Visokobrzinsko grijanje indukcijskim sustavom grijanja

Jedan od nedavnih izvanrednih dostignuća u području toplinske obrade bila je primjena indukcijsko grijanje do lokaliziranog površinskog stvrdnjavanja. Napredak koji je uvjetovan primjenom visokofrekventne struje nije bio ništa drugo nego fenomenalan. Počevši prije relativno kratkog vremena kao dugo tražena metoda kaljenja ležajnih površina na radilicama (u upotrebi je nekoliko milijuna njih i postavlja rekorde svih vremenskih servisa), danas pronalazi ovu vrlo selektivnu metodu kaljenja površina koja proizvodi stvrdnute površine na više dijelovi. Ipak, unatoč svojoj današnjoj širini primjene, indukcijsko stvrdnjavanje je još uvijek u početnoj fazi. Njegova vjerojatna uporaba za toplinsku obradu i stvrdnjavanje metala, zagrijavanje za kovanje ili lemljenje ili lemljenje sličnih i različitih metala je nepredvidljiva.

Indukcijsko kaljenje rezultira proizvodnjom lokalno kaljenih čeličnih predmeta željenog stupnja dubine i tvrdoće, bitne metalurške strukture jezgre, zone razgraničenja i kaljenog kućišta, s praktičnim nedostatkom izobličenja i bez stvaranja kamenca. Omogućuje projektiranje opreme koja jamči mehanizaciju cijele operacije kako bi se ispunili zahtjevi proizvodne linije. Vremenski ciklusi od samo nekoliko sekundi održavaju se automatskom regulacijom snage i intervalima grijanja i gašenja u djeliću sekunde koji su neophodni za stvaranje faksimilnih rezultata zahtjevnih posebnih fiksacija. Oprema za indukcijsko kaljenje dopušta korisniku da površinsko očvrsne samo potreban dio većine bilo kojeg čeličnog predmeta i tako zadrži izvornu duktilnost i čvrstoću; očvrsnuti predmete zamršenog dizajna koji se ne mogu izvedivo obraditi na bilo koji drugi način; eliminirati uobičajenu skupu prethodnu obradu kao što je bakreno prevlačenje i naugljičenje, te skupe naknadne operacije ravnanja i čišćenja; smanjiti troškove materijala širokim izborom čelika od kojih možete birati; i za otvrdnjavanje potpuno obrađenog predmeta bez potrebe za ikakvim završnim operacijama.

Povremenom promatraču čini se da je indukcijsko stvrdnjavanje moguće kao rezultat neke energetske transformacije koja se događa unutar induktivnog područja bakra. Bakar nosi električnu struju visoke frekvencije i, unutar intervala od nekoliko sekundi, površina komada čelika smještenog unutar ovog područja pod naponom zagrijava se do kritičnog raspona i gasi do optimalne tvrdoće. Za proizvođača opreme za ovu metodu kaljenja to znači primjenu fenomena histereze, vrtložnih struja i skin efekta na učinkovitu proizvodnju lokaliziranog površinskog stvrdnjavanja.

Zagrijavanje se ostvaruje korištenjem visokofrekventnih struja. Trenutno se intenzivno koriste posebno odabrane frekvencije od 2,000 do 10,000 ciklusa i više od 100 ciklusa. Struja ove prirode koja teče kroz induktor stvara visokofrekventno magnetsko polje unutar područja induktora. Kada se magnetski materijal kao što je čelik stavi unutar ovog polja, dolazi do disipacije energije u čeliku što proizvodi toplinu. Molekule unutar čelika pokušavaju se uskladiti s polaritetom ovog polja, a s tim mijenjanjem tisuća puta u sekundi, razvija se ogromna količina unutarnjeg molekularnog trenja kao rezultat prirodne težnje čelika da se odupire promjenama. Na taj se način električna energija posredstvom trenja pretvara u toplinu.

