Znanje - Sanxin

Postoje dvije vrste metoda visokofrekventnog kaljenja: Prvi je istovremeno zagrijavanje i kaljenje, što uključuje istovremeno zagrijavanje površine obratka koji treba kaljenje, a zatim ga brzo hlađenje; drugi je sekvencijalno kontinuirano zagrijavanje i kaljenje, gdje se mali dio površine obratka zagrijava indukcijskim zagrijavanjem, dok se radni predmet pomiče naniže, omogućavajući uzastopno i kontinuirano zagrijavanje i hlađenje površine.

Prilikom proizvodnje višestrukih i malih serija dijelova, različiti materijali mogu zahtijevati različite medije za gašenje. Stoga se uglavnom primjenjuje metoda gašenja istovremenog zagrijavanja. Za dijelove s velikom površinom gašenja, zbog ograničenja snage opreme i drugih faktora, za kaljenje se razmatra metoda kontinuiranog zagrijavanja.

1. Visokofrekventno površinsko kaljenje unutrašnje rupe martenzitnog nehrđajućeg čelika radnog komada

(1) Poteškoće u obrađivanju

Poteškoća obrade visokofrekventnog površinskog gašenja unutrašnje rupe martenzitnog nehrđajućeg čelika obradaka postiže se istovremenim zagrijavanjem. Glavne poteškoće leže u materijalu od nehrđajućeg čelika i površinskom gašenju unutrašnje rupe.

Tokom procesa visokofrekventnog indukcijskog grijanja, kada temperatura premašuje tačku demagnetizacije materijala (tačka demagnetizacije čeličnih materijala je općenito oko 700-800 ℃), kapacitet elektromagnetne indukcije materijala opada, a brzina zagrijavanja opada za nekoliko puta. Dalje grijanje postaje otežano. Za nehrđajući čelik, temperatura toplinske obrade je visoka, općenito iznad 1000℃, a zagrijavanje do temperature gašenja materijala je još izazovnije. S druge strane, zbog visoke temperature termičke obrade, koja je blizu tačke topljenja materijala, iako se brzina zagrijavanja iznad točke demagnetizacije smanjuje, ona je i dalje brža od one kod konvencionalne toplinske obrade, te ju je teško kontrolisati, što predstavlja opasnost od pregrijavanja i topljenja površine dijelova.

Prstenasti efekat je jedan od tri glavna efekta indukcijskog grijanja i također je razlog za poteškoće u zagrijavanju unutrašnje rupe. Čak i kada se koristi indukcijski svitak za zagrijavanje radnog predmeta, struja koja prolazi kroz indukcijsku zavojnicu koncentrira se na unutrašnju površinu zavojnice. Prilikom zagrijavanja vanjske površine obratka, unutarnja površina indukcijskog svitka odgovara vanjskoj površini obratka, što pogoduje zagrijavanju obratka. Međutim, pri zagrijavanju unutrašnje površine otvora obratka smjer je upravo suprotan, što značajno smanjuje električnu efikasnost indukcijske zavojnice i ne pogoduje zagrijavanju obratka. Štaviše, kada se vrši indukcijsko kaljenje na unutrašnjoj rupi obratka, grijaća površina je unutar radnog komada i operateru nije lako direktno promatrati izvana. Ovo povećava operativnu poteškoću u određenoj mjeri.

Za sferno ležište određenog proizvoda (kao što je prikazano na slici 1) potrebno je izvršiti sferno kaljenje prečnika 28 mm. Materijal je martenzitni nerđajući čelik 20Cr13, a tvrdoća kaljenja treba da bude u rasponu od 35 do 45 HRC. Osim gore navedenih poteškoća u grijanju, ovaj radni komad ima sfernu grijaću površinu umjesto ravne unutrašnje rupe, što neminovno dovodi do povećanja zazora između induktora i grijaće površine obratka. Ovo dodatno smanjuje električnu efikasnost. Obično, za visokofrekventno kaljenje unutrašnjih rupa, kako bi se prevladali štetni efekti prstenastog efekta na zagrijavanje obratka, na induktor se postavlja magnetni provodnik kako bi se promijenila raspodjela magnetskog polja i prisilila da se struja rasporedi bliže površini na kojoj se radni komad treba zagrijati, čime se poboljšava učinak grijanja. Međutim, unutrašnja rupa ovog radnog komada je relativno mala. Uklanjanjem razmaka između induktora i radnog komada kao i veličine samog induktora, unutrašnji prečnik induktora je manji od 13 mm, što onemogućava ugradnju magnetnog provodnika. Za indukcijsko gašenje ovog radnog komada, jedini način je optimizacija parametara procesa i poboljšanje procesa grijanja kako bi se maksimizirao kapacitet opreme.

