση του πηνίου επιλέγονται ώστε να ταιριάζουν με το σχήμα της σκληρυμένης επιφάνειας.
2. Διέγερση ηλεκτρομαγνητικού πεδίου – ένα εναλλασσόμενο ρεύμα συγκεκριμένης συχνότητας και ισχύος ρέει μέσω του πηνίου.
3. Δημιουργία δινορευμάτων – η ηλεκτρομαγνητική ενέργεια μετατρέπεται σε θερμότητα στο υλικό.
4. Γρήγορη θέρμανση του ανώτερου στρώματος – η θερμοκρασία της επιφάνειας αυξάνεται στο εύρος ωστενιτοποίησης.
5. Ωστενιοποίηση του στρώματος – σχηματίζεται ωστενίτης στην θερμαινόμενη περιοχή.
6. Εντατική ψύξη – το στρώμα ψύχεται με ρυθμό επαρκή για να επιτευχθεί η απαιτούμενη δομή σκλήρυνσης.
7. Σχηματισμός σκληρυμένου στρώματος – η επιφάνεια αποκτά υψηλή σκληρότητα, ενώ ο πυρήνας μπορεί να διατηρήσει τις προηγούμενες ιδιότητές του.

Ηλεκτρομαγνητική επαγωγή – η βάση της διαδικασίας

Η επαγωγική σκλήρυνση χρησιμοποιεί το φαινόμενο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής . Ένα εναλλασσόμενο ρεύμα που ρέει μέσω ενός επαγωγέα δημιουργεί ένα μεταβλητό μαγνητικό πεδίο. Εάν υπάρχει ένα αγώγιμο υλικό σε αυτό το πεδίο, δημιουργούνται επαγόμενα ρεύματα.

Στην περίπτωση του χάλυβα, η ροή αυτών των ρευμάτων οδηγεί στην ταχεία απελευθέρωση θερμικής ενέργειας. Τα μαγνητικά φαινόμενα που συμβαίνουν πριν επιτευχθεί η θερμοκρασία Κιρί μπορεί να έχουν πρόσθετη σημασία κατά τη θέρμανση σιδηρομαγνητικών υλικών.
Στην πράξη, αυτό σημαίνει ότι μια μεγάλη ποσότητα ενέργειας μπορεί να διοχετευθεί σε μια επιλεγμένη περιοχή του εξαρτήματος σε πολύ σύντομο χρονικό διάστημα. Αυτό εξαλείφει την ανάγκη θέρμανσης ολόκληρου του εξαρτήματος, όπως συμβαίνει με την παραδοσιακή σκλήρυνση σε κλίβανο.

Δινορεύματα κατά την επαγωγική θέρμανση

Δινορεύματα είναι ηλεκτρικά ρεύματα που προκαλούνται μέσα σε ένα αγώγιμο υλικό από ένα μεταβαλλόμενο ηλεκτρομαγνητικό πεδίο. Η ροή τους προκαλεί τη θέρμανση του υλικού.
Ωστόσο, η κατανομή των δινορευμάτων δεν είναι ομοιόμορφη σε ολόκληρη την διατομή. Η πυκνότητά τους είναι συνήθως υψηλότερη κοντά στην επιφάνεια και μειώνεται με το βάθος. Αυτό το φαινόμενο είναι θεμελιώδες για τη δυνατότητα χρήσης επαγωγής για επιφανειακή σκλήρυνση.

Φαινόμενο δέρματος – γιατί θερμαίνεται πρώτα η επιφάνεια;

Επίδραση στο δέρμα προκαλεί τη συγκέντρωση του εναλλασσόμενου ρεύματος κοντά στην επιφάνεια του αγωγού. Όσο πιο μακριά από την επιφάνεια, τόσο χαμηλότερη είναι η πυκνότητα του επαγόμενου ρεύματος.
Η χαρακτηριστική ποσότητα που περιγράφει αυτό το φαινόμενο είναι το τρέχον βάθος διείσδυσης. Εξαρτάται, μεταξύ άλλων:

• συχνότητα ρεύματος,
• ηλεκτρική αντίσταση του υλικού,
• μαγνητική διαπερατότητα,
• θερμοκρασία υλικού.

Καθώς αυξάνεται η συχνότητα, το χαρακτηριστικό βάθος διείσδυσης ρεύματος μειώνεται. Ωστόσο, αυτό δεν σημαίνει ότι η συχνότητα από μόνη της καθορίζει το βάθος σκλήρυνσης . Το πραγματικό βάθος της στρώσης επηρεάζεται επίσης από την ισχύ, τον χρόνο θέρμανσης, την αγωγιμότητα θερμότητας στο υλικό, τη γεωμετρία των εξαρτημάτων, τον σχεδιασμό του επαγωγέα, την απόσταση του επαγωγέα από την επιφάνεια και τις ιδιότητες του συγκεκριμένου χάλυβα.

Συχνότητα και βάθος θέρμανσης

Η επιλογή συχνότητας είναι ένα από τα πιο σημαντικά στοιχεία στο σχεδιασμό μιας διαδικασίας επαγωγικής σκλήρυνσης. Γενικά, μπορεί να υιοθετηθεί ο ακόλουθος κανόνας:

ΥΨΗΛΗ ΣΥΧΝΟΤΗΤΑ → ΠΕΡΙΣΣΟΤΕΡΗ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΚΗ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ ΘΕΡΜΑΝΣΗΣ

ΧΑΜΗΛΟΤΕΡΗ ΣΥΧΝΟΤΗΤΑ → ΜΕΓΑΛΥΤΕΡΗ ΔΥΝΑΤΟΤΗΤΑ ΘΕΡΜΑΝΣΗΣ ΕΝΟΣ ΒΑΘΥΤΕΡΟΥ ΣΤΡΩΜΑΤΟΣ

Ωστόσο, πρόκειται για μια ποιοτική σχέση. Σε μία συχνότητα δεν θα πρέπει να αποδίδεται ένα ενιαίο καθολικό βάθος σκλήρυνσης, επειδή το πραγματικό προφίλ θερμοκρασίας είναι το αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης ηλεκτρικών και θερμικών παραμέτρων.

Φαινόμενο Εγγύτητας και Γεωμετρία Διεγέρτη

Η κατανομή της θερμότητας επηρεάζεται όχι μόνο από το φαινόμενο του δέρματος αλλά και από φαινόμενο εγγύτηταςΗ κατανομή του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου εξαρτάται από τη σχετική θέση του διεγέρτη και του στοιχείου, καθώς και από τη γεωμετρία του ίδιου του εξαρτήματος.
Επομένως, ο σχεδιασμός του επαγωγέα είναι ένα από τα βασικά στοιχεία της τεχνολογίας. Ο επαγωγέας θα πρέπει να επιτρέπει την επίτευξη κατάλληλης κατανομής θερμοκρασίας στην περιοχή που πρόκειται να σκληρυνθεί.
Στην πράξη, χρησιμοποιούνται, μεταξύ άλλων, οι ακόλουθοι διεγέρτες:

• δαχτυλίδι,
• περίγραμμα,
• μονής και πολλαπλών στροφών,
• εσωτερικά της επιφάνειας των οπών,
• με προφίλ για δόντια και άλλες σύνθετες επιφάνειες,
• που προορίζεται για σκλήρυνση με σάρωση.

Απόσταση του διεγέρτη από την επιφάνεια

Η απόσταση μεταξύ του επαγωγέα και της σκληρυμένης επιφάνειας επηρεάζει την ηλεκτρομαγνητική σύζευξη και την κατανομή της ενέργειας που παρέχεται στο στοιχείο.

Η λανθασμένη ρύθμιση μπορεί να οδηγήσει σε:

• ανομοιόμορφη θέρμανση,
• τοπική υπερθέρμανση,
• υποθέρμανση τμημάτων της επιφάνειας,
• διαφορές στο βάθος του σκληρυμένου στρώματος,
• ο σχηματισμός ανεπιθύμητων ζωνών μετάβασης.

Για εξαρτήματα με σύνθετη γεωμετρία, ο σχεδιασμός του επαγωγέα και ο έλεγχος της διαδικασίας είναι συχνά εξίσου σημαντικοί με την ισχύ της ίδιας της συσκευής.

Ωστενιοποίηση κατά την επαγωγική σκλήρυνση

Η προϋπόθεση για την κλασική επαγωγική σκλήρυνση είναι η θέρμανση του στρώματος που πρόκειται να σκληρυνθεί σε θερμοκρασία που επιτρέπει τον σχηματισμό της κατάλληλης ποσότητας ωστενίτη.
Ωστόσο, η διαδικασία διαφέρει από την ωστενιτοποίηση σε κλίβανο. Οι ρυθμοί επαγωγικής θέρμανσης μπορεί να είναι πολύ υψηλοί και ο χρόνος παραμονής του υλικού σε υψηλές θερμοκρασίες είναι πολύ σύντομος.
Αυτό επηρεάζει:

• κινητική σχηματισμού ωστενίτη,
• διάλυση σεμεντίτη και άλλων καρβιδίων,
• ομοιογένεια ωστενίτη,
• μέγεθος κόκκων,
• η ποσότητα άνθρακα και στοιχείων κράματος που βρίσκονται στον ωστενίτη.

Επομένως, οι παράμετροι ωστενιτικής δράσης που χρησιμοποιούνται κατά τη διάρκεια της κλασικής θέρμανσης σε κλίβανο δεν θα πρέπει να μεταφέρονται απευθείας σε πολύ γρήγορη επαγωγική θέρμανση.

Θερμοκρασία επαγωγικής σκλήρυνσης

Δεν υπάρχει μία μόνο θερμοκρασία κατάλληλη για όλες τις διεργασίες επαγωγικής σκλήρυνσης. Η απαιτούμενη θερμοκρασία εξαρτάται από την ποιότητα του χάλυβα, την αρχική μικροδομή, τον ρυθμό θέρμανσης και τις επιθυμητές ιδιότητες της στρώσης.
Για τους υποευτηκτοειδείς χάλυβες, το σημείο αναφοράς είναι, μεταξύ άλλων, η θερμοκρασία Ac3, που σχετίζεται με την ολοκλήρωση του μετασχηματισμού σε ωστενίτη κατά τη θέρμανση. Με πολύ γρήγορη θέρμανση, η πραγματική πορεία του μετασχηματισμού μπορεί να διαφέρει από τις συνθήκες ισορροπίας και την πιο αργή θέρμανση του κλιβάνου.
Πολύ χαμηλή θερμοκρασία μπορεί να οδηγήσει σε ατελή ωστενιτοποίηση και ανεπαρκή σκληρότητα μετά την ψύξη. Από την άλλη πλευρά, μια πολύ υψηλή θερμοκρασία μπορεί να αυξήσει τον κίνδυνο υπερθέρμανσης, δυσμενών μικροδομικών αλλαγών και υποβάθμισης των ιδιοτήτων.

