กระบวนการชุบแข็งผิวเหนี่ยวนำ

การประยุกต์ใช้กระบวนการชุบแข็งผิวเหนี่ยวนำ

การชุบแข็งแบบเหนี่ยวนำคืออะไร?

การเหนี่ยวนำการชุบแข็ง เป็นรูปแบบของการบำบัดความร้อนซึ่งชิ้นส่วนโลหะที่มีปริมาณคาร์บอนเพียงพอถูกให้ความร้อนในสนามเหนี่ยวนำจากนั้นจึงเย็นลงอย่างรวดเร็ว สิ่งนี้จะเพิ่มทั้งความแข็งและความเปราะของชิ้นส่วน การให้ความร้อนด้วยการเหนี่ยวนำช่วยให้คุณปรับความร้อนได้ตามอุณหภูมิที่กำหนดไว้ล่วงหน้าและช่วยให้คุณควบคุมกระบวนการชุบแข็งได้อย่างแม่นยำ ดังนั้นจึงรับประกันความสามารถในการทำซ้ำของกระบวนการ โดยปกติการชุบแข็งแบบเหนี่ยวนำจะใช้กับชิ้นส่วนโลหะซึ่งจำเป็นต้องมีความต้านทานการสึกหรอของพื้นผิวที่ดีในขณะเดียวกันก็ยังคงคุณสมบัติเชิงกลไว้ด้วย หลังจากผ่านกระบวนการชุบแข็งแบบเหนี่ยวนำชิ้นงานโลหะจะต้องได้รับการดับในน้ำน้ำมันหรืออากาศเพื่อให้ได้คุณสมบัติเฉพาะของชั้นผิว

กระบวนการชุบแข็งแบบเหนี่ยวนำ

การเหนี่ยวนำการชุบแข็ง เป็นวิธีการในการชุบแข็งพื้นผิวของชิ้นส่วนโลหะอย่างรวดเร็วและเลือกได้ ขดลวดทองแดงที่มีกระแสสลับในระดับที่สำคัญวางอยู่ใกล้กับชิ้นส่วน (ไม่สัมผัส) ความร้อนถูกสร้างขึ้นที่และใกล้พื้นผิวโดยกระแสไหลวนและการสูญเสียฮิสเทรีซิส การดับโดยปกติจะใช้น้ำที่มีการเติมเช่นโพลีเมอร์จะถูกส่งไปที่ชิ้นส่วนหรือจมอยู่ใต้น้ำ สิ่งนี้เปลี่ยนโครงสร้างเป็นมาร์เทนไซต์ซึ่งยากกว่าโครงสร้างก่อนหน้านี้มาก

อุปกรณ์ชุบแข็งแบบเหนี่ยวนำที่เป็นที่นิยมและทันสมัยเรียกว่าสแกนเนอร์ ชิ้นส่วนถูกยึดระหว่างศูนย์กลางหมุนและส่งผ่านขดลวดโปรเกรสซีฟซึ่งให้ทั้งความร้อนและการดับ การดับจะถูกส่งไปที่ใต้ขดลวดดังนั้นพื้นที่ใด ๆ ของชิ้นส่วนจะถูกทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็วทันทีหลังจากได้รับความร้อน ระดับพลังงานเวลาที่อยู่อาศัยอัตราการสแกน (ฟีด) และตัวแปรกระบวนการอื่น ๆ ได้รับการควบคุมอย่างแม่นยำโดยคอมพิวเตอร์

กระบวนการชุบแข็งเคสใช้เพื่อเพิ่มความต้านทานการสึกหรอความแข็งของพื้นผิวและอายุการใช้งานที่ล้าผ่านการสร้างชั้นผิวที่แข็งขึ้นในขณะที่รักษาโครงสร้างจุลภาคของแกนกลางที่ไม่ได้รับผลกระทบ

