Jak zmontować piec indukcyjny do topienia metalu w domu własnymi rękami. Ogrzewanie indukcyjne, podstawowe zasady i technologie Dlaczego indukcja jest lepsza do hartowania

Hartowanie stali przeprowadza się, aby nadać metalowi większą trwałość. Nie wszystkie produkty są utwardzone, a jedynie te, które często ulegają zużyciu i uszkodzeniu z zewnątrz. Po utwardzeniu wierzchnia warstwa produktu staje się bardzo trwała i chroniona przed pojawieniem się nalotów korozyjnych i uszkodzeń mechanicznych. Hartowanie prądami o wysokiej częstotliwości umożliwia osiągnięcie dokładnie takiego rezultatu, jakiego potrzebuje producent.

Po co hartować HDTV

Gdy jest wybór, bardzo często pojawia się pytanie „dlaczego?”. Dlaczego warto wybrać hartowanie HDTV, jeśli istnieją inne metody hartowania metalu, na przykład gorącym olejem.
Hartowanie HDTV ma wiele zalet, dzięki którym stało się aktywnie wykorzystywane w ostatnich latach.

1. Pod wpływem prądów o wysokiej częstotliwości nagrzewanie jest równomierne na całej powierzchni produktu.
2. Oprogramowanie instalacji indukcyjnej może w pełni kontrolować proces hartowania, aby uzyskać dokładniejszy wynik.
3. Hartowanie HDTV umożliwia podgrzanie produktu na wymaganą głębokość.
4. Instalacja indukcyjna pozwala zredukować ilość wad produkcyjnych. Jeśli podczas używania gorących olejów bardzo często tworzy się kamień na produkcie, ogrzewanie HDTV całkowicie to eliminuje. Hartowanie HDTV zmniejsza liczbę wadliwych produktów.
5. Hartowanie indukcyjne niezawodnie chroni produkt i umożliwia zwiększenie wydajności w przedsiębiorstwie.

Zalet ogrzewania indukcyjnego jest wiele. Jest jedna wada - w urządzeniach indukcyjnych bardzo trudno jest utwardzić produkt o złożonym kształcie (wielościany).

Sprzęt do hartowania HDTV

Do hartowania HDTV stosuje się nowoczesny sprzęt indukcyjny. Jednostka indukcyjna jest kompaktowa i pozwala przetworzyć znaczną ilość produktów w krótkim czasie. Jeśli firma stale potrzebuje utwardzania produktów, najlepiej kupić kompleks utwardzający.
W skład kompleksu hartowniczego wchodzą: maszyna do hartowania, jednostka indukcyjna, manipulator, moduł chłodzący, aw razie potrzeby można dodać zestaw induktorów do hartowania produktów o różnych kształtach i rozmiarach.
Sprzęt do hartowania HDTV- to doskonałe rozwiązanie do wysokiej jakości hartowania wyrobów metalowych i uzyskania dokładnych wyników w procesie przeróbki metali.

W układach, urządzeniach i zespołach hydromechanicznych najczęściej stosuje się części działające na tarcie, ściskanie, skręcanie. Dlatego głównym wymaganiem dla nich jest wystarczająca twardość ich powierzchni. Aby uzyskać wymagane właściwości części, powierzchnia jest utwardzana prądem wysokiej częstotliwości (HF).

W procesie aplikacji hartowanie HDTV okazało się ekonomiczną i wysoce wydajną metodą obróbki cieplnej powierzchni części metalowych, co zapewnia dodatkową odporność na zużycie i wysoką jakość obrabianych elementów.

Nagrzewanie prądami o wysokiej częstotliwości polega na zjawisku, w którym na skutek przepływu prądu przemiennego o wysokiej częstotliwości przez cewkę indukcyjną (element spiralny wykonany z rurek miedzianych), wokół niego powstaje pole magnetyczne, tworzące prądy wirowe w metalowa część, która powoduje nagrzewanie się utwardzonego produktu. Będąc wyłącznie na powierzchni części, pozwalają na podgrzanie jej do określonej regulowanej głębokości.

Hartowanie HDTV powierzchni metalowych różni się od standardowego pełnego utwardzania, które polega na podwyższonej temperaturze nagrzewania. Wynika to z dwóch czynników. Pierwszym z nich jest to, że przy dużej szybkości nagrzewania (gdy perlit zamienia się w austenit) wzrasta poziom temperatury punktów krytycznych. A po drugie - im szybciej przechodzi przemiana temperatury, tym szybciej zachodzi przemiana powierzchni metalu, ponieważ musi nastąpić w minimalnym czasie.