Ψύξη μετά από επαγωγική θέρμανση

Μόλις επιτευχθεί η απαιτούμενη θερμοκρασία, η επιφάνεια πρέπει να ψυχθεί αρκετά γρήγορα. Σε πολλές συσκευές, ο επαγωγέας συνδυάζεται με ένα σύστημα ψεκασμού, επιτρέποντας την έναρξη της ψύξης αμέσως μετά τη θέρμανση μιας συγκεκριμένης περιοχής.
Τα ψυκτικά μέσα και συστήματα που χρησιμοποιούνται εξαρτώνται από την τεχνολογία. Μπορεί να περιλαμβάνουν νερό και κατάλληλα επιλεγμένα υδατικά διαλύματα πολυμερών.
Η ένταση ψύξης πρέπει να είναι επαρκής για την επίτευξη της απαιτούμενης μικροδομής, αλλά ταυτόχρονα θα πρέπει να περιορίζει τον κίνδυνο:

• σκλήρυνση ρωγμών,
• υπερβολικό άγχος,
• παραμόρφωση,
• ανομοιόμορφη σκληρότητα,
• ανεξέλεγκτες αλλαγές στη ζώνη μετάβασης.

Μικροδομή του στρώματος μετά από επαγωγική σκλήρυνση

Εάν το στρώμα έχει ωστενιωθεί σωστά και ψυχθεί αρκετά γρήγορα, η μικροδομή του περιέχει κυρίως μαρτενσίτηςΑνάλογα με την ποιότητα του χάλυβα και τις παραμέτρους της διεργασίας, ενδέχεται επίσης να υπάρχουν και άλλα μικροδομικά συστατικά και συγκρατημένος ωστενίτης.
Κάτω από το σκληρυμένο στρώμα υπάρχει ζώνη μετάβασης, όπου η μέγιστη θερμοκρασία που επιτεύχθηκε κατά τη θέρμανση ήταν χαμηλότερη. Ακόμα βαθύτερος είναι ο πυρήνας, ο οποίος, με μια σωστά σχεδιασμένη διαδικασία, μπορεί να διατηρήσει σε μεγάλο βαθμό τη μικροδομή που προκύπτει από την προηγούμενη επεξεργασία του υλικού.
Η διατομή του στοιχείου μπορεί επομένως να αναπαρασταθεί σχηματικά ως εξής:

ΣΚΛΗΡΥΜΕΝΗ ΣΤΡΩΣΗ → ΖΩΝΗ ΜΕΤΑΒΑΣΗΣ → ΠΥΡΗΝΑΣ

Σκληρυμένο στρώμα – πώς διαφέρει από τον πυρήνα;

Βάθος επαγωγικής σκλήρυνσης

Μία από τις πιο σημαντικές τεχνολογικές παραμέτρους είναι το βάθος του στρώματος με τις απαιτούμενες ιδιότητες. Ωστόσο, αυτό δεν πρέπει να ταυτίζεται αποκλειστικά με το βάθος διείσδυσης του ηλεκτρομαγνητικού ρεύματος.
Το πραγματικό βάθος σκλήρυνσης είναι το αποτέλεσμα ολόκληρης της θερμικής διαδικασίας. Επηρεάζεται από παράγοντες όπως:

• συχνότητα,
• ισχύς γεννήτριας,
• χρόνος προθέρμανσης,
• η ταχύτητα κίνησης του επαγωγέα ή του στοιχείου,
• γεωμετρία επαγωγέα,
• η απόσταση του διεγέρτη από την επιφάνεια,
• διάμετρος και γεωμετρία του στοιχείου,
• θερμική αγωγιμότητα του υλικού,
• χημική σύνθεση και σκληρότητα του χάλυβα,
• μικροδομή πριν από τη σκλήρυνση,
• μέθοδος και ένταση ψύξης.

Αποτελεσματικό βάθος σκληρυμένης στρώσης

Στη βιομηχανική πρακτική, η αξιολόγηση ενός σκληρυμένου στρώματος δεν θα πρέπει να βασίζεται αποκλειστικά στην οπτική μικροδομή. Ανάλογα με την τεχνική απαίτηση, χρησιμοποιούνται κριτήρια που σχετίζονται με το προφίλ σκληρότητας που μετράται από την επιφάνεια προς τον πυρήνα.
Συνεπώς, κατά τον προσδιορισμό της απαιτούμενης στρώσης, πρέπει να ορίζεται με σαφήνεια εάν πρόκειται για το βάθος του μικροδομικού μετασχηματισμού, το βάθος της στρώσης με συγκεκριμένη ελάχιστη σκληρότητα ή για άλλη τιμή που προκύπτει από την τεχνική τεκμηρίωση και το σχετικό πρότυπο.

