Закалка индукционными токами высокой частоты

Индукционный нагрев был впервые предложен в 1935г. В.П.Вологдиным.

Индукционный нагрев происходит вследствие теплового действия тока, индуктируемого в изделие, помещенном в переменное магнитное поле. Для нагрева изделие устанавливают в индуктор (соленоид), представляющий собой один или несколько витков пустотелой водоохлаждаемой медной трубки иди шины. Переменный ток, протекая через индуктор, создает переменное магнитное поле. В результате явления индукции в поверхностном слое возникают вихревые токи, и в слое обрабатываемого изделия происходит выделение джоулева тепла. Плотность индуктированного переменного тока по сечению проводника (нагреваемого изделия) неодинакова. Ток проходит в основном в поверхностном сдое проводника. Это явление называется поверхностным аффектом. Около 90% тепла выделяется в слое толщиной у, см, который находится в следующей зависимости от частоты тока £, Гц, магнитной проницаемости μ, Гс/э, и электросопротивления ρ, Ом см нагреваемого металла: .

Глубина проникновения тока увеличивается с повышением температуры и наиболее резко возрастает при температуре, лежащей ваше точки Кари (768°С) вследствие резкого уменьшения магнитной проницаемости при переходе стали из ферромагнитного в парамагнитное состояние. Одновременно уменьшается скорость нагрева, что нужно учитывать при установлении режима нагрева. Скорость нагрева в области температур фазовых превращений составляет 30-300°С/с.

Для закалки при поверхностном нагреве применяет сравнительно большую удельную мощность (0,1 - 2,0 кВт/см²) и поэтому время нагрева незначительно 2 – 50 с.

Существуют следующие способы закалки с индукционного нагрева:

1. Одновременный нагрев и охлаждение всей поверхности; этот метод применяют для изделий, имеющих небольшую поверхность (пальцы, валики, осевые инструменты).

2. Последовательный нагрев и охлаждение отдельных участков: используют при закалке шеек коленчатых валов (последовательный нагрев и закалка одной шейки за другой), зубчатых колее с модулем более 6 (закалка "Зуб за зубом"), кулачков распределительных валов и т.д.

3. Непрерывно последовательный нагрев и охлаждение. Метод применяют для закалки длинных валов, осей и т.д. При этом методе изделие перемещается относительно неподвижных индуктора и охлаждающего устройства или наоборот. По сравнению с первым методом не требуется большой установочной мощности генератора.

Для получения закаленного слоя равномерной толщины расстояние от индуктора до поверхности детали должно быть одинаковым, форма индуктора - симметрична нагреваемой поверхности детали. Хорошие результаты дает вращение детали в индукторе.

Таким образом, особенностями поверхностной индукционной закалки является:

глубина закалки примерно равна глубине нагрева до надкритических температур; глубинные слои изделия в процессе индукционной закалки нагреваются ниже критических температур, поэтому не упрочняются при охлаждении;

применяемая сталь прокаливается, как правило, на глубину, большую, чем необходимая глубина поверхностной закалки;

концентрация тепловой энергии в зоне нагрева относительно велика; удельная мощность обычно лежит в пределах 0,5 - 1,5 кВт/м², что определяет высокую скорость нагрева и большие мощности индукционных установок.

Широкое применение получил способ поверхностной индукционной закалки. Особенности этого способа состоят в следующем:

глубина нагрева до надкритических температур должна быть большей, чем требуемая глубина закалки; при глубинном нагреве зубья зубчатых насквозь; применяемая сталь способна прокаливаться на меньшую глубину нагрева, чем глубина нагрева, поэтому глубина закалки на мартенсит определяется не глубиной нагрева, а прокаливаемостью применяемой стали; при этом слои, лежащие ниже слоя мартенсита и нагретые до надкретических температур, при охлаждении закаливаются на структуру троостит или сорбит закалки, т.е. получают упрочение;

глубокий прогрев по сечению детали вынуждает применять относительно низкую степень концентрации тепловой энергии в зоне нагрева;

удельная мощность обычно составляет 0,05 - 0,2 кВт/см², скорость нагрева в области фазовых превращений находится в пределах 2 - 10 град/с, а время нагрева деталей от 20 до 100 с. Это определяет относительно небольшие мощности индукционных установок.

Для получения стабильных значений глубины закаленного слоя необходимо применять стали с пониженной прокаливаемостью.

Недостаток закалки твч - высокая стоимость оборудования и нерентабельность его применения в единичном производстве.

Контрольные вопросы:

1. Как осуществляется закалка при нагреве токами высокой частоты?

2. Особенности способа индукционной закалки- при глубинном нагреве.

Поиск по сайту: