Induktionshärdande ytprocess

Induktionshärdande ytbehandlingsapplikationer

Vad är induktionshärdning?

Induktionshärdning är en form av värmebehandling där en metalldel med tillräcklig kolhalt upphettas i induktionsfältet och sedan kyls snabbt. Detta ökar både hårdheten och sprödheten hos delen. Induktionsuppvärmning gör att du kan ha lokaliserad uppvärmning till en förutbestämd temperatur och gör att du kan kontrollera härdningsprocessen exakt. Processrepeterbarhet garanteras således. Vanligtvis appliceras induktionshärdning på metalldelar som behöver ha mycket ytan slitstyrka, samtidigt som de bibehåller sina mekaniska egenskaper. Efter att induktionshärdningsprocessen har uppnåtts måste metallarbetsstycket kylas i vatten, olja eller luft för att erhålla specifika egenskaper hos ytskiktet.

induktionshärdande ytprocess

Induktionshärdning är en metod för att snabbt och selektivt härda ytan på en metalldel. En kopparspiral som bär en betydande nivå av växelström placeras nära (inte vidrör) delen. Värme genereras vid och nära ytan av virvelström och hysteresförluster. Släckning, vanligtvis vattenbaserad med en tillsats såsom en polymer, riktas mot delen eller den är nedsänkt. Detta förvandlar strukturen till martensit, vilket är mycket svårare än den tidigare strukturen.

En populär, modern typ av induktionshärdningsutrustning kallas en skanner. Delen hålls mellan centra, roteras och passeras genom en progressiv spole som ger både värme och släckning. Släckningen riktas under spolen, så varje given del av delen kyls snabbt omedelbart efter upphettning. Effektnivå, uppehållstid, skanningshastighet och andra processvariabler styrs exakt av en dator.

Fallhärdningsprocess som används för att öka slitstyrka, ythårdhet och utmattningsliv genom skapande av ett härdat ytskikt med bibehållen en opåverkad kärnmikrostruktur.

Induktionshärdning används för att öka de mekaniska egenskaperna hos järnkomponenter i ett specifikt område. Typiska tillämpningar är drivlina, upphängning, motorkomponenter och stansningar. Induktionshärdning är utmärkt för att reparera garantianspråk / fel på fältet. De främsta fördelarna är förbättringar av styrka, trötthet och slitstyrka i ett lokaliserat område utan att behöva redesigna komponenten.

Processer och industrier som kan dra nytta av härdning av induktion:

  • Värmebehandling

  • Kedjehärdning

  • Rör- och rörhärdning

  • varvsindustrin

  • Aerospace

  • Järnväg

  • Bil

  • Förnybar energi

Fördelar med induktionshärdning:

Favoriterat för komponenter som utsätts för tung belastning. Induktion ger en hög ythårdhet med ett djupt fodral som klarar extremt höga belastningar. Trötthetsstyrkan ökar genom utvecklingen av en mjuk kärna omgiven av ett extremt tufft yttre skikt. Dessa egenskaper är önskvärda för delar som upplever vridbelastning och ytor som upplever slagkrafter. Induktionsbehandling utförs en del i taget som möjliggör mycket förutsägbar dimensionell rörelse från del till del.

  • Exakt kontroll över temperatur och härdningsdjup

  • Kontrollerad och lokaliserad uppvärmning

  • Enkelt integrerad i produktionslinjer

  • Snabb och repeterbar process

  • Varje arbetsstycke kan härdas med exakt optimerade parametrar

  • Energieffektiv process

Komponenter i stål och rostfritt stål som kan härdas med induktion:

Fästelement, flänsar, kugghjul, lager, rör, inre och yttre hjul, vevaxlar, kamaxlar, ok, drivaxlar, utgående axlar, spindlar, vridstänger, svängringar, tråd, ventiler, bergborrar etc.

Ökad slitstyrka

Det finns en direkt korrelation mellan hårdhet och slitstyrka. Slitstyrkan hos en del ökar avsevärt med induktionshärdning, förutsatt att materialets ursprungliga tillstånd antingen glödgades eller behandlades till ett mjukare tillstånd.

Ökad styrka och trötthetstid på grund av den mjuka kärnan och återstående kompressiv stress vid ytan

Kompressionsspänningen (brukar betraktas som ett positivt attribut) är ett resultat av att den härdade strukturen nära ytan upptar något mer volym än kärnan och tidigare struktur.