Ποιοι χάλυβες είναι κατάλληλοι για επαγωγική σκλήρυνση;

Η επαγωγική σκλήρυνση δεν αυξάνει την περιεκτικότητα της επιφάνειας σε άνθρακα. Επομένως, το υλικό πρέπει να έχει ήδη μια χημική σύνθεση πριν από τη διαδικασία που του επιτρέπει να επιτύχει την απαιτούμενη σκληρότητα μετά τη σκλήρυνση.
Το περιεχόμενο είναι ιδιαίτερα σημαντικό κάρβουνο, επειδή επηρεάζει τη σκληρότητα του μαρτενσίτη που μπορεί να επιτευχθεί.
Η επαγωγική σκλήρυνση πραγματοποιείται χρησιμοποιώντας, μεταξύ άλλων, κατάλληλα επιλεγμένα:

• χάλυβες μεσαίου άνθρακα,
• δομικοί χάλυβες για θερμική βελτίωση,
• κράματα χάλυβα με κατάλληλη σκληρυνσιμότητα,
• επιλεγμένα εργαλεία και ειδικοί χάλυβες.

Η καταλληλότητα μιας συγκεκριμένης ποιότητας εξαρτάται επίσης από το απαιτούμενο βάθος στρώσης, τις διαστάσεις του στοιχείου και την αναμενόμενη σκληρότητα.

Η σημασία του άνθρακα κατά την επαγωγική σκλήρυνση

Κάρβουνο είναι κρίσιμο για τη σκληρότητα του μαρτενσίτη. Εάν η περιεκτικότητά του είναι πολύ χαμηλή, η πολύ γρήγορη θέρμανση και ψύξη από μόνη της δεν θα προσφέρει υψηλή επιφανειακή σκληρότητα.
Αυτή είναι μία από τις θεμελιώδεις διαφορές μεταξύ της επαγωγικής σκλήρυνσης και της ενανθράκωσης. Ενώ η ενανθράκωση αυξάνει σκόπιμα την περιεκτικότητα σε άνθρακα του επιφανειακού στρώματος, η επαγωγική σκλήρυνση χρησιμοποιεί την υπάρχουσα σύνθεση του υλικού πριν από τη διαδικασία.

Επίδραση των στοιχείων κράματος

Τα στοιχεία κράματος επηρεάζουν κυρίως τη σκληρότητα, την κινητική του μετασχηματισμού του ωστενίτη, τη συμπεριφορά του καρβιδίου και τις τελικές ιδιότητες του υλικού.
Σημαντικό ρόλο μπορούν να διαδραματίσουν, μεταξύ άλλων: χρώμιο, μαγγάνιο, μολυβδαίνιο i νικέλιο.
Η υψηλότερη σκληρότητα μπορεί να επιτρέψει την επίτευξη της απαιτούμενης δομής με λιγότερο έντονη ψύξη ή σε μεγαλύτερο βάθος, αλλά το αποτέλεσμα θα πρέπει πάντα να αναλύεται για την συγκεκριμένη ποιότητα και γεωμετρία του εξαρτήματος.

Επαγωγική σκλήρυνση χάλυβα μετά από θερμική επεξεργασία

Σε πολλές εφαρμογές, η επαγωγική σκλήρυνση πραγματοποιείται σε εξαρτήματα των οποίων ο πυρήνας έχει προηγουμένως υποστεί θερμική επεξεργασία.

Αυτό σας επιτρέπει να συνδυάσετε:

• κατάλληλη αντοχή και πλαστικότητα του πυρήνα,
• υψηλή σκληρότητα του επιφανειακού στρώματος,
• αυξημένη αντοχή της επιφάνειας στη φθορά,
• ευνοϊκές ιδιότητες του στοιχείου υπό μεταβλητά φορτία.

Αυτό είναι ιδιαίτερα ωφέλιμο για άξονες, άξονες, πείρους και άλλα εξαρτήματα μηχανών όπου ο πυρήνας πρέπει να φέρει μηχανικά φορτία και η επιφάνεια εκτίθεται σε έντονη φθορά.

Επαγωγική σκλήρυνση χρησιμοποιώντας τη στατική μέθοδο

Στη στατική μέθοδο, μια καθορισμένη περιοχή του εξαρτήματος βρίσκεται εντός του πεδίου του επαγωγέα καθ' όλη τη διάρκεια της διαδικασίας θέρμανσης. Η ψύξη συμβαίνει μόλις επιτευχθεί η απαιτούμενη θερμοκρασία.
Η λύση μπορεί να εφαρμοστεί σε στοιχεία και επιφάνειες των οποίων η γεωμετρία επιτρέπει την ταυτόχρονη θέρμανση ολόκληρης της απαιτούμενης ζώνης.
Στην περίπτωση περιστρεφόμενων στοιχείων, είναι δυνατή η περιστροφή του εξαρτήματος κατά τη θέρμανση για τη βελτίωση της ομοιομορφίας της θερμοκρασίας.

Επαγωγική σκλήρυνση με σάρωση

στο σκλήρυνση σάρωσης ο επαγωγέας και το σύστημα ψύξης κινούνται σε σχέση με το στοιχείο ή το στοιχείο κινείται σε σχέση με το σταθερό σύστημα.
Διαδοχικά τμήματα της επιφάνειας θερμαίνονται και ψύχονται συνεχώς. Αυτή η μέθοδος είναι ιδιαίτερα χρήσιμη για μακριές επιφάνειες όπως στροφείς και επιφάνειες αξόνων.
Το αποτέλεσμα της διαδικασίας επηρεάζεται επίσης από ταχύτητα σάρωσηςΗ μεταβολή του επηρεάζει τη διάρκεια δράσης του πεδίου σε ένα συγκεκριμένο θραύσμα επιφάνειας και, επομένως, το προφίλ θερμοκρασίας και το βάθος του στρώματος.