Warto powiedzieć, że pomimo tego, że przy stosowaniu hartowania wysokiej częstotliwości, ogrzewanie jest powodowane bardziej niż zwykle, nie dochodzi do przegrzania metalu. Zjawisko to tłumaczy się tym, że ziarno w części stalowej nie ma czasu na wzrost, ze względu na minimalny czas ogrzewania wysokiej częstotliwości. Dodatkowo ze względu na to, że poziom nagrzewania jest wyższy, a chłodzenie jest intensywniejsze, twardość obrabianego przedmiotu po hartowaniu przez HDTV wzrasta o ok. 2-3 HRC. A to gwarantuje najwyższą wytrzymałość i niezawodność powierzchni części.

Jednocześnie istnieje dodatkowy ważny czynnik, który zapewnia wzrost odporności części na zużycie podczas pracy. W wyniku powstania struktury martenzytycznej w górnej części części powstają naprężenia ściskające. Działanie takich naprężeń objawia się w największym stopniu na małej głębokości utwardzonej warstwy.

Instalacje, materiały i środki pomocnicze stosowane do utwardzania HDTV

W pełni automatyczny kompleks hartowania wysokiej częstotliwości obejmuje maszynę do hartowania i sprzęt wysokiej częstotliwości (mechaniczne systemy mocowania, jednostki do obracania części wokół jej osi, ruch cewki indukcyjnej w kierunku przedmiotu obrabianego, pompy, które dostarczają i wypompowują ciecz lub gaz do chłodzenia, zawory elektromagnetyczne do przełączania cieczy roboczych lub gazów (woda/emulsja/gaz)).

Maszyna HDTV umożliwia przesuwanie wzbudnika wzdłuż całej wysokości obrabianego przedmiotu, a także obracanie obrabianego przedmiotu z różnymi poziomami prędkości, regulację prądu wyjściowego na wzbudniku, a to umożliwia wybór prawidłowego trybu procesu hartowania i uzyskać jednolicie twardą powierzchnię przedmiotu obrabianego.

Podano schemat instalacji indukcyjnej HDTV do samodzielnego montażu.

Hartowanie indukcyjne wysokiej częstotliwości można scharakteryzować dwoma głównymi parametrami: stopniem twardości i głębokością utwardzenia powierzchni. Parametry techniczne instalacji indukcyjnych wytwarzanych w procesie produkcyjnym są zdeterminowane mocą i częstotliwością pracy. Aby stworzyć utwardzoną warstwę, stosuje się indukcyjne urządzenia grzewcze o mocy 40-300 kVA przy częstotliwościach 20-40 kiloherców lub 40-70 kiloherców. Jeśli konieczne jest utwardzenie głębszych warstw, warto zastosować wskaźniki częstotliwości od 6 do 20 kiloherców.

Zakres częstotliwości dobierany jest na podstawie zakresu gatunków stali, a także głębokości utwardzonej powierzchni produktu. Dostępna jest szeroka gama kompletnych zestawów instalacji indukcyjnych, co pozwala wybrać racjonalną opcję dla konkretnego procesu technologicznego.

Parametry techniczne automatów do hartowania określane są przez gabaryty części używanych do hartowania na wysokość (od 50 do 250 centymetrów), średnicę (od 1 do 50 centymetrów) i wagę (do 0,5 tony, do 1 tony , do 2 ton). Kompleksy do hartowania, których wysokość wynosi 1500 mm lub więcej, są wyposażone w system elektroniczno-mechaniczny do mocowania części z określoną siłą.

Hartowanie części wysokiej częstotliwości odbywa się w dwóch trybach. W pierwszym każde urządzenie jest indywidualnie podłączane przez operatora, a w drugim odbywa się to bez jego ingerencji. Jako medium hartujące zwykle wybiera się wodę, gazy obojętne lub kompozycje polimerowe o właściwościach przewodnictwa cieplnego zbliżonego do oleju. Medium utwardzające dobierane jest w zależności od wymaganych parametrów gotowego produktu.

Technologia utwardzania HDTV

W przypadku części lub powierzchni o płaskim kształcie o małej średnicy stosuje się hartowanie wysokoczęstotliwościowe typu stacjonarnego. Do udana praca lokalizacja grzałki i części nie zmienia się.

W przypadku stosowania ciągłego, sekwencyjnego hartowania wysokiej częstotliwości, które jest najczęściej używane podczas obróbki płaskich lub cylindrycznych części i powierzchni, jeden z elementów systemu musi się poruszać. W takim przypadku albo urządzenie grzewcze porusza się w kierunku obrabianego przedmiotu, albo obrabiany przedmiot porusza się pod urządzeniem grzewczym.

