Знание - Sanxin

Има два вида методи за високочестотно закаляване на нагряване: Първият е едновременно нагряване и охлаждане, което включва едновременно нагряване на повърхността на детайла, който се нуждае от охлаждане, и след това бързо охлаждане; вторият е последователно непрекъснато нагряване и закаляване, при което малка част от повърхността на детайла се нагрява чрез индукционно нагряване, докато детайлът се движи надолу, което позволява последователно и непрекъснато нагряване и охлаждане на повърхността.

При производството на многообразни и малки партиди части, различните материали може да изискват различни среди за охлаждане. Следователно най-често се приема методът на охлаждане на едновременно нагряване. За части с голяма повърхност на закаляване, поради ограниченията на мощността на оборудването и други фактори, методът на непрекъснато нагряване се счита за охлаждане.

1. Високочестотно повърхностно охлаждане на вътрешния отвор на детайла от мартензитна неръждаема стомана

(1) Трудности при обработката

Трудността на обработката на високочестотното закаляване на повърхността на вътрешния отвор на детайла от мартензитна неръждаема стомана се постига чрез едновременно нагряване. Основните трудности се крият в материала от неръждаема стомана и повърхностното закаляване на вътрешния отвор.

По време на процеса на високочестотно индукционно нагряване, когато температурата надвишава точката на размагнитване на материала (точката на размагнитване на стоманените материали обикновено е около 700-800 ℃), капацитетът на електромагнитната индукция на материала намалява и скоростта на нагряване пада няколко пъти. По-нататъшното нагряване става трудно. За неръждаема стомана температурата на термична обработка е висока, обикновено над 1000 ℃, а нагряването до температурата на охлаждане на материала е още по-предизвикателно. От друга страна, поради високата си температура на термична обработка, която е близка до точката на топене на материала, въпреки че скоростта на нагряване над точката на размагнитване намалява, тя все още е по-бърза от тази на конвенционалната термична обработка и е трудно да се контролира, създавайки риск от прегряване и стопяване на повърхността на частите.

Пръстенообразният ефект е един от трите основни ефекта на индукционното нагряване и също е причината за трудността при нагряване на вътрешния отвор. Дори когато се използва индукционна намотка за нагряване на детайла, токът, преминаващ през индукционната намотка, се концентрира върху вътрешната повърхност на намотката. При нагряване на външната повърхност на детайла вътрешната повърхност на индукционната намотка съответства на външната повърхност на детайла, което е благоприятно за нагряване на детайла. Въпреки това, при нагряване на повърхността на вътрешния отвор на детайла, посоката е точно противоположна, което значително намалява електрическата ефективност на индукционната бобина и не е благоприятно за нагряване на детайла. Освен това, когато се извършва индукционно охлаждане на вътрешния отвор на детайла, нагревателната повърхност е вътре в детайла и за оператора не е лесно да наблюдава директно отвън. Това до известна степен увеличава оперативната трудност.

За сферичния лагер на определен продукт (както е показано на фигура 1) е необходимо да се извърши сферично закаляване с диаметър 28 mm. Материалът е мартензитна неръждаема стомана 20Cr13, а твърдостта на закаляване трябва да бъде в диапазона от 35 до 45 HRC. Освен гореспоменатите трудности при нагряване, този детайл има сферична нагревателна повърхност вместо прав вътрешен отвор, което неизбежно води до увеличаване на празнината между индуктора и нагревателната повърхност на детайла. Това допълнително намалява електрическата ефективност. Обикновено, за високочестотно охлаждане на вътрешна дупка, за да се преодолеят неблагоприятните ефекти от пръстеновидния ефект върху нагряването на детайла, върху индуктора се поставя магнитен проводник, за да се промени разпределението на магнитното поле и да се принуди токът да се разпредели по-близо до повърхността, където детайлът трябва да се нагрее, като по този начин се подобрява ефектът на нагряване. Вътрешният отвор на този детайл обаче е сравнително малък. Премахвайки разстоянието между индуктора и детайла, както и размера на самия индуктор, вътрешният диаметър на индуктора е по-малък от 13 мм, което прави невъзможно инсталирането на магнитен проводник. За индукционното охлаждане на този детайл единственият начин е да се оптимизират параметрите на процеса и да се подобри процесът на нагряване, за да се увеличи максимално капацитетът на оборудването.

 

(2) Схема на процеса на охлаждане

Схемата на процеса на охлаждане включва време за нагряване, температура на охлаждане и среда за охлаждане.

Много хора вярват, че високочестотното индукционно охлаждане принадлежи към моменталното нагряване и може да достигне температурата на охлаждане само за няколко секунди. Това разбиране отразява общата ситуация, но не е изчерпателно. В някои случаи скоростта на нагряване ще бъде по-бавна. При някои специални обстоятелства, чрез намаляване на изходното напрежение и други средства за забавяне на скоростта на нагряване на частите, той може да отговори на нуждите на някои специални детайли или специални технически изисквания. За този детайл, поради наличието на много неблагоприятни фактори, бързото нагряване не е възможно. Като се има предвид необходимостта от визуални температурни промени и предотвратяване на прегряване или дори повърхностно топене, за да се гарантира качеството на охлаждане, за да се гарантира качеството на охлаждане, е необходимо да се базира на по-бавна скорост на нагряване. Ако скоростта на нагряване е твърде ниска, предимството на повърхностното охлаждане ще бъде загубено и поради топлопроводимостта втвърденият слой ще бъде твърде голям. Практиката е доказала, че контролирането на времето за нагряване на този детайл в рамките на 2.5 до 3 минути е относително подходящо.

Температурата на закаляване на детайла трябва да се определи въз основа на вида на стоманата, оригиналната микроструктура и скоростта на нагряване в зоната на фазова трансформация. При определени условия, при които типът стомана и оригиналната микроструктура са фиксирани, температурата на охлаждане се определя главно от скоростта на нагряване. Колкото по-висока е скоростта на нагряване, толкова по-висока е необходимата температура на охлаждане. Скоростта на нагряване при високочестотно охлаждане е много по-висока от тази при конвенционалната термична обработка, така че температурата на охлаждане при високочестотно охлаждане обикновено е по-висока от тази при конвенционалната термична обработка. За сферичните лагери, поради различни причини, има много трудности при нагряване и температурата на охлаждане не трябва да бъде твърде висока. Колкото по-висока е температурата на охлаждане, толкова по-трудно е да се постигне. Това е и една от причините да изберете по-ниска скорост на нагряване. Въпреки че е избрана по-бавна скорост на нагряване, тя все още принадлежи към бързото нагряване. Разглеждането на по-бавна скорост на нагряване означава, че времето за аустенизация е по-дълго от това при бързо нагряване. След цялостен анализ на различни фактори, температурата на охлаждане трябва да бъде еквивалентна или малко по-висока от тази при конвенционалната термична обработка.

Мартензитната неръждаема стомана има добри свойства за закаляване. Когато размерът на детайла не е много голям, той може да бъде напълно закален само чрез въздушно охлаждане. Ефективната дебелина на сферичните лагери е по-малка от 10 mm и те са повърхностно закалени. Теоретично трябва да се избере охлаждане с въздушно охлаждане. В същото време, като се има предвид специалната ситуация на избор на по-ниска температура на охлаждане, за да се осигури ефектът на охлаждане на детайла и да се изпълнят изискванията за твърдост, охлаждането с въздушно охлаждане неизбежно има някои несигурни фактори. Изборът на по-бърза охлаждаща среда за охлаждане и компенсирането на възможния дефект на по-ниска температура на охлаждане става неизбежен избор. Скоростта на охлаждане на маслото е значително по-добра от тази на въздушното охлаждане. Сред различните охлаждащи среди, той е един от по-бавните. След като детайлът се нагрее до температурата на охлаждане и веднага се потопи в масло за охлаждане, може да се постигне ефектът на охлаждане. По-бавната скорост на охлаждане не причинява дефекти като пукнатини и може стабилно и ефективно да отговаря на техническите изисквания.

(3) Действителен ефект

След като сферичните лагери бяха закалени съгласно горната схема, твърдостта на сферичните повърхности беше над 45HRC. След закаляване и темпериране при 480 ℃, твърдостта остава над 40HRC, а разпределението на твърдостта на всеки детайл и всяка част от детайла е равномерно и стабилно, което показва, че детайлите напълно отговарят на изискванията за охлаждане. Успехът на закаляването на този детайл осигурява полезна референция за закаляването на детайли от неръждаема стомана с висока трудност при нагряване и повърхностното закаляване на вътрешни отвори.

2. Дълбоко втвърдяващ слой повърхностно закаляване на детайли с по-големи размери

(1) Трудности при обработката

Повърхностното закаляване на този детайл също приема метода на едновременно нагряване. Основните трудности при обработката се крият в ограниченията, наложени от мощността на оборудването и честотата на тока.

Високочестотното закаляване включва бързо нагряване за кратък период от време, което изисква материалът да се нагрее до много висока температура за кратко време. Като основа е необходима адекватна отоплителна мощност. Колкото по-голяма е нагрятата повърхност на детайла, толкова по-голяма е необходимата мощност. Когато нагряваната повърхност е достатъчно голяма, става трудно да се постигне гладко едновременно нагряване поради ограничението на мощността на оборудването.

Когато детайлът се подлага на индукционно нагряване, дълбочината на проникване на тока се определя от честотата на тока. Този принцип прави честотата на тока основният фактор, определящ дълбочината на втвърдения слой. Текущата честота на високочестотното охлаждащо оборудване обикновено е фиксирана. Например текущата честота на високочестотното оборудване е 200-300 kHz, което съответства на дълбочина на термично проникване от 0.9-1.1 mm. Това ограничава по-нататъшното задълбочаване на дълбочината на втвърдения слой.

Стягащият щифт на определен продукт (както е показано на фигура 2 за частта за охлаждане) е ключов компонент на продукта. Изработен е от структурна стомана от легирана 40Cr и изисква високочестотно охлаждане на външната кръгла повърхност с диаметър 89 mm. Твърдостта на закаляване трябва да бъде между 50 и 60 HRC, а дълбочината на закаления слой трябва да бъде 2.5 до 4.5 mm. Този детайл изисква по-голям размер на закаляващата повърхност. Освен необходимостта от по-голяма мощност за нагряване, по-същественият проблем, засягащ нагряването, е, че закаляващата част е вдлъбнатият жлеб на детайла. Производството на индукционната бобина също е голяма трудност. Ако индукционната намотка е направена по конвенционалния метод, т.е. вътрешният диаметър на индукционната намотка е малко по-голям от диаметъра на охлаждащата повърхност, тогава индукционната намотка трябва да се направи на място, което е много обезпокоително. Освен това детайлът може да бъде закален само след повреда на индукционната намотка и всеки детайл изисква съответна индукционна намотка за високочестотно повърхностно закаляване, което също има проблем с производствена грешка за всяка индукционна намотка. Ако вътрешният диаметър на индукционната намотка е по-голям от съседния диаметър на напречното сечение, т.е. по-голям от 111 mm, тогава разстоянието между индукционната намотка и охлаждащата част се увеличава с 11 mm и ефективността на нагряване на индукцията ще бъде значително намалена. По отношение на дълбочината на втвърдения слой, диапазонът от 2.5 до 4.5 mm е 2.5 до 4.5 пъти нормалната дълбочина на термично проникване. За да се увеличи дълбочината на втвърдения слой, обикновено може да се използва принципът на топлопроводимостта, тоест, като се възползва от характеристиката, че топлината се провежда от повърхността към центъра, дебелината на нагряващия слой може да се увеличи. Въпреки това, разчитането единствено на метода на топлопроводимост изисква голяма температурна разлика от повърхността навътре. Често, когато необходимата дълбочина на закаления слой достигне температурата на охлаждане, повърхностната температура вече е твърде висока, което води до дефекти като прегряване и прегаряне на повърхностната структура.

(2) Схема на процеса на охлаждане

За да завърши закаляването на този детайл, беше специално произведен индукционен нагревател и контролът на процеса беше подсилен чрез приемане на режим на периодично нагряване.

Като взехме предвид различните характеристики на тяговия щифт, променихме традиционния метод на производство на сензора и направихме сензора под формата на полукръг. Това преодолява гореспоменатите трудности на традиционния сензор при извършване на високочестотно охлаждане на този детайл. Може да постигне възможно най-доброто съвпадение на разстоянието между сензора и нагряващата повърхност и също така е удобно да отделите детайла от сензора за охлаждане. При прилагането на специфична операция детайлът се завърта концентрично спрямо сензора, за да се постигне моментално нагряване на полукръга и цялостно нагряване на всички повърхности за охлаждане (вижте Фигура 3).

Както беше споменато по-рано, когато стоманените материали се нагреят до определена температура, те ще загубят своя магнетизъм и скоростта на нагряване ще намалее няколко пъти. По време на действителния процес на нагряване, когато на повърхността се появи тънък слой, надвишаващ точката на размагнитване, интензитетът на вихровите токове на кръстовището, съседно на този тънък слой, внезапно ще се увеличи, превръщайки се в частта с най-бърза скорост на нагряване. Ще има феномен, при който скоростта на нагряване на високотемпературния повърхностен слой намалява, докато кръстовището се нагрява по-бързо и се движи навътре. Това явление е от полза за увеличаване на дълбочината на втвърдения слой, но скоростта на нагряване на високотемпературния повърхностен слой е много по-бърза от тази на зоната на свързване в слоя. Тенденцията към прегряване и прегаряне в повърхностния слой все още е много сериозна. По това време е необходимо да се намери оптималната конфигурация на параметри като напрежение и скорост на нагряване, да се контролира стриктно процеса на нагряване и да се опита да се увеличи дълбочината на втвърдения слой, като същевременно се гарантира качеството.

Изискването за дълбочината на втвърдения слой на теглителния щифт е доста голямо. Въпреки че параметрите сами по себе си са достатъчни, за да отговорят напълно на техническите изисквания, все още има недостатък по отношение на други техники. Приема се периодично нагряване, т.е. когато температурата не е достигнала температурата на охлаждане, нагряването временно се спира, за да се позволи на повече топлина от повърхността да се отведе навътре. След това отоплението се възобновява. Това е еквивалентно на увеличаване на времето за топлопроводимост и намаляване на температурния градиент от повърхността към вътрешността. Този процес се повтаря няколко пъти, за да се гарантира, че температурата на повърхността не се повишава твърде високо и не причинява прегряване или прегаряне. Целта е да се постигне по-равномерно постигане на температурата на охлаждане в рамките на 2.5 до 4.5 mm от повърхността навътре.

(3) Действителен ефект

След предприемане на мерки като подобряване на дизайна на сензора, оптимизиране на параметрите на процеса и периодично нагряване, повърхностната твърдост на теглителния щифт след високочестотно охлаждане може да се поддържа стабилно на около 55HRC, като дълбочината на закаления слой е повече от 3 mm. Използването на високочестотно закаляване отговаря на изискването за дълбочина на закаления слой, подходящ за средночестотно закаляване. Освен това, благодарение на подобрението на сензора, детайлът може да се охлажда непрекъснато и един по един, което ефективно подобрява ефективността на работа.

3. Въпроси, които трябва да се отбележат

За да се гарантира качеството на обработката, трябва да се вземат предвид следните точки:

(1) Поддръжката на оборудването е от изключително значение. Разстоянието между високочестотния индуктор и детайла трябва да се поддържа възможно най-малко, за да се сведе до минимум загубата на електрическа енергия и да се осигури изискването за максимална мощност за едновременно нагряване.

(2) Най-често срещаната форма на индуктора е направена чрез огъване на медни тръби в спираловидна форма. При проектирането и производството на такива индуктори трябва да се използват колкото е възможно повече медни тръби с по-голям диаметър и броят на завоите трябва да бъде намален, за да се намали индуктивното съпротивление и да се осигури ефективност на нагряване.

4. заключение

Високочестотното индукционно охлаждане е сложен процес и попада в категорията на специална топлинна обработка при термична обработка. Освен това постигането на едновременно отопление е още по-трудно. При действителната работа различни фактори като мощност на оборудването, работна честота, индуктор, параметри на топлинна обработка, трансформация на микроструктурата на материала, среда за охлаждане и метод на охлаждане трябва да бъдат взети под внимание цялостно, за да се постигне оптимална координация на тези фактори. Това ще увеличи максимално потенциала на оборудването и ще отговори на нуждите от едновременно нагряване и закаляване на множество разновидности и детайли с малки партиди, доколкото е възможно.

Ако имате някакви въпроси, моля не се колебайте да се свържете с нас на info@castings-forging.com