Επαγωγική σκλήρυνση γραναζιών

Τα γρανάζια αποτελούν βασική εφαρμογή για την επαγωγική σκλήρυνση. Οι επιφάνειες των δοντιών εκτίθενται σε πίεση επαφής, τριβή και εναλλασσόμενα φορτία, απαιτώντας υψηλή σκληρότητα και αντοχή στη φθορά.
Η σκλήρυνση μπορεί να καλύψει ένα μεγαλύτερο τμήμα της περιφέρειας ή να πραγματοποιηθεί με τρόπο προσαρμοσμένο στο προφίλ του δοντιού. Ο σχεδιασμός του επαγωγέα και οι παράμετροι της διαδικασίας πρέπει να λαμβάνουν υπόψη τη συγκέντρωση πεδίου στις άκρες και τη σύνθετη γεωμετρία της επιφάνειας.
Η ακατάλληλη κατανομή της θερμοκρασίας μπορεί να οδηγήσει σε διαφορές στο βάθος της στρώσης μεταξύ της κορυφής, της πλευράς και της βάσης του δοντιού.

Επαγωγική σκλήρυνση αξόνων και αξόνων

Οι άξονες, οι άξονες και τα κομβία είναι ιδιαίτερα κατάλληλα εξαρτήματα για επαγωγική σκλήρυνση. Η διαδικασία επιτρέπει τη σκλήρυνση των επιφανειών εργασίας χωρίς να χρειάζεται να θερμανθεί ολόκληρο το εξάρτημα στη θερμοκρασία ωστενιτικής σκλήρυνσης.
Ανάλογα με το μήκος και τη διάμετρο του στοιχείου, μπορεί να χρησιμοποιηθεί στατική ή σαρωτική σκλήρυνση.
Ο συνδυασμός ενός θερμικά επεξεργασμένου πυρήνα με μια επαγωγικά σκληρυμένη επιφάνεια παρέχει έναν ευνοϊκό συνδυασμό ιδιοτήτων για εξαρτήματα που μεταδίδουν ροπή, φορτία κάμψης και επιφανειακές πιέσεις.

Σκληρότητα μετά από επαγωγική σκλήρυνση

Δεν υπάρχει μία συγκεκριμένη τιμή σκληρότητας για την επαγωγική σκλήρυνση. Η σκληρότητα που μπορεί να επιτευχθεί εξαρτάται κυρίως από:

• περιεκτικότητα σε άνθρακα,
• σύνθεση κράματος,
• η κατάσταση της μικροδομής πριν από τη σκλήρυνση,
• θερμοκρασία και χρόνος θέρμανσης,
• βαθμός ωστενιτοποίησης,
• ρυθμούς ψύξης,
• αργότερα σκλήρυνση.

Συνεπώς, οι απαιτήσεις σκληρότητας θα πρέπει να ορίζονται για ένα συγκεκριμένο υλικό, εξάρτημα και στρώμα και όχι για την ίδια τη μέθοδο σκλήρυνσης.

Προφίλ σκληρότητας επιφάνειας προς πυρήνα

Ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα ενός σωστά σκληρυμένου με επαγωγή συστατικού είναι η μεταβολή της σκληρότητας με την απόσταση από την επιφάνεια. Το εξωτερικό στρώμα φτάνει σε υψηλή σκληρότητα ως αποτέλεσμα του μαρτενσιτικού μετασχηματισμού, ακολουθούμενο από μια ζώνη μετάβασης, και βαθύτερα, η σκληρότητα αντιστοιχεί στην κατάσταση του πυρήνα.
Η μέτρηση του προφίλ σκληρότητας μας επιτρέπει να αξιολογήσουμε όχι μόνο την επιφανειακή σκληρότητα, αλλά και το πραγματικό βάθος του αποτελεσματικά σκληρυμένου στρώματος.

Υπολειμματικές τάσεις μετά από επαγωγική σκλήρυνση

Όπως και άλλες διεργασίες σκλήρυνσης, η επαγωγική σκλήρυνση προκαλεί υπολειμματικές τάσεις που προκύπτουν από τις διαβαθμίσεις θερμοκρασίας και τις αλλαγές όγκου που συνοδεύουν τις αλλαγές φάσης.
Μια σωστά σχεδιασμένη κατανομή τάσεων μπορεί να είναι ευεργετική για την αντοχή στην κόπωση της επιφάνειας, αλλά μια ακατάλληλη διαδικασία μπορεί να οδηγήσει σε υπερβολική τάση, παραμόρφωση ή ρωγμές.
Η κατάσταση στρες επηρεάζεται, μεταξύ άλλων, από:

• βάθος στρώματος,
• ταχύτητα θέρμανσης,
• ένταση ψύξης,
• γεωμετρία στοιχείων,
• μικροδομή πυρήνα,
• μετάβαση μεταξύ της σκληρυμένης και της μη σκληρυμένης περιοχής.

