Làm cứng cảm ứng là phương pháp thường được sử dụng trong các nhà máy hiện đại để tăng độ cứng của thép. Gia nhiệt cảm ứng có thể làm nóng bề mặt của một bộ phận thép, thay đổi cấu trúc tinh thể của nó. Đọc bên dưới để tìm hiểu cách làm cứng cảm ứng làm tăng độ cứng của thép.
Giới thiệu về tôi cảm ứng
Làm cứng cảm ứng là một trong những phương pháp xử lý nhiệt phổ biến, tùy chỉnh các tính chất vật lý, cơ học và hóa học cần thiết của kim loại. Nó sử dụng cảm ứng điện từ để làm nóng bộ phận. Quá trình làm cứng cảm ứng bao gồm việc làm nóng các bộ phận làm việc bên trong cuộn dây hình xoắn ốc (cuộn dây cảm ứng) bằng cách sử dụng cảm ứng điện từ và làm mát ngay lập tức. Nguồn điện (AC) tạo ra dòng điện xoáy, tạo ra nhiệt cần thiết để tăng nhiệt độ cho quá trình xử lý nhiệt. Linh kiện được làm nóng được làm nguội nhanh chóng (làm mát) bằng cơ chế phun nước kết hợp với hệ thống gia nhiệt. Tuy nhiên, tác nhân làm mát có thể là nước, không khí hoặc dầu.
Làm cứng cảm ứng thép
Làm cứng thép liên quan đến những thay đổi về luyện kim để cải thiện các tính chất cơ học của nó. Quá trình làm cứng cảm ứng làm nóng thép ở nhiệt độ từ 880 đến 1050 độ C, sau đó là quá trình làm nguội nhanh. Nhiệt độ cực cao trong thép dẫn đến những thay đổi về cấu trúc vi mô, làm tăng độ cứng. Quá trình làm nguội nhanh ổn định những thay đổi về cấu trúc vi mô. Gia nhiệt cảm ứng mang lại sự đồng đều hơn trên toàn bộ chi tiết để làm cứng hiệu quả. Mẫu gia nhiệt chính xác giúp hình thành lõi tương đối lạnh và ổn định.
Tăng độ cứng của thép trong quá trình tôi cảm ứng
Quá trình tôi thép bằng cảm ứng liên quan đến ba hiện tượng riêng biệt: điện từ, truyền nhiệt và thay đổi về mặt luyện kim. Trong khi phần thép được đặt vào cuộn dây cảm ứng và cung cấp dòng điện xoay chiều (AC), từ trường xoay chiều phát triển trên bề mặt tạo ra dòng điện xoáy. Dòng điện xoáy chịu trách nhiệm làm nóng phần thép. Nó thay đổi đáng kể các tính chất của nó khi đạt đến nhiệt độ tới hạn (724 0 C ). Chúng ta hãy thảo luận về hai chuyển đổi quan trọng xảy ra trong quá trình tôi thép bằng cảm ứng:
- Austenit
Sự thay đổi định hướng tinh thể trong giới hạn của các hạt ban đầu là kết quả của quá trình biến đổi austenit của thép. Austenit chứa cấu trúc tinh thể FCC, thể hiện kiểu đóng gói dày đặc hơn. Kiểu đóng gói dày đặc hơn dẫn đến các khoảng trống mở trong cấu trúc tinh thể, cho phép nguyên tử cacbon xen kẽ vừa khít. Độ hòa tan cao hơn của cacbon
- Martensit
Sự hình thành martensitic liên quan đến việc làm nguội ngay lập tức thép siêu nóng (< 1000 0 C) ( Guterres, 2022 ). Các nguyên tử cacbon trong không gian giữa các nguyên tử sắt bị mắc kẹt vì làm mát tức thời ngăn cản sự khuếch tán. Thông qua quá trình biến đổi theo thời gian thành austenit và martensite, thép thay đổi cấu trúc tinh thể của nó. Ngoài ra, nó ổn định thành một mô hình đóng gói dày đặc với hàm lượng cacbon cao hơn, làm tăng độ cứng ban đầu. Giá trị độ cứng đạt được phụ thuộc vào hàm lượng cacbon.
Hiệu ứng tôi cảm ứng trong độ cứng của thép
Chúng ta hãy cùng tìm hiểu một số thuật ngữ quan trọng trước khi tìm hiểu cách độ cứng bị ảnh hưởng bởi quá trình tôi cảm ứng.