 

(2) Šema procesa gašenja

Šema procesa gašenja uključuje vrijeme zagrijavanja, temperaturu gašenja i medij za gašenje.

Mnogi ljudi vjeruju da visokofrekventno indukcijsko gašenje spada u trenutno zagrijavanje i može postići temperaturu gašenja za samo nekoliko sekundi. Ovo shvatanje odražava opštu situaciju, ali nije sveobuhvatno. U nekim slučajevima, brzina grijanja će biti sporija. U nekim posebnim okolnostima, smanjenjem izlaznog napona i drugim sredstvima za usporavanje brzine zagrijavanja dijelova, može zadovoljiti potrebe nekih posebnih obradaka ili posebnih tehničkih zahtjeva. Za ovaj radni predmet, zbog postojanja mnogih nepovoljnih faktora, brzo zagrijavanje nije izvodljivo. S obzirom na potrebu za vizualnim promjenama temperature i sprječavanjem pojave pregrijavanja ili čak površinskog topljenja kako bi se osigurao kvalitet gašenja, kako bi se garantirao kvalitet gašenja, potrebno je bazirati se na manjoj brzini zagrijavanja. Ako je brzina zagrijavanja preslaba, prednost površinskog gašenja će se izgubiti, a zbog vođenja topline očvrsli sloj će biti prevelik. Praksa je pokazala da je kontrolisanje vremena zagrevanja ovog radnog komada u roku od 2.5 do 3 minuta relativno prikladno.

Temperaturu kaljenja obratka treba odrediti na osnovu vrste čelika, izvorne mikrostrukture i brzine zagrijavanja u zoni fazne transformacije. Pod određenim uvjetima gdje su tip čelika i originalna mikrostruktura fiksirani, temperatura gašenja je uglavnom određena brzinom zagrijavanja. Što je brža brzina zagrijavanja, to je viša potrebna temperatura gašenja. Brzina zagrijavanja za visokofrekventno gašenje je mnogo veća od one za konvencionalnu toplinsku obradu, tako da je temperatura gašenja za visokofrekventno gašenje općenito viša od one za konvencionalnu toplinsku obradu. Za sferne ležajeve, zbog različitih razloga, postoje brojne poteškoće u zagrijavanju, a temperatura gašenja ne bi trebala biti previsoka. Što je temperatura gašenja viša, to je veća poteškoća u njenom postizanju. Ovo je također jedan od razloga za odabir sporijeg stepena grijanja. Iako je odabrana sporija brzina zagrijavanja, ona ipak spada u brzo zagrijavanje. Uzimanje u obzir sporije brzine zagrijavanja znači da je vrijeme austenitizacije duže od vremena brzog zagrijavanja. Nakon sveobuhvatne analize različitih faktora, temperatura gašenja bi trebala biti jednaka ili malo viša od one kod konvencionalne toplinske obrade.

Martenzitni nerđajući čelik ima dobra svojstva gašenja. Kada veličina radnog komada nije velika, može se u potpunosti ugasiti samo hlađenjem zrakom. Efektivna debljina sfernih ležajeva je manja od 10 mm i površinski su kaljeni. Teoretski, treba odabrati gašenje hlađenjem zrakom. Istovremeno, s obzirom na posebnu situaciju izbora niže temperature kaljenja, kako bi se osigurao efekat kaljenja obratka i ispunili zahtjevi za tvrdoćom, kaljenje hlađenjem zrakom neminovno ima određene neizvjesne faktore. Odabir bržeg rashladnog medija za gašenje i kompenzacija mogućeg nedostatka niže temperature gašenja postaje neizbježan izbor. Brzina hlađenja ulja je znatno bolja od brzine hlađenja zraka. Među raznim medijima za gašenje, jedan je od sporijih. Nakon što se radni komad zagrije na temperaturu kaljenja i odmah uroni u ulje za kaljenje, može se postići efekat kaljenja. Niža brzina hlađenja ne uzrokuje defekte kao što su pukotine, a može stabilno i efikasno zadovoljiti tehničke zahtjeve.

(3) Stvarni efekat

Nakon što su sferni ležajevi kaljeni prema gornjoj shemi, tvrdoća sfernih površina je bila iznad 45HRC. Nakon kaljenja i temperiranja na 480℃, tvrdoća je ostala iznad 40HRC, a distribucija tvrdoće svakog radnog komada i svakog dijela obratka bila je ujednačena i stabilna, što ukazuje da obradak u potpunosti ispunjava zahtjeve za kaljenje. Uspjeh gašenja ovog obratka predstavlja korisnu referencu za kaljenje izradaka od nehrđajućeg čelika s velikom teškoćom grijanja i površinsko gašenje unutrašnjih rupa.

