Làm cứng cảm ứng - ứng dụng, quy trình vật lý, các loại và phương pháp làm cứng
Bài viết này sẽ tập trung vào quá trình làm cứng cảm ứng - một trong những loại xử lý nhiệt kim loại cung cấp khả năng biến đổi pha, nghĩa là chuyển đổi ngọc trai thành austenit. Các bộ phận bằng thép, do được làm cứng bằng cảm ứng, có được các tính chất cơ học cao hơn, do chất lượng của thép tăng lên đáng kể do quá trình xử lý như vậy.
Vì vậy, để xử lý nhiệt kim loại, với mục đích làm cứng bề mặt, họ sử dụng phương pháp gia nhiệt cảm ứng... Công nghệ này cho phép bạn chọn các độ sâu khác nhau của lớp làm cứng, ngoài ra, quá trình này dễ dàng được tự động hóa, đó là lý do tại sao phương pháp này được coi là tiến bộ. Có thể làm đặc các bộ phận với các hình dạng khác nhau.
Làm cứng cảm ứng bề mặt có hai loại: bề mặt và bề mặt khối.
Làm cứng bề mặt bằng cách gia nhiệt bề mặt, điều này dẫn đến phôi gia công được làm nóng đến nhiệt độ làm cứng đến độ sâu của lớp làm cứng, trong khi lõi vẫn còn nguyên vẹn. Thời gian gia nhiệt từ 1,5 đến 20 giây, tốc độ gia nhiệt từ 30 đến 300°C/giây.
Khối lượng cứng của bề mặt được đặc trưng bởi sự gia nhiệt của một lớp lớn hơn một lớp có cấu trúc martensitic, đây là quá trình gia nhiệt sâu. Thép được ủ ở độ sâu nhỏ hơn độ dày của lớp được nung nóng, được xác định bởi độ cứng của thép.
Ở các vùng sâu sâu hơn cấu trúc martensitic, được nung nóng đến nhiệt độ hóa rắn, các vùng hóa rắn có cấu trúc sorbitol hóa rắn hoặc troostite được hình thành. Thời gian đóng rắn tăng lên 20-100 giây, tốc độ gia nhiệt giảm xuống 2-10°C mỗi giây so với đóng rắn bề mặt.
Các trục, bánh răng, chữ thập chịu lực nặng, v.v. phải được làm cứng bề mặt theo thể tích. Sự khác biệt chính giữa gia nhiệt cảm ứng và các phương pháp gia nhiệt khác là sự giải phóng nhiệt trực tiếp vào thể tích của phôi.
Về cơ bản quá trình này như sau. Phần cứng được đặt trong cuộn cảm, được cung cấp bởi dòng điện xoay chiều. Từ trường biến thiên gây ra một EMF dòng điện xoáy xảy ra trong lớp bề mặt của phôi, làm nóng phôi. Những khu vực này, bị ảnh hưởng bởi một từ trường xen kẽ, được làm nóng đến nhiệt độ cao.
Tốc độ gia nhiệt cao và có tùy chọn sưởi ấm cục bộ. Mật độ dòng điện cao hơn trên bề mặt phôi do hiệu ứng bề mặt, đó là lý do tại sao chỉ có thể gia nhiệt đến độ sâu cần thiết. Lõi nóng lên một chút.87% năng lượng được truyền bởi dòng điện xoáy của phôi nằm ở độ sâu thâm nhập.
Vì độ sâu của sự thâm nhập hiện tại là khác nhau ở các nhiệt độ khác nhau của kim loại, nên quá trình này diễn ra theo nhiều giai đoạn. Trước hết, lớp bề mặt của kim loại lạnh được nung nóng nhanh chóng, sau đó lớp này được nung nóng sâu hơn và lớp thứ nhất không được nung nóng quá nhanh nữa, sau đó lớp thứ ba được nung nóng.
Trong quá trình làm nóng từng lớp, tốc độ gia nhiệt của từng lớp giảm khi lớp tương ứng bị mất tính chất từ tính. Đó là, nhiệt lan truyền do sự thay đổi tính chất từ của kim loại từ lớp này sang lớp khác. Đây là hệ thống sưởi chủ động bằng dòng điện, nó kéo dài theo nghĩa đen trong vài giây.
Gia nhiệt cảm ứng, tùy thuộc vào sự phân bố nhiệt độ trong tiết diện của phôi, khác với gia nhiệt bằng dẫn nhiệt... Ở lớp gia nhiệt, nhiệt độ cao hơn đáng kể so với ở trung tâm, có sự giảm mạnh, vì ở phần trung tâm của lớp gia nhiệt một phần, các tính chất từ vẫn không bị mất cho đến khi dòng điện hoạt động bên ngoài đã làm kim loại quá nóng. Bằng cách thay đổi tần số của dòng điện và thời gian gia nhiệt, phôi được gia nhiệt đến độ sâu cần thiết.
Thiết kế của cuộn cảm thường xác định chất lượng hóa rắn của bộ phận. Cuộn cảm được làm bằng các ống đồng mà nước được truyền qua để làm mát nó. Một khoảng cách nhất định, được đo bằng đơn vị milimét, được duy trì giữa cuộn cảm và bộ phận, và giống nhau ở tất cả các phía.
Làm nguội được thực hiện theo nhiều cách khác nhau, tùy thuộc vào hình dạng và kích thước của bộ phận, cũng như các yêu cầu làm nguội. Các bộ phận nhỏ đầu tiên được làm nóng và sau đó được làm mát.Khi làm mát bằng vòi hoa sen, môi trường làm mát như nước được đưa qua các lỗ trên cuộn cảm. Nếu bộ phận dài, cuộn cảm sẽ di chuyển dọc theo nó trong quá trình làm nguội và nước được đưa qua các lỗ vòi hoa sen sau khi chuyển động. Nó là một phương pháp đóng rắn tuần tự liên tục.
Trong quá trình đóng rắn tuần tự liên tục, cuộn cảm di chuyển với tốc độ từ 3 đến 30 mm mỗi giây và các phần của bộ phận lần lượt rơi vào từ trường của nó. Kết quả là, bộ phận này được gia nhiệt và làm mát liên tục từng phần một. Bằng cách này, các bộ phận riêng lẻ của phôi cũng có thể được làm cứng nếu cần thiết, chẳng hạn như các cổ trục khuỷu hoặc răng của một bánh răng lớn. Các công cụ tự động hóa cho phép bạn căn chỉnh chi tiết một cách đồng đều và di chuyển cuộn cảm với độ chính xác cao.
Tùy thuộc vào thương hiệu thép và phương pháp xử lý trước, các đặc tính sau khi làm cứng là khác nhau. Các chế độ làm nóng, làm mát và nhiệt độ thấp cảm ứng cũng ảnh hưởng đến kết quả.
Không giống như tôi thông thường, tôi cảm ứng làm cho thép 1-2 HRC cứng hơn, bền hơn, giảm độ dai kém hơn và tăng giới hạn bền. Điều này là do quá trình nghiền các hạt austenite.
Tốc độ gia nhiệt cao dẫn đến sự gia tăng các trung tâm chuyển đổi Pearlite-Austenite. Hạt austenite ban đầu hóa ra nhỏ, sự tăng trưởng không xảy ra do tốc độ gia nhiệt cao và thiếu tiếp xúc.
Tinh thể Martensite nhỏ hơn. Hạt austenite là 12-15 điểm. Khi sử dụng thép ít có xu hướng phát triển hạt austenit, sẽ thu được hạt mịn.Các bộ phận có cấu trúc ban đầu hơi phân tán thu được do chất lượng tốt hơn.
Do sự phân bố ứng suất dư, giới hạn độ bền tăng lên. Ứng suất nén dư hiện diện trong lớp cứng, trong khi ứng suất kéo hiện diện bên ngoài nó. Sự phá hủy mỏi có liên quan đến ứng suất kéo. Ứng suất nén sẽ làm suy yếu lực kéo phá hoại dưới tác dụng của ngoại lực trong quá trình hoạt động của chi tiết. Đây là lý do tại sao giới hạn độ bền tăng lên do quá trình làm cứng cảm ứng.
Tầm quan trọng quyết định trong quá trình đông cứng cảm ứng là: tốc độ gia nhiệt, tốc độ làm nguội, chế độ đông cứng ở nhiệt độ thấp.