Aby ogrzać wyłącznie cylindryczne części o małych rozmiarach, przewijając raz, stosuje się ciągłe sekwencyjne utwardzanie wysokiej częstotliwości typu stycznego.

Struktura metalu zęba przekładni po utwardzeniu metodą HDTV

Po wygrzaniu produktu wysoką częstotliwością jego niskie odpuszczanie odbywa się w temperaturze 160-200°C. Pozwala to zwiększyć odporność na ścieranie powierzchni produktu. Święta odbywają się w piecach elektrycznych. Inną opcją jest zrobienie sobie przerwy. Aby to zrobić, konieczne jest nieco wcześniejsze wyłączenie urządzenia dostarczającego wodę, co przyczynia się do niepełnego chłodzenia. Część zachowuje wysoką temperaturę, która nagrzewa utwardzoną warstwę do niskiej temperatury odpuszczania.

Po hartowaniu stosuje się również odpuszczanie elektryczne, w którym nagrzewanie odbywa się za pomocą instalacji RF. Aby osiągnąć pożądany rezultat, ogrzewanie odbywa się wolniej i głębiej niż przy hartowaniu powierzchniowym. Wymagany tryb ogrzewania można określić metodą wyboru.

Aby poprawić parametry mechaniczne rdzenia i ogólną odporność na zużycie przedmiotu obrabianego, bezpośrednio przed utwardzeniem powierzchniowym HFC konieczne jest przeprowadzenie normalizacji i hartowania objętościowego z wysokim odpuszczaniem.

Zakres hartowania HDTV

Hartowanie HDTV jest stosowane w wielu procesy technologiczne produkcja następujących części:

• wały, osie i sworznie;
• koła zębate, koła zębate i felgi;
• zęby lub ubytki;
• pęknięcia i części wewnętrzne Detale;
• koła dźwigowe i koła pasowe.

Najczęściej hartowanie wysokiej częstotliwości stosuje się do części, które składają się ze stali węglowej zawierającej pół procent węgla. Takie produkty po utwardzeniu uzyskują wysoką twardość. Jeśli obecność węgla jest mniejsza niż powyżej, taka twardość nie jest już osiągalna, a przy wyższym procencie prawdopodobnie pojawią się pęknięcia podczas chłodzenia natryskiem wodnym.

W większości sytuacji hartowanie prądami o wysokiej częstotliwości umożliwia zastąpienie stali stopowych tańszymi stalami węglowymi. Można to wytłumaczyć tym, że takie zalety stali z dodatkami stopowymi, jak głęboka hartowność i mniejsze odkształcenia warstwy wierzchniej, tracą w przypadku niektórych wyrobów swoje znaczenie. Dzięki hartowaniu wysokiej częstotliwości metal staje się silniejszy, a jego odporność na zużycie wzrasta. W taki sam sposób jak stale węglowe stosuje się chrom, chrom-nikiel, chrom-krzem i wiele innych rodzajów stali o niskiej zawartości dodatków stopowych.

Zalety i wady metody

Zalety hartowania prądami o wysokiej częstotliwości:

• w pełni automatyczny proces;
• pracować z produktami w dowolnej formie;
• brak sadzy;
• minimalne odkształcenie;
• zmienność głębokości utwardzonej powierzchni;
• indywidualnie ustalane parametry utwardzonej warstwy.

Wśród wad są:

• potrzeba stworzenia specjalnej cewki indukcyjnej dla różnych kształtów części;
• trudności w nakładaniu się poziomów ogrzewania i chłodzenia;
• wysoki koszt sprzętu.

Możliwość zastosowania hartowania prądami o wysokiej częstotliwości w produkcji indywidualnej jest mało prawdopodobna, ale w przepływie masowym, na przykład przy wytwarzaniu wałów korbowych, kół zębatych, tulei, wrzecion, wałów walcowania na zimno itp., hartowanie prądami o wysokiej częstotliwości jest coraz szerzej stosowana.

Po uzgodnieniu możliwa jest obróbka cieplna i hartowanie części metalowych i stalowych o wymiarach większych niż podane w tabeli.

Obróbka cieplna (obróbka cieplna stali) metali i stopów w Moskwie to usługa, którą nasz zakład świadczy swoim klientom. Mamy wszystko niezbędny sprzęt obsługiwane przez wykwalifikowanych specjalistów. Wszystkie zlecenia realizujemy z wysoką jakością i terminowo. Przyjmujemy i realizujemy również zlecenia na obróbkę cieplną stali i HDTV napływające do nas z innych regionów Rosji.

Główne rodzaje obróbki cieplnej stali

Wyżarzanie pierwszego rodzaju:

Wyżarzanie dyfuzyjne pierwszego rodzaju (homogenizacja) - Szybkie nagrzewanie do t 1423 K, długa ekspozycja, a następnie powolne chłodzenie. Wyrównanie niejednorodności chemicznej materiału w odlewach wielkoformatowych ze stali stopowej

Wyżarzanie rekrystalizacji pierwszego rodzaju - Wygrzewanie do temperatury 873-973 K, długa ekspozycja, a następnie powolne chłodzenie. Po odkształceniu na zimno następuje spadek twardości i wzrost ciągliwości (przetwarzanie jest międzyoperacyjne)

Wyżarzanie pierwszego rodzaju redukujące naprężenia - Ogrzewanie do temperatury 473-673 K a następnie powolne chłodzenie. Naprężenia szczątkowe są usuwane po odlewaniu, spawaniu, odkształcaniu plastycznym lub obróbce skrawaniem.

Wyżarzanie drugiego rodzaju:

Zakończono wyżarzanie drugiego rodzaju - Podgrzewanie do temperatury powyżej punktu Ac3 o 20-30 K, przetrzymywanie i późniejsze chłodzenie. Spadek twardości, poprawa skrawalności, usunięcie naprężeń wewnętrznych w stalach podeutektoidalnych i eutektoidalnych przed hartowaniem (patrz uwaga do tabeli)

Wyżarzanie typu II jest niepełne - Ogrzewanie do temperatury pomiędzy punktami Ac1 i Ac3, ekspozycja i późniejsze chłodzenie. Spadek twardości, poprawa skrawalności, usunięcie naprężeń wewnętrznych w stali nadeutektoidalnej przed hartowaniem

Wyżarzanie izotermiczne drugiego rodzaju - Ogrzewanie do temperatury 30-50 K powyżej punktu Ac3 (dla stali podeutektoidalnej) lub powyżej punktu Ac1 (dla stali nadeutektoidalnej), naświetlanie, a następnie stopniowe chłodzenie. Przyspieszona obróbka małych wyrobów walcowanych lub odkuwek ze stali stopowych i wysokowęglowych w celu zmniejszenia twardości, poprawy skrawalności, zmniejszenia naprężeń wewnętrznych

Wyżarzanie drugiego rodzaju sferoidyzacji - Ogrzewanie do temperatury powyżej punktu Ac1 o 10-25 K, ekspozycja i kolejne stopniowe chłodzenie. Spadek twardości, poprawa skrawalności, usunięcie naprężeń wewnętrznych w stali narzędziowej przed hartowaniem, wzrost ciągliwości stali niskostopowych i średniowęglowych przed odkształceniem na zimno

Wyżarzanie drugiego rodzaju jasne - Ogrzewanie w kontrolowanym środowisku do temperatury powyżej punktu Ac3 o 20-30 K, ekspozycja i późniejsze chłodzenie w kontrolowanym środowisku. Występuje Ochrona powierzchni stali przed utlenianiem i odwęgleniem

Wyżarzanie drugiego rodzaju Normalizacja (wyżarzanie normalizujące) - Ogrzewanie do temperatury powyżej punktu Ac3 o 30-50 K, ekspozycja, a następnie chłodzenie w nieruchomym powietrzu. Następuje korekta struktury stali nagrzewanej, usunięcie naprężeń wewnętrznych w częściach wykonanych ze stali konstrukcyjnej oraz poprawa ich skrawalności, zwiększenie głębokości hartowności narzędzia. stal przed hartowaniem

Hartowanie:

Pełne utwardzenie ciągłe - Podgrzewanie do temperatury powyżej punktu Ac3 o 30-50 K, utrzymywanie, a następnie szybkie schładzanie. Uzyskanie (w połączeniu z odpuszczaniem) wysokiej twardości i odporności na zużycie części ze stali podeutektoidalnych i eutektoidalnych

Niecałkowite utwardzenie - Ogrzewanie do temperatury pomiędzy punktami Ac1 i Ac3, ekspozycja i późniejsze szybkie schłodzenie. Uzyskanie (w połączeniu z odpuszczaniem) wysokiej twardości i odporności na zużycie części ze stali nadeutektoidalnej