| Điều khoản | Sự miêu tả |
|---|---|
| Tinh thể và hạt | Tinh thể là sự sắp xếp lặp đi lặp lại của các nguyên tử theo một mô hình tuần hoàn, trong đó các hạt là tập hợp các tinh thể được ngăn cách bởi các ranh giới hạt tương ứng. |
| BCC | Cấu trúc tinh thể trung tâm khối là sự sắp xếp các nguyên tử ở tâm khối lập phương và ở tám góc, trong đó mỗi góc tiếp giáp với một góc của khối lập phương khác. |
| FCC | Trong FCC, tám nguyên tử được sắp xếp ở mỗi góc của khối lập phương và một nguyên tử nằm ở tâm mỗi mặt, chung với mặt liền kề. |
Khi có lực tác dụng, các hạt sẽ truyền năng lượng từ hạt này sang hạt khác. Nếu lực quá lớn, ranh giới hạt có xu hướng trượt khi truyền lực, gây ra biến dạng. Vì độ cứng là khả năng chống lại biến dạng nên quá trình tôi luyện sẽ tăng thêm độ bền để chống lại biến dạng. Quá trình gia nhiệt làm thay đổi cấu trúc tinh thể của thép từ BCC sang FCC, trong đó các nguyên tử sắt ở tâm di chuyển ra ngoài và tạo ra khoảng không gian xen kẽ giữa chúng. Các nguyên tử cacbon nằm giữa các hạt, tạo ra hoa văn dày đặc và được đóng gói chặt chẽ hơn. Quá trình làm mát tức thời của máy tôi luyện cảm ứng sẽ ổn định sự thay đổi cấu trúc, giúp máy có khả năng hấp thụ năng lượng tốt hơn nhiều. Ngoài ra, các hạt nhỏ gọn sẽ cần nhiều năng lượng hơn để trượt ở vị trí ranh giới.
Lợi ích của việc tôi luyện cảm ứng
Quá trình tôi thép bằng phương pháp cảm ứng giúp cải thiện các tính chất cơ học của thép, phù hợp với nhiều ứng dụng khác nhau, từ các công cụ và đồ dùng nhà bếp đơn giản đến các bộ phận ô tô tiên tiến.
- Khả năng chống mài mòn tuyệt vời
Khi gia nhiệt cảm ứng làm tăng độ cứng, khả năng chống mài mòn của nó tự động được cải thiện. Do cấu trúc bên trong chặt chẽ, thép cứng ngăn ngừa sự mài mòn từ bề mặt vật liệu.
- Độ cong vênh tối thiểu
Giả sử bạn so sánh quá trình tôi luyện cảm ứng với một phương pháp tôi luyện thông thường khác. Quá trình gia nhiệt đồng đều làm thay đổi đáng kể tình huống cong vênh. Sẽ có độ cong vênh rất thấp và tác động đến chức năng của các đặc tính sẽ không đáng kể.
- Mức độ cứng cụ thể
Có thể dễ dàng đạt được một mức độ cứng cụ thể bằng cách tôi cảm ứng. Ví dụ, một bánh xe cần một mức độ cứng cụ thể để đáp ứng chức năng của nó. Trong trường hợp này, thép có thể được nung nóng trước để đạt được mức độ cứng cần thiết.
- Sức mạnh
Vì phần được tôi cứng đóng góp nhiều thể tích hơn lõi, nên cường độ nén của thép tăng đáng kể và độ cứng cũng cải thiện tuổi thọ mỏi của thép do độ bền cơ học tăng cao. Tuy nhiên, tăng độ cứng của thép là lợi ích quan trọng nhất của quá trình tôi cảm ứng , khiến nó trở nên vượt trội đối với một số ngành công nghiệp. Máy nghiền đá, trục, bánh răng, trục, dầm xây dựng và nhiều ứng dụng khác yêu cầu thép cứng.
Phần kết luận
Làm cứng cảm ứng là một cách lý tưởng để tăng độ cứng . Nó đề cập đến xử lý nhiệt bằng cuộn cảm ứng, sau đó là quá trình làm nguội nhanh. Thiết bị làm cứng cảm ứng tiên tiến cho phép tùy chỉnh độ cứng và các đặc tính cơ học khác nhau của thép rất chính xác. Cũng có thể tự động hóa quy trình để tối ưu hóa năng suất.
Câu hỏi thường gặp
Quá trình tôi cảm ứng cải thiện độ cứng của thép như thế nào?
Việc nung thép bằng cuộn cảm ứng trải qua hai quá trình biến đổi, austenit và martensite. Những thay đổi về cấu trúc bên trong do các quá trình biến đổi này gây ra làm cho thép cứng hơn.
Ưu điểm của phương pháp tôi thép bằng cảm ứng là gì?
Ưu điểm chính là tăng độ cứng và độ bền cơ học. Nó ngăn ngừa hao mòn và rách, giúp tăng tuổi thọ của bộ phận, cùng với các lợi ích chức năng khác trong nhiều ứng dụng khác nhau.
Những yếu tố nào ảnh hưởng đến kết quả của quá trình tôi cứng cảm ứng?
Có ba yếu tố: mức độ cứng cần thiết, kỹ năng của người vận hành và công nghệ tôi cảm ứng. Sử dụng thiết bị tôi cảm ứng tự động và tiên tiến sẽ mang lại kết quả tuyệt vời.