2. Duboki sloj stvrdnjavanja površinsko kaljenje dijelova većih dimenzija

(1) Poteškoće u obrađivanju

Površinsko kaljenje ovog radnog komada takođe usvaja metodu istovremenog grejanja. Glavne poteškoće u procesu obrade leže u ograničenjima koja nameću snaga opreme i frekvencija struje.

Visokofrekventno gašenje uključuje brzo zagrijavanje u kratkom vremenskom periodu, što zahtijeva da se materijal zagrije na vrlo visoku temperaturu u kratkom vremenu. Potrebna je odgovarajuća snaga grijanja kao temelj. Što je veća zagrijana površina obratka, veća je potrebna snaga. Kada je zagrijana površina dovoljno velika, postaje teško postići neometano istovremeno grijanje zbog ograničenja snage opreme.

Kada se radni komad podvrgne indukcijskom zagrijavanju, dubina prodiranja struje određena je frekvencijom struje. Ovaj princip čini frekvenciju struje glavnim faktorom koji određuje dubinu očvrslog sloja. Trenutna frekvencija visokofrekventne opreme za gašenje je općenito fiksna. Na primjer, trenutna frekvencija visokofrekventne opreme je 200-300 kHz, što odgovara dubini prodiranja topline od 0.9-1.1 mm. Ovo ograničava dalje produbljivanje dubine očvrslog sloja.

Vučni klin određenog proizvoda (kao što je prikazano na slici 2 za dio za gašenje) je ključna komponenta proizvoda. Izrađen je od 40Cr legiranog konstrukcijskog čelika i zahtijeva visokofrekventno gašenje na vanjskoj okrugloj površini promjera 89 mm. Tvrdoća kaljenja treba da bude između 50 i 60 HRC, a dubina očvrslog sloja treba da bude 2.5 do 4.5 mm. Ovaj radni komad zahtijeva veću veličinu površine za kaljenje. Osim potrebe za većom snagom za zagrijavanje, značajniji problem koji utječe na zagrijavanje je što je dio za kaljenje konkavni žljeb radnog komada. Proizvodnja indukcijske zavojnice također predstavlja veliku poteškoću. Ako se indukcijski svitak izrađuje konvencionalnom metodom, odnosno unutrašnji promjer indukcijske zavojnice je nešto veći od promjera površine za gašenje, tada se indukcijska zavojnica mora izraditi na licu mjesta, što je vrlo problematično. Štaviše, radni komad se može ugasiti samo nakon oštećenja indukcijske zavojnice, a svaki radni komad zahtijeva odgovarajuću indukcijsku zavojnicu za visokofrekventno površinsko gašenje, što također ima problem greške u proizvodnji za svaki indukcijski svitak. Ako je unutrašnji promjer indukcijske zavojnice veći od susjednog promjera poprečnog presjeka, odnosno veći od 111 mm, tada se razmak između indukcijske zavojnice i dijela za gašenje povećava za 11 mm, a učinkovitost grijanja indukcije će se značajno smanjiti. Što se tiče dubine očvrslog sloja, raspon od 2.5 do 4.5 mm je 2.5 do 4.5 puta veći od normalne dubine termičke penetracije. Da bi se povećala dubina očvrslog sloja, općenito se može koristiti princip provođenja topline, odnosno, korištenjem prednosti da se toplina odvodi od površine prema centru, može se povećati debljina sloja grijanja. Međutim, oslanjanje isključivo na metodu provođenja topline zahtijeva veliku temperaturnu razliku od površine prema unutra. Često, kada potrebna dubina očvrslog sloja dostigne temperaturu kaljenja, površinska temperatura je već previsoka, što rezultira defektima kao što su pregrijavanje i pregorevanje površinske strukture.

(2) Šema procesa gašenja

Da bi se završilo kaljenje ovog radnog komada, posebno je proizveden indukcijski grijač, a kontrola procesa je pojačana usvajanjem povremenog načina grijanja.

Uzimajući u obzir različite karakteristike vučne osovinice, promijenili smo tradicionalni način proizvodnje senzora i napravili senzor u obliku polukruga. Time se prevazilaze gore navedene poteškoće tradicionalnog senzora u izvođenju visokofrekventnog kaljenja na ovom radnom komadu. Može postići najbolju moguću usklađenost udaljenosti između senzora i grijaće površine, a također je pogodno odvojiti radni komad od senzora za kaljenje. U specifičnoj implementaciji operacije, radni komad se rotira koncentrično u odnosu na senzor kako bi se postiglo trenutno zagrijavanje polukruga i ukupno zagrijavanje svih površina za kaljenje (vidi sliku 3).

