Индукционная закалка — это метод, широко используемый на современных заводах для повышения твердости стали. Индукционный нагрев может нагревать поверхность стальной детали, изменяя ее кристаллическую структуру. Читайте ниже, чтобы узнать, как индукционная закалка повышает твердость стали.
Введение в индукционную закалку
Индукционная закалка — это один из популярных методов термообработки, который позволяет настроить необходимые физические, механические и химические свойства металла. Для нагрева детали используется электромагнитная индукция. Процесс индукционной закалки включает в себя нагрев деталей внутри спиралевидной катушки (индукционной катушки) с помощью электромагнитной индукции и немедленное охлаждение. Источник питания (переменный ток) создает вихревой ток, который генерирует тепло, необходимое для повышения температуры в процессе термообработки. Нагретый компонент быстро гасится (охлаждается) с помощью механизма распыления воды, соединенного с системой нагрева. Однако в качестве охлаждающего агента может выступать вода, воздух или масло.
Индукционная закалка стали
Закалка стали включает в себя металлургические изменения для улучшения ее механических свойств. В процессе индукционной закалки сталь нагревается при температуре от 880 до 1050 градусов Цельсия, а затем быстро охлаждается. Экстремальное повышение температуры в стали приводит к изменениям в микроструктуре, повышая твердость. Быстрая закалка стабилизирует изменения микроструктуры. Индукционный нагрев обеспечивает большую равномерность по всей детали для эффективной закалки. Точная схема нагрева помогает сформировать относительно холодную и стабильную сердцевину.
Повышение твердости стали во время индукционной закалки
Индукционная закалка стали включает в себя три различных явления: электромагнитные, теплопередачу и металлургические изменения. Когда стальную деталь помещают в индукционную катушку и подают переменный ток (AC), переменное магнитное поле, развивающееся на поверхности, создает вихревой ток. Вихревой ток отвечает за нагрев стальной детали. При достижении критической температуры (7240C) она значительно изменяет свои свойства. Давайте обсудим два важнейших превращения, которые происходят во время индукционной закалки стали:
- Аустенит
Изменение кристаллографической ориентации в пределах исходных зерен происходит в результате аустенитного превращения стали. Аустенит содержит кристаллическую структуру FCC, которая демонстрирует более плотную упаковку. Более плотная упаковка приводит к появлению открытых пространств в кристаллической структуре, позволяя междоузельному атому углерода разместиться. Более высокая растворимость углерода
- Мартенсит
Образование мартенсита связано с мгновенным охлаждением сверхгорячей стали (<10000 C )(Guterres, 2022). Атомы углерода в пространстве между атомами железа оказываются в ловушке, поскольку мгновенное охлаждение препятствует диффузии. В процессе хронологического превращения в аустенит и мартенсит сталь меняет свою кристаллическую структуру. Кроме того, она стабилизируется в плотную упаковку с большим содержанием углерода, что увеличивает исходную твердость. Достигнутое значение твердости зависит от содержания углерода.
Влияние индукционной закалки на твердость стали
Прежде чем перейти к рассмотрению того, как индукционная закалка влияет на твердость, давайте разберемся в некоторых важных терминах.
| Условия | Описание |
|---|---|
| Кристалл и зерна | Кристалл означает повторяющееся расположение атомов в периодическом узоре, а зерно — это совокупность кристаллов, разделенных соответствующими границами зерен. |
| BCC | Кристаллическая структура с телесным центром относится к расположению атомов в центре куба и по восьми углам, где каждый угол разделен с углом другого куба. |
| FCC | В FCC восемь атомов располагаются в каждом углу куба, а один остается в центре каждой грани, разделяя ее с соседней. |
Когда прикладывается сила, зерна передают энергию от одного к другому. Если сила слишком велика, границы зерен имеют тенденцию проскальзывать при прохождении силы, что вызывает деформацию. Поскольку твердость — это способность противостоять деформации, процесс закалки добавляет больше прочности, чтобы противостоять деформации. Нагрев изменяет кристаллическую структуру стали с BCC на FCC, при этом атомы железа в центре смещаются и создают межзеренное пространство между ними. Атомы углерода помещаются между частицами, что приводит к образованию более плотной и упакованной структуры. Мгновенное охлаждение индукционной закалочной машины стабилизирует изменение структуры, делая ее более способной к поглощению энергии. Кроме того, компактным зернам потребуется больше энергии для скольжения на границе раздела.
Преимущества индукционной закалки
Индукционная закалка стали улучшает ее механические свойства, делая ее пригодной для широкого спектра применений, от простых инструментов и кухонной утвари до современных автомобильных деталей.
- Превосходная износостойкость
Поскольку индукционный нагрев повышает твердость, автоматически улучшается износостойкость. Благодаря герметичности внутренней структуры твердая сталь предотвращает износ поверхности материала.
- Минимальное коробление
Предположим, Вы сравниваете индукционную закалку с другим традиционным методом закалки. Равномерный нагрев кардинально меняет сценарий деформации. Деформация будет очень низкой, а влияние на функциональность свойств будет незначительным.
- Определенный уровень твердости
С помощью индукционной закалки легко добиться определенного уровня твердости. Например, колесу требуется определенный уровень твердости, чтобы удовлетворить его функциональность. В этом случае сталь можно предварительно нагреть, чтобы получить необходимый уровень твердости.
- Сила
Поскольку закаленная часть имеет больший объем, чем сердцевина, прочность стали на сжатие значительно возрастает, а твердость также повышает усталостную долговечность стали из-за высокого прироста механической прочности. Тем не менее, увеличение твердости стали — самое значительное преимущество индукционной закалки, что делает ее превосходной для нескольких отраслей промышленности. Камнедробилки, оси, шестерни, валы, строительные балки и многие другие сферы применения требуют использования твердой стали.
Заключение
Индукционная закалка — идеальный способ повысить твердость. Она представляет собой термическую обработку с использованием индукционной катушки с последующей быстрой закалкой. Современное оборудование для индукционной закалки позволяет очень точно настраивать твердость и другие различные механические свойства стали. Также можно автоматизировать процесс, чтобы оптимизировать производительность.
Вопросы и ответы
Как индукционная закалка повышает твердость стали?
Сталь, нагреваемая индукционной катушкой, проходит два превращения — аустенит и мартенсит. Внутренние структурные изменения, вызванные этими превращениями, делают сталь более твердой.
Каковы преимущества индукционной закалки стали?
Главное преимущество — повышение твердости и механической прочности. Оно предотвращает износ и разрыв, увеличивая срок службы детали, а также имеет другие функциональные преимущества в различных областях применения.
Какие факторы влияют на результат индукционной закалки?
Существует три фактора: требуемый уровень твердости, мастерство оператора и технология индукционной закалки. Использование автоматизированного и передового оборудования для индукционной закалки даст превосходные результаты.