Σκλήρυνση μετά από επαγωγική σκλήρυνση

Μετά την επαγωγική σκλήρυνση μπορεί να χρησιμοποιηθεί αφήνοντας πίσω για τη μείωση των τάσεων και την προσαρμογή της σκληρότητας και της αντοχής σε θραύση στις λειτουργικές απαιτήσεις.
Οι παράμετροι σκλήρυνσης πρέπει να επιλέγονται με βάση τον τύπο του υλικού, την απαιτούμενη σκληρότητα της στρώσης και την προβλεπόμενη χρήση του εξαρτήματος. Η υπερβολική σκλήρυνση μπορεί να μειώσει υπερβολικά τη σκληρότητα που επιτυγχάνεται κατά τη σκλήρυνση.

Επαγωγική σκλήρυνση και σκλήρυνση όγκου

Επαγωγική σκλήρυνση και σκλήρυνση με φλόγα

Η σκλήρυνση με φλόγα επιτρέπει επίσης την τοπική θέρμανση του επιφανειακού στρώματος και την επακόλουθη σκλήρυνσή του. Η διαφορά έγκειται κυρίως στη μέθοδο παροχής ενέργειας.

Επαγωγική σκλήρυνση και ενανθράκωση

Επαγωγική σκλήρυνση και ενανθράκωση μπορεί να οδηγήσει σε σκληρή επιφάνεια και πιο όλκιμο πυρήνα, αλλά ο μηχανισμός είναι εντελώς διαφορετικός.
Κατά την ενανθράκωση, το επιφανειακό στρώμα εμπλουτίζεται με άνθρακα μέσω διάχυσης, ακολουθούμενης από κατάλληλη θερμική επεξεργασία. Η επαγωγική σκλήρυνση δεν αυξάνει την περιεκτικότητα σε άνθρακα. Απλώς θερμαίνει και σκληραίνει το υπάρχον υλικό.
Για το λόγο αυτό, η ενανθράκωση είναι ιδιαίτερα κατάλληλη για χάλυβες με σχετικά χαμηλή περιεκτικότητα σε άνθρακα στον πυρήνα, ενώ στην επαγωγική σκλήρυνση το επιφανειακό υλικό πρέπει ήδη να έχει μια σύνθεση που επιτρέπει την επίτευξη της απαιτούμενης σκληρότητας.

Επαγωγική σκλήρυνση και νιτρίωση

Νιτρίδωση είναι μια θερμοχημική διεργασία που περιλαμβάνει τον κορεσμό διάχυσης του επιφανειακού στρώματος με άζωτο. Το προκύπτον στρώμα έχει διαφορετικό χαρακτήρα από το μαρτενσιτικό στρώμα που λαμβάνεται κατά την επαγωγική σκλήρυνση.
Η επαγωγική σκλήρυνση χρησιμοποιεί τον μετασχηματισμό του ωστενίτη κατά τη διάρκεια ταχείας ψύξης. Η νιτρίδωση, από την άλλη πλευρά, βασίζεται στη διάχυση αζώτου και στον σχηματισμό κατάλληλων φάσεων στο επιφανειακό στρώμα.

Σύγκριση επαγωγικής σκλήρυνσης, σκλήρυνσης με φλόγα, ενανθράκωσης και εναζώτωσης

Πλεονεκτήματα της επαγωγικής σκλήρυνσης

• Πολύ γρήγορη θέρμανση – η ενέργεια διοχετεύεται απευθείας στο υλικό που υποβάλλεται σε επεξεργασία.
• Δυνατότητα τοπικής σκλήρυνσης – υποβάλλονται σε επεξεργασία μόνο επιφάνειες που απαιτούν αυξημένη σκληρότητα.
• Διατήρηση βασικών ιδιοτήτων – δεν χρειάζεται ωστενιτοποίηση ολόκληρου του στοιχείου.
• Υψηλή επαναληψιμότητα – μόλις καθοριστούν οι παράμετροι, η διαδικασία είναι κατάλληλη για μαζική παραγωγή.
• Δυνατότητα αυτοματισμού – εύκολος έλεγχος ισχύος, χρόνου, συχνότητας, κίνησης στοιχείων και ψύξης.
• Σύντομος τεχνολογικός κύκλος – πολύ μικρότερος χρόνος από ό,τι σε πολλές διεργασίες κλιβάνου.
• Περιορισμένη θέρμανση ολόκληρου του όγκου – μπορεί να μειώσει την κλίμακα των διαστατικών αλλαγών σε σύγκριση με την πλήρη θέρμανση του στοιχείου.
• Δεν χρειάζεται εμπλουτισμός της επιφάνειας με άνθρακα ή άζωτο – η διαδικασία δεν απαιτεί αλλαγή διάχυσης στη σύνθεση του στρώματος.
• Δυνατότητα ακριβούς διαμόρφωσης της θερμαινόμενης ζώνης – χάρη στον κατάλληλο σχεδιασμό του διεγέρτη.