การเหนี่ยวนำการชุบแข็ง ใช้เพื่อเพิ่มคุณสมบัติเชิงกลของส่วนประกอบเหล็กในพื้นที่เฉพาะ การใช้งานทั่วไป ได้แก่ ระบบส่งกำลังระบบกันสะเทือนส่วนประกอบของเครื่องยนต์และการประทับตรา การชุบแข็งด้วยการเหนี่ยวนำนั้นยอดเยี่ยมในการซ่อมแซมการอ้างสิทธิ์การรับประกัน / ความล้มเหลวของสนาม ประโยชน์หลักคือการปรับปรุงความแข็งแรงความล้าและความต้านทานการสึกหรอในพื้นที่ที่มีการแปลโดยไม่ต้องออกแบบส่วนประกอบใหม่

กระบวนการและอุตสาหกรรมที่จะได้รับประโยชน์จากการชุบแข็งแบบเหนี่ยวนำ:

  • การรักษาความร้อน

  • การชุบแข็งโซ่

  • การชุบแข็งท่อและท่อ

  • การต่อเรือ

  • การบินและอวกาศ

  • ทางรถไฟ

  • ยานยนต์

  • พลังงานทดแทน

ประโยชน์ของการเหนี่ยวนำการชุบแข็ง:

เป็นที่ชื่นชอบสำหรับส่วนประกอบที่ต้องรับภาระหนัก การเหนี่ยวนำให้ความแข็งของพื้นผิวสูงโดยตัวเคสลึกสามารถรับน้ำหนักได้สูงมาก ความแข็งแรงเมื่อยล้าจะเพิ่มขึ้นจากการพัฒนาของแกนอ่อนที่ล้อมรอบด้วยชั้นนอกที่แข็งมาก คุณสมบัติเหล่านี้เป็นที่ต้องการสำหรับชิ้นส่วนที่รับแรงบิดและพื้นผิวที่สัมผัสกับแรงกระแทก การประมวลผลการเหนี่ยวนำจะดำเนินการทีละส่วนเพื่อให้สามารถคาดเดาการเคลื่อนที่ของมิติจากส่วนหนึ่งไปยังอีกส่วนหนึ่งได้

  • ควบคุมอุณหภูมิและความลึกของการชุบแข็งได้อย่างแม่นยำ

  • ความร้อนที่ควบคุมและแปล

  • รวมเข้ากับสายการผลิตได้อย่างง่ายดาย

  • กระบวนการที่รวดเร็วและทำซ้ำได้

  • ชิ้นงานแต่ละชิ้นสามารถชุบแข็งได้ด้วยพารามิเตอร์ที่ปรับให้เหมาะสมอย่างแม่นยำ

  • กระบวนการประหยัดพลังงาน

ส่วนประกอบเหล็กและสแตนเลสที่สามารถชุบแข็งด้วยการเหนี่ยวนำ:

รัด, ครีบ, เกียร์, แบริ่ง, ท่อ, การแข่งขันภายในและภายนอก, เพลาข้อเหวี่ยง, เพลาลูกเบี้ยว, แอก, เพลาขับ, เพลาขาออก, แกนหมุน, แถบแรงบิด, แหวนแกว่ง, ลวด, วาล์ว, สว่านหิน ฯลฯ

เพิ่มความต้านทานการสึกหรอ

มีความสัมพันธ์โดยตรงระหว่างความแข็งและความต้านทานการสึกหรอ ความต้านทานการสึกหรอของชิ้นส่วนจะเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญเมื่อมีการชุบแข็งแบบเหนี่ยวนำโดยสมมติว่าสถานะเริ่มต้นของวัสดุได้รับการอบอ่อนหรือได้รับการบำบัดให้มีสภาพที่นุ่มนวลขึ้น

เพิ่มความแข็งแรงและอายุการใช้งานที่เหนื่อยล้าเนื่องจากแกนอ่อนและความเครียดที่เหลืออยู่ที่พื้นผิว

ความเค้นอัด (โดยปกติถือว่าเป็นคุณลักษณะเชิงบวก) เป็นผลมาจากโครงสร้างแข็งใกล้พื้นผิวซึ่งมีปริมาตรมากกว่าแกนกลางและโครงสร้างก่อนหน้าเล็กน้อย

ชิ้นส่วนอาจนิรภัยหลังจากนั้น การเหนี่ยวนำการแข็งตัว เพื่อปรับระดับความแข็งตามต้องการ

