Visokohitrostno ogrevanje z indukcijskim ogrevalnim sistemom

Eden nedavnih izjemnih dosežkov na področju toplotne obdelave je bila uporaba indukcijsko segrevanje za lokalizirano površinsko utrjevanje. Napredek, ki je bil povezan z uporabo visokofrekvenčnega toka, ni bil nič manj kot fenomenalen. Pred razmeroma kratkim časom se je začela kot dolgo iskana metoda utrjevanja ležajnih površin na ročičnih gredi (več milijonov jih je v uporabi in postavlja rekorde vseh časovnih servisov), danes ugotavlja, da ta zelo selektivna metoda površinskega utrjevanja ustvarja utrjene površine na množici deli. Indukcijsko utrjevanje je kljub svoji današnji širini uporabe še vedno v začetni fazi. Njegova verjetna uporaba za toplotno obdelavo in utrjevanje kovin, segrevanje za kovanje ali spajkanje ali spajkanje podobnih in različnih kovin je nepredvidljiva.

Indukcijsko utrjevanje ima za posledico proizvodnjo lokalno kaljenih jeklenih predmetov z želeno stopnjo globine in trdote, bistveno metalurško strukturo jedra, razmejitvene cone in kaljenega ohišja, s praktičnim pomanjkanjem popačenja in brez tvorjenja lusk. Omogoča načrtovanje opreme, ki zagotavlja mehanizacijo celotne operacije za izpolnjevanje zahtev proizvodne linije. Časovni cikli le nekaj sekund se vzdržujejo z avtomatsko regulacijo moči in intervali segrevanja in gašenja delčkov sekunde, ki so nepogrešljivi za ustvarjanje faksimilnih rezultatov zahtevnih posebnih fiksov. Oprema za indukcijsko kaljenje omogoča uporabniku, da površinsko utrdi le zahtevani del večine vseh jeklenih predmetov in tako ohrani prvotno duktilnost in trdnost; za utrjevanje izdelkov zapletenega dizajna, ki jih ni mogoče obdelati na noben drug način; odpraviti običajno drago predobdelavo, kot sta bakreno prevleko in naogljičenje, ter drage poznejše ravnanje in čiščenje; zmanjšati stroške materiala s širokim izborom jekel, med katerimi lahko izbirate; in za utrjevanje popolnoma obdelanega predmeta brez potrebe po kakršnih koli zaključnih postopkih.

Naključnemu opazovalcu se zdi, da je indukcijsko utrjevanje možno kot posledica neke energetske transformacije, ki se zgodi v induktivnem območju bakra. Baker prenaša električni tok visoke frekvence in v intervalu nekaj sekund se površina kosa jekla, nameščenega v to energijsko območje, segreje do svojega kritičnega območja in pogasi do optimalne trdote. Za proizvajalca opreme za ta način utrjevanja pomeni uporabo pojavov histereze, vrtinčnih tokov in skin efekta za učinkovito proizvodnjo lokaliziranega površinskega utrjevanja.

Ogrevanje se izvaja z uporabo visokofrekvenčnih tokov. Trenutno se v veliki meri uporabljajo posebej izbrane frekvence od 2,000 do 10,000 ciklov in več kot 100 ciklov. Tok te narave, ki teče skozi induktor, ustvari visokofrekvenčno magnetno polje v območju induktorja. Ko se magnetni material, kot je jeklo, postavi v to polje, pride do razpršitve energije v jeklu, ki proizvaja toploto. Molekule v jeklu se poskušajo uskladiti s polarnostjo tega polja in s tem, ko se to spreminja tisočkrat na sekundo, se razvije ogromna količina notranjega molekularnega trenja kot posledica naravne težnje jekla, da se upira spremembam. Na ta način se električna energija s pomočjo trenja pretvori v toploto.