Delar kan härdas efter Induktionshärdning för att justera hårdhetsnivån efter behov

Som med alla processer som producerar en martensitisk struktur kommer härdningen att sänka hårdheten medan den minskar sprödheten.

Djupt fodral med tuff kärna

Typiskt falldjup är .030 ”- .120” vilket är djupare i genomsnitt än processer som karburer, karbonitrering och olika former av nitrering utförda vid subkritiska temperaturer. För vissa projekt som axlar eller delar som fortfarande är användbara även efter att mycket material har slitit bort kan foderdjupet vara upp till ½ tum eller större.

Selektiv härdningsprocess utan maskering krävs

Områden med eftersvetsning eller efterbearbetning förblir mjuka - väldigt få andra värmebehandlingsprocesser kan uppnå detta.

Relativt minimal distorsion

Exempel: en axel 1 ”Ø x 40” lång, som har två jämnt fördelade journaler, var och en 2 ”långa som kräver stöd för last- och slitstyrka. Induktionshärdning utförs på just dessa ytor, totalt 4 ”längd. Med en konventionell metod (eller om vi härdade hela längden för den delen), skulle det finnas betydligt mer warpage.

Tillåter användning av lågkostnadsstål som 1045

Det mest populära stålet som används för induktionshärdade delar är 1045. Det är lätt att bearbeta, till låg kostnad och på grund av en kolhalt på 0.45% nominellt kan det härdas till 58 HRC +. Det har också en relativt låg risk för sprickbildning under behandlingen. Andra populära material för denna process är 1141/1144, 4140, 4340, ETD150 och olika gjutjärn.

Begränsningar av induktionshärdning

Kräver en induktionsspole och verktyg som avser delens geometri

Eftersom kopplingsavståndet mellan del och spole är avgörande för värmeeffektiviteten måste spolens storlek och kontur väljas noggrant. Medan de flesta behandlare har en arsenal av grundläggande spolar för att värma runda former som axlar, stift, rullar etc., kan vissa projekt kräva en anpassad spole, som ibland kostar tusentals dollar. På medelstora till stora volymprojekt kan fördelen med minskad behandlingskostnad per del lätt kompensera spolkostnaden. I andra fall kan de tekniska fördelarna med processen uppväga kostnadsproblemen. Annars, för projekt med låg volym gör spolen och verktygskostnaden vanligtvis processen opraktisk om en ny spole måste byggas. Delen måste också stödjas på något sätt under behandlingen. Att springa mellan centrum är en populär metod för delar av axeltyp, men i många andra fall måste anpassad verktyg användas.

Större sannolikhet för sprickor jämfört med de flesta värmebehandlingsprocesser

Detta beror på den snabba uppvärmningen och släckningen, också tendensen att skapa hotspots vid funktioner / kanter som: kilspår, spår, tvärhål, trådar.

Förvrängning med induktionshärdning

Distorsionsnivåer tenderar att vara högre än processer såsom nitrering av jon eller gas, på grund av den snabba värmen / släckningen och den resulterande martensitiska transformationen. Med detta sagt kan induktionshärdning producera mindre förvrängning än konventionell värmebehandling, särskilt när den endast appliceras på ett valt område.

Materialbegränsningar med induktionshärdning

Eftersom den process för härdning av induktion inte normalt involverar diffusion av kol eller andra element, måste materialet innehålla tillräckligt med kol tillsammans med andra element för att ge härdbarhet som stödjer martensitisk transformation till den önskade hårdhetsnivån. Detta betyder vanligtvis att kol ligger i området 0.40% +, vilket ger en hårdhet på 56 - 65 HRC. Material med lägre kol, såsom 8620, kan användas med en resulterande minskning av uppnåelig hårdhet (40-45 HRC i detta fall). Stål som 1008, 1010, 12L14, 1117 används vanligtvis inte på grund av den begränsade ökningen av hårdheten som kan uppnås.

Induktionshärdande ytprocessdetaljer

Induktionshärdning är en process som används för ythärdning av stål och andra legeringskomponenter. Delarna som ska värmebehandlas placeras inuti en kopparspiral och värms sedan upp över deras transformationstemperatur genom att applicera en växelström på spolen. Växelströmmen i spolen inducerar ett alternerande magnetfält i arbetsstycket som får den yttre ytan av delen att värmas till en temperatur över transformationsområdet.

Komponenterna värms upp med hjälp av ett alternerande magnetfält till en temperatur inom eller över transformationsområdet följt av omedelbar kylning. Det är en elektromagnetisk process som använder en kopparspole, som matas en ström vid en specifik frekvens och effektnivå.