เช่นเดียวกับกระบวนการใด ๆ ที่สร้างโครงสร้างมาร์เทนซิติกการแบ่งเบาจะลดความแข็งลงในขณะที่ความเปราะบางลดลง

Deep Case พร้อม Tough Core

ความลึกของเคสโดยทั่วไปคือ. 030” - .120” ซึ่งโดยเฉลี่ยแล้วจะลึกกว่ากระบวนการต่างๆเช่นคาร์บูไรซิ่งคาร์บอไนไตรด์และไนไตรด์ในรูปแบบต่างๆที่ดำเนินการที่อุณหภูมิต่ำกว่าวิกฤต สำหรับบางโปรเจ็กต์เช่นแกนหรือชิ้นส่วนที่ยังคงมีประโยชน์แม้จะมีการสึกหรอไปมากแล้วความลึกของเคสอาจสูงถึง½นิ้วหรือมากกว่า

กระบวนการชุบแข็งแบบเลือกโดยไม่จำเป็นต้องมีการปิดบัง

พื้นที่ที่มีการเชื่อมหลังการเชื่อมหรือหลังการตัดเฉือนยังคงอ่อนนุ่ม - มีกระบวนการอบชุบด้วยความร้อนอื่น ๆ เพียงไม่กี่ขั้นตอนเท่านั้น

ความผิดเพี้ยนค่อนข้างน้อย

ตัวอย่าง: เพลายาว 1” Ø x 40” ซึ่งมีวารสารที่เว้นระยะเท่า ๆ กัน 2 อันแต่ละอันยาว 4” ซึ่งต้องการการรองรับน้ำหนักบรรทุกและความต้านทานการสึกหรอ การชุบแข็งแบบเหนี่ยวนำจะดำเนินการบนพื้นผิวเหล่านี้โดยมีความยาวทั้งหมด XNUMX นิ้ว ด้วยวิธีการทั่วไป (หรือถ้าเราเหนี่ยวนำให้แข็งตลอดความยาวของสสารนั้น) จะมีการบิดงอมากขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ

อนุญาตให้ใช้เหล็กต้นทุนต่ำเช่น 1045

เหล็กที่นิยมใช้มากที่สุดสำหรับชิ้นส่วนที่จะชุบแข็งด้วยการเหนี่ยวนำคือ 1045 สามารถแปรรูปได้ง่ายต้นทุนต่ำและเนื่องจากมีคาร์บอนอยู่ที่ 0.45% เล็กน้อยจึงสามารถเหนี่ยวนำให้แข็งตัวได้ถึง 58 HRC + นอกจากนี้ยังมีความเสี่ยงค่อนข้างต่ำในการแตกระหว่างการรักษา วัสดุยอดนิยมอื่น ๆ สำหรับกระบวนการนี้ ได้แก่ 1141/1144, 4140, 4340, ETD150 และเหล็กหล่อต่างๆ

ข้อ จำกัด ของการชุบแข็งด้วยการเหนี่ยวนำ

ต้องใช้ขดลวดเหนี่ยวนำและเครื่องมือที่เกี่ยวข้องกับเรขาคณิตของชิ้นส่วน

เนื่องจากระยะการมีเพศสัมพันธ์ระหว่างส่วนต่อคอยล์มีความสำคัญต่อประสิทธิภาพการทำความร้อนจึงต้องเลือกขนาดและรูปทรงของขดลวดอย่างระมัดระวัง ในขณะที่ผู้รักษาส่วนใหญ่มีคลังแสงของขดลวดพื้นฐานเพื่อให้ความร้อนเป็นรูปทรงกลมเช่นเพลาหมุดลูกกลิ้ง ฯลฯ แต่บางโครงการอาจต้องใช้ขดลวดแบบกำหนดเองบางครั้งมีราคาหลายพันดอลลาร์ สำหรับโครงการที่มีปริมาณปานกลางถึงมากประโยชน์ของต้นทุนการบำบัดที่ลดลงต่อชิ้นส่วนอาจหักล้างต้นทุนของขดลวดได้อย่างง่ายดาย ในกรณีอื่นประโยชน์ทางวิศวกรรมของกระบวนการนี้อาจมีมากกว่าข้อกังวลด้านต้นทุน มิฉะนั้นสำหรับโครงการที่มีปริมาณน้อยค่าคอยล์และเครื่องมือมักจะทำให้กระบวนการไม่สามารถทำได้หากต้องสร้างขดลวดใหม่ ส่วนนั้นจะต้องได้รับการสนับสนุนในบางลักษณะในระหว่างการรักษา การวิ่งระหว่างศูนย์เป็นวิธีที่นิยมสำหรับชิ้นส่วนประเภทเพลา แต่ในกรณีอื่น ๆ อีกมากมายต้องใช้เครื่องมือแบบกำหนดเอง