Ker pa je še ena značilnost visokofrekvenčnega toka, da se koncentrira na površino njegovega prevodnika, se segrejejo samo površinske plasti. Ta težnja, imenovana "učinek kože", je funkcija frekvence in, če so druge stvari enake, so višje frekvence učinkovite na manjših globinah. Trenje, ki proizvaja toploto, se imenuje histereza in je očitno odvisno od magnetnih lastnosti jekla. Tako, ko temperatura preseže kritično točko, pri kateri jeklo postane nemagnetno, se vse histeretično segrevanje ustavi.

Dodaten vir toplote je zaradi vrtinčnih tokov, ki tečejo v jeklo kot posledica hitro spreminjajočega se toka v polju. Ko odpornost jekla narašča s temperaturo, se intenzivnost tega delovanja zmanjša, ko se jeklo segreje, in je le delček njegove "hladne" prvotne vrednosti, ko je dosežena ustrezna temperatura kaljenja.

Ko temperatura induktivno segrete jeklene palice doseže kritično točko, se ogrevanje zaradi vrtinčnih tokov nadaljuje z močno zmanjšano hitrostjo. Ker celotno delovanje poteka v površinskih plasteh, je prizadet le ta del. Ohranijo se prvotne lastnosti jedra, površinsko utrjevanje se doseže z gašenjem, ko je na površinah dosežena popolna raztopina karbida. Nenehna uporaba moči povzroči povečanje globine trdote, saj ko se vsaka plast jekla segreje, se gostota toka premakne na plast pod, ki ponuja nižjo odpornost. Očitno je, da bo izbira ustrezne frekvence ter nadzor moči in časa ogrevanja omogočila izpolnjevanje vseh želenih specifikacij površinskega utrjevanja.

Metalurgija oz Indukcijsko ogrevanje

Nenavadno obnašanje jekla pri induktivnem segrevanju in dobljeni rezultati zaslužijo razpravo o vpleteni metalurgiji. Upoštevati je treba hitrost raztopine karbida, manjšo od sekunde, večjo trdoto kot pri obdelavi v peči in nodularni tip martenzita
ki razvrščajo metalurgijo indukcijskega kaljenja kot "drugačno". Poleg tega zaradi kratkega cikla segrevanja ne pride do razogljičenja površine in rasti zrn.

Indukcijsko ogrevanje proizvaja trdoto, ki se ohranja do 80 odstotkov njegove globine, in od tam naprej postopno zmanjševanje skozi prehodno cono do prvotne trdote jekla, kot jo najdemo v jedru, ki ni bil prizadet. Vez je tako idealen, saj odpravlja kakršno koli možnost lomljenja ali preverjanja.

Popolno raztopino karbida in homogenost, kar dokazuje največja trdota, je mogoče doseči s skupnim časom segrevanja 0.6 sekunde. Od tega časa je le 0.2 do 0.3 sekunde dejansko nad spodnjo kritično vrednostjo. Zanimivo je, da je oprema za indukcijsko kaljenje v vsakodnevnem obratovanju na proizvodni osnovi s popolno raztopino karbida, ki je posledica cikla ogrevanja in gašenja, katerega skupni čas je krajši od 0.2 sekunde.

Drobni nodularni in bolj homogen martenzit, ki je posledica indukcijskega kaljenja, je zaradi nodularnega videza večine legiranega martenzita bolj očiten pri ogljikovih jeklih kot pri legiranih jeklih. Ta fina struktura mora imeti za svoj izvor avstenit, ki je rezultat temeljitejše difuzije karbida, kot jo dobimo s toplotnim segrevanjem. Praktično takojšen razvoj kritičnih temperatur po celotni mikrostrukturi alfa železa in železovega karbida je še posebej ugoden za hitro raztopino karbida in porazdelitev sestavin, ki ima kot neizogiben produkt popolnoma homogen avstenit. Nadalje bo pretvorba te strukture v martenzit povzročila martenzit, ki ima podobne lastnosti in ustrezno odpornost proti obrabi ali prodiranju instrumentov.

visokohitrostno ogrevanje z indukcijo

 

=