En av de senaste framstående utvecklingarna inom värmebehandlingsområdet har varit tillämpningen av induktionsuppvärmning till lokal ythärdning. De framsteg som gjorts beroende på tillämpningen av högfrekvent ström har varit inget mindre än fenomenala. Genom att börja för en jämförelsevis kort tid sedan som en länge eftertraktad metod för att härda lagerytor på vevaxlar (flera miljoner av dessa är i bruk vilket sätter rekord i alla tider), finner man idag denna mycket selektiva ythärdningsmetod som producerar härdade ytor på ett flertal av delar. Ändå är induktionshärdningen fortfarande i spädbarnsstadiet, trots sin nuvarande bredd av användning. Dess sannolika användning för värmebehandling och härdning av metaller, uppvärmning för smidning eller lödning, eller lödning av liknande och olika metaller, är oförutsägbar.
Induktionshärdning resulterar i produktion av lokalt härdade stålföremål med önskad grad av djup och hårdhet, väsentlig metallurgisk struktur av kärnan, avgränsningszon och härdat hölje, med praktisk avsaknad av distorsion och ingen skalbildning. Det tillåter utrustningsdesign som garanterar mekanisering av hela operationen för att uppfylla produktionslinjekraven. Tidscykler på bara några sekunder upprätthålls av automatisk reglering av kraften och uppvärmnings- och släckningsintervaller för delad sekund som är oumbärliga för att skapa faxresultat av krävande specialfixationer. Induktionshärdningsutrustning tillåter användaren att ythärda endast den erforderliga delen av de flesta stålföremål och på så sätt bibehålla den ursprungliga formbarheten och styrkan; att härda föremål av invecklad design som inte kan behandlas på något annat sätt; att eliminera vanlig dyr förbehandling såsom kopparplätering och uppkolning, och kostsamma efterföljande uträtnings- och rengöringsoperationer; att skära ner på materialkostnaderna genom att ha ett brett urval av stål att välja mellan; och att härda ett färdigbearbetat föremål utan att behöva göra några efterbehandlingar.
För den tillfällige observatören verkar det som om induktionshärdning är möjlig som ett resultat av en viss energiomvandling som sker inom ett induktivt område av koppar. Kopparn bär en elektrisk ström med hög frekvens och inom ett intervall på några sekunder värms ytan på ett stålstycke som placerats inom detta strömförsörjda område upp till sitt kritiska område och härdas till optimal hårdhet. För tillverkaren av utrustning för denna härdningsmetod betyder det tillämpningen av fenomenen hysteres, virvelströmmar och hudeffekter för effektiv framställning av lokal ythärdning.
Uppvärmningen åstadkoms genom användning av högfrekventa strömmar. Specifikt valda frekvenser från 2,000 10,000 till 100 000 cykler och uppåt XNUMX XNUMX cykler används i stor utsträckning för närvarande. En sådan ström som strömmar genom en induktor alstrar ett högfrekvent magnetfält inom området för induktorn. När ett magnetiskt material som stål placeras inom detta fält sker en förlust av energi i stålet som producerar värme. Molekylerna i stålet försöker anpassa sig efter polariteten i detta fält, och med denna förändring tusentals gånger per sekund utvecklas en enorm mängd intern molekylär friktion som ett resultat av stålets naturliga tendens att motstå förändringar. På detta sätt omvandlas den elektriska energin, genom friktion, till värme.
Men eftersom en annan inneboende egenskap hos högfrekvent ström är att koncentrera sig på ytan av dess ledare, blir endast ytskikten uppvärmda. Denna tendens, som kallas "skin-effekt", är en funktion av frekvensen och allt annat lika är högre frekvenser effektiva på grundare djup. Friktionsverkan som producerar värmen kallas hysteres och är uppenbarligen beroende av stålets magnetiska egenskaper. När temperaturen har passerat den kritiska punkten där stålet blir omagnetiskt upphör alltså all hysteretisk uppvärmning.
Det finns ytterligare en värmekälla på grund av virvelströmmar som flyter i stålet till följd av det snabbt föränderliga flödet i fältet. När motståndet hos stålet ökar med temperaturen, minskar intensiteten av denna verkan när stålet blir upphettat, och är bara en bråkdel av dess "kalla" ursprungliga värde när den korrekta härdningstemperaturen uppnås.
När temperaturen på en induktivt uppvärmd stålstång når den kritiska punkten fortsätter uppvärmningen på grund av virvelströmmar med en kraftigt reducerad hastighet. Eftersom hela åtgärden pågår i ytskikten påverkas endast den delen. De ursprungliga kärnegenskaperna bibehålls, ythärdningen åstadkommes genom härdning när fullständig karbidlösning har uppnåtts i ytområdena. Fortsatt applicering av kraft orsakar en ökning av hårdhetsdjupet, för när varje lager av stål bringas till temperatur, skiftar strömtätheten till lagret under vilket ger ett lägre motstånd. Det är uppenbart att valet av rätt frekvens och kontroll av effekt och uppvärmningstid kommer att göra det möjligt att uppfylla alla önskade specifikationer för ythärdning.
Metallurgi av Induktionsuppvärmning
Det ovanliga beteendet hos stål när det värms upp induktivt och de erhållna resultaten förtjänar en diskussion om den involverade metallurgin. Karbidlösningshastigheter på mindre än en sekund, högre hårdhet än den som produceras vid ugnsbehandling och en nodulär typ av martensit är punkter att tänka på
som klassificerar metallurgin med induktionshärdning som "annorlunda". Vidare sker ytavkolning och korntillväxt inte på grund av den korta uppvärmningscykeln.
Induktionsuppvärmning ger en hårdhet som bibehålls genom 80 procent av dess djup, och därefter en gradvis minskning genom en övergångszon till stålets ursprungliga hårdhet som finns i kärnan som inte har påverkats. Bindningen är därför idealisk, vilket eliminerar risken för spjälkning eller kontroll.
Fullständig karbidlösning och homogenitet, vilket framgår av maximal hårdhet, kan uppnås med en total uppvärmningstid på 0.6 sekunder. Av denna tid är bara 0.2 till 0.3 sekunder faktiskt över den lägre kritiska. Det är intressant att notera att induktionshärdningsutrustning är i daglig drift på produktionsbasis med komplett hårdmetalllösning, som ett resultat av en uppvärmnings- och härdningscykel, vars totala tid är mindre än 0.2 sekunder.
Den fina nodulära och mer homogena martensiten som resulterar från induktionshärdningen är mer uppenbar med kolstål än med legerat stål på grund av det nodulära utseendet hos de flesta legerade martensiten. Denna fina struktur måste för sitt ursprung ha en austenit som är resultatet av en mer grundlig karbiddiffusion än vad som erhålls med termisk uppvärmning. Praktiskt taget omedelbar utveckling av kritiska temperaturer genom hela mikrostrukturen av alfajärn och järnkarbid är särskilt gynnsam för snabb karbidlösning och en fördelning av beståndsdelar som har som sin oundvikliga produkt en genomgående homogen austentit. Vidare kommer omvandlingen av denna struktur till martensit att producera en martensit som har liknande egenskaper och en motsvarande motståndskraft mot slitage eller penetrerande instrument. 
höghastighetsuppvärmning genom induktion