Kao što je ranije spomenuto, kada se čelični materijali zagriju na određenu temperaturu, oni će izgubiti svoj magnetizam i brzina zagrijavanja će se smanjiti za nekoliko puta. U toku samog procesa zagrevanja, kada se na površini pojavi tanak sloj koji prelazi tačku demagnetizacije, intenzitet vrtložnih struja na spoju pored ovog tankog sloja će se naglo povećati, postajući deo sa najvećom brzinom grejanja. Doći će do pojave u kojoj se brzina zagrijavanja površinskog sloja visoke temperature smanjuje dok se spoj brže zagrijava i kreće prema unutra. Ovaj fenomen je koristan za povećanje dubine očvrslog sloja, ali brzina zagrijavanja površinskog sloja visoke temperature je mnogo veća od brzine zagrijavanja područja spoja unutar sloja. Tendencija pregrijavanja i pregaranja u površinskom sloju je i dalje vrlo ozbiljna. U ovom trenutku potrebno je pronaći optimalnu konfiguraciju parametara kao što su napon i brzina grijanja, striktno kontrolisati proces grijanja i pokušati povećati dubinu očvrslog sloja uz osiguranje kvaliteta.

Zahtjev za dubinom očvrslog sloja vučne osovinice je prilično velik. Iako su sami parametri dovoljni da u potpunosti zadovolje tehničke zahtjeve, još uvijek postoji nedostatak u pogledu drugih tehnika. Usvojeno je intermitentno grijanje, to jest, kada temperatura ne dostigne temperaturu gašenja, zagrijavanje se privremeno zaustavlja kako bi se omogućilo više topline sa površine da odvede prema unutra. Zatim se nastavlja grijanje. Ovo je ekvivalentno povećanju vremena provođenja toplote i smanjenju temperaturnog gradijenta od površine prema unutrašnjosti. Ovaj proces se ponavlja nekoliko puta kako bi se osiguralo da temperatura površine ne poraste previsoko i da ne izazove pregrijavanje ili pregorevanje. Svrha je postizanje ravnomjernijeg postizanja temperature gašenja unutar 2.5 do 4.5 mm od površine prema unutra.

(3) Stvarni efekat

Nakon poduzimanja mjera kao što su poboljšanje dizajna senzora, optimizacija parametara procesa i povremeno zagrijavanje, površinska tvrdoća vučne osovinice nakon visokofrekventnog gašenja može se stabilno održavati na oko 55HRC, s dubinom očvrslog sloja većom od 3 mm. Upotreba visokofrekventnog gašenja zadovoljila je zahtjeve dubine očvrslog sloja pogodnog za gašenje srednje frekvencije. Štaviše, zahvaljujući poboljšanju senzora, radni predmet se može kaliti kontinuirano i jedan po jedan, efikasno poboljšavajući radnu efikasnost.

3. Stvari koje treba napomenuti

Da biste osigurali kvalitet obrade, potrebno je uzeti u obzir sljedeće točke:

(1) Održavanje opreme je od najveće važnosti. Udaljenost između visokofrekventnog induktora i radnog komada treba biti što manja kako bi se smanjio gubitak električne energije i osigurala maksimalna potrebna snaga za istovremeno zagrijavanje.

(2) Najčešći oblik induktora je napravljen savijanjem bakrenih cijevi u spiralni oblik. Prilikom projektovanja i proizvodnje takvih induktora potrebno je što je moguće više koristiti bakrene cevi većeg prečnika i smanjiti broj zavoja kako bi se smanjila induktivna reaktancija i obezbedila efikasnost grejanja.

4. zaključak

Visokofrekventno indukcijsko gašenje je složen proces i spada u kategoriju posebne toplinske obrade u termičkoj obradi. Štoviše, postizanje istovremenog grijanja je još izazovnije. U stvarnom radu, različiti faktori kao što su snaga opreme, radna frekvencija, induktor, parametri termičke obrade, transformacija mikrostrukture materijala, medij za gašenje i metoda hlađenja moraju se sveobuhvatno razmotriti kako bi se postigla optimalna koordinacija ovih faktora. Ovo će maksimizirati potencijal opreme i zadovoljiti potrebe istovremenog zagrijavanja i gašenja više varijanti i malih serija izradaka što je više moguće.

Ako imate bilo kakvih pitanja, slobodno nas kontaktirajte na info@castings-forging.com