Индукционная закалка — это эффективный процесс термообработки в производстве, который повышает твердость и прочность заготовок. Он включает в себя нагрев заготовки внутри конструкции с катушкой. Высокочастотный переменный ток проходит через катушку и генерирует электромагнитное поле. Энергия, генерируемая полем, нагревает заготовку. Нагрев заготовки вызывает фазовое превращение, а механизм мгновенного охлаждения в закалочном станке стабилизирует фазовое превращение (мартинистика), чтобы закалить заготовку. Процесс индукционной закалки может упрочнять различные заготовки, детали и изделия из различных материалов. В этой статьеe мы подробно рассмотрим распространенные материалы, используемые в проектах индукционной закалки.
Каковы распространенные варианты материалов для индукционной закалки?
Существует несколько основных требований к материалам, которые могут быть использованы для процесса индукционной закалки. Материал должен обладать высокой тепло- и электропроводностью. Однако только некоторые материалы закаливаются с помощью индукционной закалки из-за специфической микроструктуры и металлургических требований. Материал должен иметь подходящую микроструктуру, которая позволит ему эффективно закаливаться посредством фазового превращения, что означает определенное содержание углерода. Кроме того, материал должен обладать металлургическими свойствами, позволяющими ему сохранять твердость после охлаждения. Например, аустенитные стали не подходят для индукционной закалки, поскольку они плохо поддаются закалке. Ниже перечислены наиболее распространенные материалы, используемые в проектах индукционной закалки;
- Чугун (>2% содержания углерода)
- Среднеуглеродистая сталь (содержание углерода от 0,3 до 0,6 %)
- Высокоуглеродистая сталь (содержание углерода от 0,6 до 1,4%)
- Легированные стали
- Инструментальная сталь
- Нержавеющая сталь
Алюминиевые и титановые сплавы Алюминий и титан также совместимы с индукционной закалкой, хотя эти цветные металлы встречаются реже, чем другие материалы.
Индукционная закалка стали
Легированные стали, инструментальные стали, нержавеющая сталь и другие стали (с содержанием углерода не менее 0,3%) могут быть обработаны с помощью индукционной закалки. Фактически, сталь — самый популярный материал в проектах индукционной закалки. Листовая сталь, стальные детали и изделия подвергаются индукционной закалке для улучшения желаемых свойств. Это один из самых эффективных подходов, позволяющих довести прочность и твердость стальных изделий до желаемого уровня. Большинство стальных деталей и изделий подвергаются индукционной закалке для упрочнения поверхности, например, производственные инструменты, шестерни, валы, коленчатые валы, распределительные валы, подшипники, втулки, оси, цилиндры, трубы, шатуны и многое другое. Глубину закалки можно контролировать, регулируя силу тока, время нагрева, скорость закалки и другие рабочие параметры. Глубина закалки может варьироваться от 0,5 до 10 мм в зависимости от конкретных требований и предназначения.
Посмотрите наши проекты по индукционной закалке.
Узнайте, как выполнять индукционную закалку и самозакаливание.
Распространенные марки стальных сплавов для индукционной закалки
Сталь, содержащая помимо углерода дополнительные легирующие элементы, известна как легированная сталь. Хром, никель, молибден и марганец — распространенные легирующие элементы, добавляемые в сталь для повышения ее прочности, твердости, вязкости и коррозионной стойкости. Существует несколько марок легированной стали, используемых в различных проектах индукционной закалки. Марка легированной стали относится к определенному стандарту или классификации, определяющей состав и свойства стали.
| Классы | Описание |
|---|---|
| 1045 | Это среднеуглеродистый стальной сплав с содержанием 0,43-0,50% углерода и других легирующих элементов. Сталь SAE 1045 можно закалить с помощью индукционного нагрева, чтобы повысить ее прочность и твердость. Хотя, учитывая низкую прокаливаемость, она может не подойти для специфических применений с очень высокой твердостью поверхности. |
| 1050 | Легированная сталь 1050 — это среднеуглеродистый стальной сплав, состоящий в основном из марганца, углерода и железа. Содержание углерода в ней ниже, чем в стали 1045, а значит, она мягче и хуже поддается закалке. |
| 1144 | В качестве легирующего элемента в него входят марганец и сера в дополнение к углероду. Способность снимать напряжение, не становясь хрупким, делает его уникальным. |
| 4140 | Низколегированная сталь, известная своей хорошей прочностью и вязкостью. Сталь можно подвергать индукционной закалке для достижения поверхностной твердости до 58HRC (типичное значение). Она обладает относительно низкой прокаливаемостью по сравнению с другими высоколегированными сталями (John Pearson, 2021). |
| 4340 | Это высоколегированная сталь с высокой прочностью и твердостью, подходящая для изготовления коленчатых валов, шатунов и других деталей, подвергающихся высоким нагрузкам. Кроме того, добавление никеля в сплав обеспечивает лучшую вязкость и пластичность при высоких уровнях прочности. |
| 5210 | Это высокоуглеродистая легированная сталь, и высокое содержание углерода делает ее подходящей для проектов индукционной закалки. Эта марка используется для высокопроизводительных работ после индукционной закалки, требующих высокой твердости поверхности, таких как подшипники, зубчатые колеса и режущие инструменты. |
| 8620 | 8620 — это низколегированная сталь, обычно используемая в проектах индукционной закалки. Она закаливается для достижения различных свойств, прочности, твердости и усталостной прочности. |
| 9310 | Она обладает относительно высокой прокаливаемостью по сравнению с другими легированными сталями, что делает ее отличным выбором для индукционной закалки в областях с очень высокой твердостью. |
Другие марки легированной стали, используемые для индукционной закалки, включают 4150, 4350, 5150, 8650, EN25, EN2, XK1340, K245 и многие другие.
Содержание углерода в стали и индукционная закалка
Как уже упоминалось ранее, для обработки индукционной закалкой сталь должна содержать определенный процент (0,3%) углерода. Поэтому содержание углерода в стали тесно связано с процессом индукционной закалки. Содержание углерода в первую очередь определяет твердость и глубину закаленного слоя. Стали с более высоким содержанием углерода более твердые и хрупкие и могут быть закалены на большую глубину. С другой стороны, низкоуглеродистые стали более мягкие и податливые и могут быть закалены только на небольшую глубину. Глубина закаленного слоя очень важна при индукционной закалке, поскольку она влияет на прочность и износостойкость детали. Кроме того, содержание углерода влияет на температуру превращения стали в процессе индукционной закалки. Стали с более высоким содержанием углерода имеют более высокую температуру превращения, которая должна быть достигнута для превращения аустенита в мартенсит.
Процедура выбора материала для индукционной закалки
Выбор материала, подходящего для Ваших проектов по индукционной закалке, зависит от конкретных требований и ограничений, связанных с применением, а также от имеющихся материалов и возможностей обработки. Выбор материала — важнейший аспект индукционной закалки, поскольку он напрямую влияет на характеристики изделий, прошедших индукционную закалку. Процедура выбора материала для индукционной закалки обычно включает в себя следующие шаги:
- Определите требования к приложению: Первый шаг — это определение и установление специфических требований к применению, таких как прочность, твердость, износостойкость, вязкость и пластичность.
- Перечислите варианты материалов: Основываясь на требованиях приложения, составьте список всех возможных вариантов материалов, обычно включающий ряд материалов и сплавов с различным содержанием углерода, других легирующих элементов и микроструктур.
- Изучите возможности индукционной закалки: Изучите возможности каждого из перечисленных Вами материалов, прежде чем учитывать несколько факторов, таких как температура трансформации, твердость, глубина закаленного слоя и восприимчивость к растрескиванию.
- Оцените механические свойства: Сравните механические свойства каждого варианта материала, включая прочность, твердость, вязкость и пластичность. Вы должны убедиться, что они соответствуют требованиям, предъявляемым к применению.
- Учитывайте стоимость и доступность: Сравните цену и доступность каждого варианта материала, принимая во внимание такие факторы, как стоимость сырья, затраты на производство и время выполнения заказа.
- Примите окончательное решение: Основываясь на оценке возможностей индукционной закалки, механических свойств, а также стоимости и доступности, примите окончательное решение о выборе наиболее подходящего материала для конкретного применения.
Заключение
К числу распространенных материалов, используемых для индукционной закалки, относятся чугун, средне- и высокоуглеродистые стали, легированные стали, инструментальная сталь и нержавеющая сталь. Однако сталь — наиболее часто используемый материал в проектах индукционной закалки. Выбор подходящего материала очень важен, поскольку материал напрямую влияет на качество и производительность деталей или изделий, подвергнутых индукционной закалке. Поэтому выбирайте материал для своего проекта, исходя из желаемых свойств, предполагаемого применения, способности к закалке, стоимости и усталостной прочности.