Međutim, budući da je još jedna svojstvena karakteristika visokofrekventne struje koncentriranje na površinu svog vodiča, zagrijavaju se samo površinski slojevi. Ova tendencija, nazvana "efekt kože", funkcija je frekvencije i, pod jednakim uvjetima, više frekvencije su učinkovite na manjim dubinama. Djelovanje trenja koje proizvodi toplinu naziva se histereza i očito ovisi o magnetskim kvalitetama čelika. Dakle, kada temperatura prijeđe kritičnu točku na kojoj čelik postaje nemagnetski, svo histerezno zagrijavanje prestaje.

Postoji dodatni izvor topline zbog vrtložnih struja koje teku u čeliku kao rezultat brzo promjenjivog toka u polju. S povećanjem otpornosti čelika s temperaturom, intenzitet ovog djelovanja se smanjuje kako se čelik zagrijava, te je samo djelić njegove "hladne" izvorne vrijednosti kada se postigne odgovarajuća temperatura kaljenja.

Kada temperatura induktivno grijane čelične šipke dođe do kritične točke, zagrijavanje zbog vrtložnih struja nastavlja se znatno smanjenom brzinom. Budući da se cjelokupno djelovanje odvija u površinskim slojevima, zahvaćen je samo taj dio. Održavaju se izvorna svojstva jezgre, a površinsko stvrdnjavanje se postiže gašenjem kada se na površinama postigne potpuna otopina karbida. Kontinuirana primjena snage uzrokuje povećanje dubine tvrdoće, jer kako se svaki sloj čelika dovede do temperature, gustoća struje se pomiče na sloj ispod koji nudi manji otpor. Očito je da će odabir odgovarajuće frekvencije, te kontrola snage i vremena grijanja omogućiti ispunjavanje svih željenih specifikacija površinskog očvršćavanja.

Metalurgija od Indukcijsko grijanje

Neobično ponašanje čelika pri induktivnom zagrijavanju i dobiveni rezultati zaslužuju raspravu o uključenoj metalurgiji. Brzina otopine karbida manja od sekunde, veća tvrdoća od one dobivene obradom u peći i nodularni tip martenzita su točke koje treba uzeti u obzir
koji klasificiraju metalurgiju indukcijskog kaljenja kao “drugačiju”. Nadalje, dekarbonizacija površine i rast zrna ne dolazi zbog kratkog ciklusa zagrijavanja.

Indukcijsko grijanje proizvodi tvrdoću koja se održava kroz 80 posto njegove dubine, a odatle nadalje, postupno smanjenje kroz prijelaznu zonu do izvorne tvrdoće čelika koja se nalazi u jezgri koja nije bila pod utjecajem. Spoj je stoga idealan, eliminirajući svaku mogućnost lomljenja ili provjere.

Potpuna otopina karbida i homogenost, što se dokazuje maksimalnom tvrdoćom, može se postići s ukupnim vremenom zagrijavanja od 0.6 sekundi. Od tog vremena, samo je 0.2 do 0.3 sekunde zapravo iznad donjeg kritičnog. Zanimljivo je napomenuti da je oprema za indukcijsko kaljenje u svakodnevnom radu na proizvodnoj bazi s kompletnom karbidnom otopinom, koja je rezultat ciklusa zagrijavanja i gašenja, čije je ukupno vrijeme manje od 0.2 sekunde.

Fini nodularni i homogeniji martenzit koji nastaje indukcijskim stvrdnjavanjem lakše je vidljiv kod ugljičnih čelika nego kod legiranih čelika zbog nodularnog izgleda većine legiranih martenzita. Ova fina struktura za svoje porijeklo mora imati austenit koji je rezultat temeljitije difuzije karbida nego što se dobiva toplinskim zagrijavanjem. Praktički trenutni razvoj kritičnih temperatura u cijeloj mikrostrukturi alfa željeza i željeznog karbida posebno pogoduje brzoj otopini karbida i raspodjeli sastojaka koja kao svoj neizbježan proizvod ima potpuno homogen austenit. Nadalje, konverzija ove strukture u martenzit će proizvesti martenzit koji posjeduje slične karakteristike i odgovarajuću otpornost na habanje ili prodiranje instrumenata.

visokobrzinsko zagrijavanje indukcijom

 

Omogućite JavaScript u svom pregledniku kako biste ispunili ovaj obrazac.
=