โอกาสในการแตกร้าวมากขึ้นเมื่อเทียบกับกระบวนการอบชุบส่วนใหญ่

เนื่องจากความร้อนและการดับอย่างรวดเร็วนอกจากนี้ยังมีแนวโน้มที่จะสร้างจุดร้อนที่คุณสมบัติ / ขอบเช่นรูกุญแจร่องรูไขว้เกลียว

การบิดเบือนด้วยการเหนี่ยวนำการชุบแข็ง

ระดับความผิดเพี้ยนมักจะสูงกว่ากระบวนการเช่นไอออนหรือแก๊สไนไตรด์เนื่องจากความร้อน / การดับอย่างรวดเร็วและการเปลี่ยนรูปแบบมาร์เทนซิติกที่เป็นผลลัพธ์ ดังที่กล่าวไว้การชุบแข็งแบบเหนี่ยวนำอาจทำให้เกิดความผิดเพี้ยนน้อยกว่าการอบด้วยความร้อนทั่วไปโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อใช้กับพื้นที่ที่เลือกเท่านั้น

ข้อ จำกัด ของวัสดุด้วยการเหนี่ยวนำการชุบแข็ง

ตั้งแต่ กระบวนการชุบแข็งแบบเหนี่ยวนำ โดยปกติไม่เกี่ยวข้องกับการแพร่กระจายของคาร์บอนหรือองค์ประกอบอื่น ๆ วัสดุต้องมีคาร์บอนเพียงพอพร้อมกับองค์ประกอบอื่น ๆ เพื่อให้ความสามารถในการชุบแข็งรองรับการเปลี่ยนมาร์เทนซิติกให้อยู่ในระดับความแข็งที่ต้องการ โดยทั่วไปหมายความว่าคาร์บอนอยู่ในช่วง 0.40% + โดยให้ความแข็ง 56 - 65 HRC อาจใช้วัสดุคาร์บอนต่ำเช่น 8620 โดยมีผลลดความแข็งที่ทำได้ (40-45 HRC ในกรณีนี้) โดยทั่วไปจะไม่ใช้เหล็กเช่น 1008, 1010, 12L14, 1117 เนื่องจากความแข็งเพิ่มขึ้นอย่าง จำกัด

รายละเอียดกระบวนการชุบแข็งผิวเหนี่ยวนำ

การเหนี่ยวนำการชุบแข็ง เป็นกระบวนการที่ใช้สำหรับการชุบผิวเหล็กและส่วนประกอบโลหะผสมอื่น ๆ ชิ้นส่วนที่ได้รับการบำบัดความร้อนจะถูกวางไว้ในขดลวดทองแดงจากนั้นให้ความร้อนสูงกว่าอุณหภูมิการเปลี่ยนแปลงโดยใช้กระแสสลับกับขดลวด กระแสสลับในขดลวดทำให้เกิดสนามแม่เหล็กไฟฟ้าสลับภายในชิ้นงานซึ่งทำให้พื้นผิวด้านนอกของชิ้นส่วนร้อนจนมีอุณหภูมิสูงกว่าช่วงการเปลี่ยนแปลง

ส่วนประกอบถูกให้ความร้อนด้วยสนามแม่เหล็กไฟฟ้าสลับกับอุณหภูมิภายในหรือสูงกว่าช่วงการเปลี่ยนแปลงตามด้วยการดับทันที เป็นกระบวนการแม่เหล็กไฟฟ้าโดยใช้ขดลวดตัวเหนี่ยวนำทองแดงซึ่งป้อนกระแสที่ความถี่และระดับพลังงานเฉพาะ