Περιορισμοί της επαγωγικής σκλήρυνσης

• η ανάγκη χρήσης εξειδικευμένων γεννητριών και διεγερτών,
• υψηλή εξάρτηση του αποτελέσματος από τη γεωμετρία του στοιχείου,
• η ανάγκη σχεδιασμού διεγερτών μεμονωμένα για πολλές λεπτομέρειες,
• πιθανότητα υπερθέρμανσης γωνιών και ακμών λόγω συγκέντρωσης πεδίου,
• περιορισμοί που προκύπτουν από τη χημική σύνθεση του υλικού,
• κίνδυνος μη ομοιόμορφου βάθους στρώσης εάν η διεργασία έχει ρυθμιστεί λανθασμένα,
• πιθανότητα σκλήρυνσης ρωγμών και παραμορφώσεων,
• η ανάγκη ελέγχου της θερμοκρασίας, της ισχύος, του χρόνου, της συχνότητας και της ψύξης.

Τα πιο συνηθισμένα σφάλματα κατά την επαγωγική σκλήρυνση

• Πολύ λίγη ενέργεια θέρμανσης – η στρώση δεν φτάνει στην απαιτούμενη θερμοκρασία ωστενιτικής επεξεργασίας.
• Υπερβολική ενέργεια ή πολύς χρόνος – πιθανότητα υπερθέρμανσης της επιφάνειας και δημιουργίας μιας πολύ βαθιάς θερμαινόμενης ζώνης.
• Λανθασμένη συχνότητα – λανθασμένη κατανομή ενέργειας σε σχέση με το απαιτούμενο στρώμα.
• Ακατάλληλος διεγερτής – ανομοιόμορφη κατανομή θερμοκρασίας.
• Λανθασμένο κενό μεταξύ διεγέρτη και στοιχείου – αλλαγή στη ζεύξη και την τοπική θέρμανση.
• Πολύ χαμηλή ένταση ψύξης – ανεπαρκές μερίδιο της απαιτούμενης δομής σκλήρυνσης.
• Υπερβολικά έντονη ψύξη – αυξημένος κίνδυνος ρωγμών και παραμόρφωσης.
• Μη λήψη υπόψη των αλλαγών στις άκρες και τις διατομές – πιθανότητα τοπικής υπερθέρμανσης.
• Λανθασμένη αρχική μικροδομή – μπορεί να οδηγήσει σε ανομοιόμορφη απόκριση του υλικού κατά τη διάρκεια πολύ γρήγορης ωστενιτοποίησης.

Έλεγχος ποιότητας της επαγωγικά σκληρυμένης στρώσης

Η αξιολόγηση της ποιότητας της διεργασίας θα πρέπει να περιλαμβάνει περισσότερα από τη μέτρηση μιας μόνο τιμής σκληρότητας επιφάνειας. Ανάλογα με τις απαιτήσεις, η παρακολούθηση περιλαμβάνει, μεταξύ άλλων:

• σκληρότητα επιφάνειας,
• προφίλ σκληρότητας στο υλικό,
• αποτελεσματικό βάθος του σκληρυμένου στρώματος,
• μικροδομή του στρώματος και της ζώνης μετάβασης,
• ομοιομορφία του στρώματος κατά μήκος της περιφέρειας ή του μήκους του στοιχείου,
• η παρουσία ρωγμών,
• παραμορφώσεις μετά τη διαδικασία,
• κατάσταση της επιφάνειας,
• σε δικαιολογημένες περιπτώσεις, κατανομή των υπολειμματικών τάσεων.

Εφαρμογή επαγωγικής σκλήρυνσης

Η επαγωγική σκλήρυνση χρησιμοποιείται ευρέως τόσο στη μαζική παραγωγή όσο και σε μεμονωμένα εξαρτήματα μηχανών. Είναι ιδιαίτερα αποτελεσματική όπου απαιτείται ο συνδυασμός μιας σκληρής επιφάνειας με έναν ισχυρότερο και πιο όλκιμο πυρήνα.
Τυπικές εφαρμογές περιλαμβάνουν:

• άξονες και άξονες,
• κομβία άξονα,
• καρφίτσες,
• γρανάζια,
• άξονες με αυλακώσεις,
• αυλάκια και επιφάνειες ζευγαρώματος,
• ρολά,
• κάμερες,
• στροφαλοφόροι άξονες και επιλεγμένες επιφάνειες στροφέα,
• εξαρτήματα μετάδοσης,
• μέρη μηχανών που εκτίθενται σε τριβή και φθορά,
• στοιχεία που λειτουργούν υπό μεταβλητά φορτία.

Επαγωγική σκλήρυνση – οι πιο σημαντικές παράμετροι της διεργασίας

Επαγωγική σκλήρυνση – οι πιο σημαντικές πληροφορίες

Επαγωγική σκλήρυνση επιτρέπει την πολύ γρήγορη και τοπική θέρμανση του επιφανειακού στρώματος του χάλυβα χρησιμοποιώντας ένα εναλλασσόμενο ηλεκτρομαγνητικό πεδίο. Τα δινορρεύματα που προκαλούνται στο υλικό προκαλούν άμεση απελευθέρωση θερμότητας και το φαινόμενο της επιδερμίδας ευνοεί τη συγκέντρωση θερμότητας κοντά στην επιφάνεια.
Μόλις επιτευχθεί η απαιτούμενη θερμοκρασία ωστενιτικής επεξεργασίας, η επιφάνεια ψύχεται γρήγορα, επιτρέποντας τον σχηματισμό ενός σκληρού μαρτενσιτικού στρώματος στον κατάλληλα επιλεγμένο χάλυβα. Ο πυρήνας του εξαρτήματος δεν χρειάζεται να θερμανθεί στη θερμοκρασία ωστενιτικής επεξεργασίας και μπορεί να διατηρήσει τις ιδιότητες που επιτεύχθηκαν κατά την προηγούμενη επεξεργασία, όπως η σκλήρυνση και η σκλήρυνση.
Το πιο σημαντικό χαρακτηριστικό της διαδικασίας είναι η δυνατότητα ελέγχου της θέσης και της έντασης της θέρμανσης. Ωστόσο, το πραγματικό βάθος του σκληρυμένου στρώματος δεν εξαρτάται αποκλειστικά από τη συχνότητα. Είναι το αποτέλεσμα ενός συνδυασμού συχνότητας, ισχύος, χρόνου θέρμανσης, σχεδιασμού επαγωγέα, γεωμετρίας εξαρτημάτων, αγωγιμότητας θερμότητας, σύνθεσης χάλυβα και συνθηκών ψύξης.
Η επαγωγική σκλήρυνση είναι ιδιαίτερα ευεργετική για μηχανικά μέρη που απαιτούν υψηλή σκληρότητα και αντοχή στη φθορά της επιφάνειας διατηρώντας παράλληλα έναν ανθεκτικό και πιο όλκιμο πυρήναΧάρη στην υψηλή ταχύτητα, την επαναληψιμότητα και τις δυνατότητες αυτοματισμού, η μέθοδος χρησιμοποιείται ευρέως στην παραγωγή αξόνων, αξόνων, γραναζιών, πείρων, κυλίνδρων και άλλων εξαρτημάτων που λειτουργούν υπό υψηλά μηχανικά φορτία.

Μέθοδοι θερμικής και θερμοχημικής επεξεργασίας χάλυβα

Η επαγωγική σκλήρυνση είναι μόνο μία από μια ομάδα διεργασιών που χρησιμοποιούνται για την τροποποίηση της μικροδομής και των ιδιοτήτων του χάλυβα. Ανάλογα με το επιθυμητό αποτέλεσμα, χρησιμοποιούνται επίσης ομαλοποίηση, ανακούφιση από τις τάσεις, σκλήρυνση, σκλήρυνση και θερμοχημικές διεργασίες όπως η ενανθράκωση, η νιτρίδωση και άλλες.

Μέθοδοι θερμικής επεξεργασίας χάλυβα

• Κανονικοποίηση χάλυβα – βελτίωση των κόκκων και ενοποίηση της μικροδομής.
• Συνεχής παρουσίαση – μείωση των υπολειμματικών τάσεων.
• Μαλάκωμα του χάλυβα – μείωση της σκληρότητας και βελτίωση της ευαισθησίας σε περαιτέρω επεξεργασία.
• Πλήρης ανόπτηση – ωστενιτοποίηση και αργή ψύξη.
• Ισοθερμική ανόπτηση – μετασχηματισμός που πραγματοποιείται διατηρώντας την θερμοκρασία σε σωστά επιλεγμένη θερμοκρασία.
• Ανόπτηση με σφαιρίδια – σφαιροποίηση – αλλαγή στη μορφολογία του σεμεντίτη ή άλλων καρβιδίων.
• Ανόπτηση ανακρυστάλλωσης – απομάκρυνση των επιπτώσεων της σύνθλιψης και αποκατάσταση της πλαστικότητας.
• Ομογενοποιητική ανόπτηση – μείωση του διαχωρισμού και ομογενοποίηση της σύνθεσης των υλικών.
• Σκλήρυνση και θερμική επεξεργασία – διαμόρφωση της μικροδομής και των ιδιοτήτων μέσω σκλήρυνσης και επαναφοράς.
• Σκλήρυνση χάλυβα – ελεγχόμενη τροποποίηση των ιδιοτήτων του χάλυβα μετά τη σκλήρυνση.
• Επαγωγική σκλήρυνση – επιφανειακή επαγωγική θέρμανση και ταχεία ψύξη.
• Σκλήρυνση με φλόγα – επιφανειακή σκλήρυνση μετά από τοπική θέρμανση με φλόγα.
• Υπερκορεσμός – λήψη υπερκορεσμένου στερεού διαλύματος μέσω κατάλληλου θερμικού κύκλου.
• Γηράσκων – ελεγχόμενος διαχωρισμός φάσεων που οδηγεί σε ενίσχυση του υλικού.

Μέθοδοι θερμοχημικής επεξεργασίας χάλυβα

• Νιτρίδωση χάλυβα – διαχυτικός εμπλουτισμός του επιφανειακού στρώματος με άζωτο.
• Ενανθράκωση χάλυβα – διαχυτικός εμπλουτισμός της επιφάνειας με άνθρακα.
• Καρβονιτρίωση – ταυτόχρονος εμπλουτισμός του επιφανειακού στρώματος με άνθρακα και άζωτο.
• Νιτροενανθράκωση / νιτροενανθράκωση – εμπλουτισμός του στρώματος κυρίως με άζωτο και άνθρακα.
• Γεώτρηση – κορεσμός διάχυσης της επιφάνειας με βόριο.
• Επιχρωμίωση διάχυσης – εμπλουτισμός διάχυσης του στρώματος με χρώμιο.
• Αλουμινοποίηση διάχυσης – εμπλουτισμός διάχυσης του στρώματος σε αλουμίνιο.