Hartowanie przerywane - Ogrzewanie do t powyżej punktu Ac3 o 30-50 K (dla stali nadeutektoidalnych i eutektoidalnych) lub między punktami Ac1 i Ac3 (dla stali nadeutektoidalnej), ekspozycja i późniejsze chłodzenie w wodzie, a następnie w oleju. W częściach wykonanych z wysokowęglowej stali narzędziowej następuje zmniejszenie naprężeń szczątkowych i odkształceń

Utwardzanie izotermiczne - Ogrzewanie do temperatury powyżej punktu Ac3 o 30-50 K, przetrzymywanie, a następnie chłodzenie w stopionych solach, a następnie w powietrzu. Uzyskanie minimalnych odkształceń (wypaczeń), zwiększenie ciągliwości, wytrzymałości i odporności na zginanie części wykonanych ze stali narzędziowej stopowej

Hartowanie stopniowe - To samo (od hartowania izotermicznego różni się krótszym czasem przebywania w medium chłodzącym). Redukcja naprężeń, odkształceń i zapobieganie pękaniu w małych narzędziach wykonanych z węglowej stali narzędziowej, a także w większych narzędziach wykonanych ze stali stopowej i szybkotnącej

Utwardzanie powierzchniowe - Podgrzewanie prądem elektrycznym lub płomieniem gazowym warstwy wierzchniej produktu do utwardzenia t, a następnie szybkie schłodzenie nagrzanej warstwy. Następuje wzrost twardości powierzchni do pewnej głębokości, odporność na zużycie oraz zwiększona wytrzymałość części maszyn i narzędzi

Hartowanie z samoodpuszczaniem - Ogrzewanie do temperatury powyżej punktu Ac3 o 30-50 K, przetrzymywanie i późniejsze niepełne schłodzenie. Ciepło zatrzymane wewnątrz części zapewnia odpuszczanie utwardzonej warstwy zewnętrznej Miejscowe hartowanie narzędzia uderzającego o prostej konfiguracji wykonanego z węglowej stali narzędziowej, a także podczas nagrzewania indukcyjnego

Hartowanie z obróbką na zimno - Głębokie chłodzenie po hartowaniu do temperatury 253-193 K. Następuje wzrost twardości i uzyskanie stabilnych wymiarów elementów ze stali wysokostopowych

Hartowanie z chłodzeniem - Ogrzane części są chłodzone przez pewien czas na powietrzu przed zanurzeniem w medium chłodzącym lub przetrzymaniem w termostacie o obniżonej t. Następuje skrócenie cyklu obróbki cieplnej stali (zwykle stosowane po nawęglaniu).

Utwardzanie światłem - Ogrzewanie w kontrolowanym środowisku do temperatury powyżej punktu Ac3 o 20-30 K, ekspozycja, a następnie chłodzenie w kontrolowanym środowisku. Ochrona przed utlenianiem i odwęgleniem skomplikowanych części form, matryc i osprzętu niepoddawanych szlifowaniu

Wakacje niskie - Grzanie w zakresie temperatur 423-523 K i późniejsze przyspieszone chłodzenie. Po utwardzeniu powierzchni następuje usunięcie naprężeń wewnętrznych i zmniejszenie kruchości narzędzi skrawających i pomiarowych; do części nawęglanych po hartowaniu

Medium wakacyjne - Grzanie w zakresie t=623-773 K a następnie powolne lub przyspieszone chłodzenie. Zwiększa się granica sprężystości sprężyn, sprężyn i innych elementów elastycznych

Holiday high - Ogrzewanie w zakresie temperatur 773-953 K, a następnie powolne lub szybkie chłodzenie. Zapewnienie wysokiej ciągliwości części wykonanych ze stali konstrukcyjnej, z reguły uszlachetnionej termicznie

Ulepszanie cieplne - hartowanie, a następnie wysokie odpuszczanie. Całkowite usunięcie naprężeń szczątkowych. Zapewnienie połączenia wysokiej wytrzymałości i ciągliwości w końcowej obróbce cieplnej stalowych elementów konstrukcyjnych pracujących pod obciążeniem udarowym i wibracyjnym

Obróbka termomechaniczna - Ogrzewanie, szybkie chłodzenie do 673-773 K, wielokrotne odkształcanie plastyczne, hartowanie i odpuszczanie. Istnieje przepis na wyroby walcowane i części o prostym kształcie, które nie są poddawane spawaniu, o zwiększonej wytrzymałości w porównaniu z wytrzymałością uzyskaną przez konwencjonalną obróbkę cieplną

Starzenie - Ogrzewanie i długotrwałe narażenie na podwyższone temperatury. Części i narzędzia są stabilizowane wymiarowo

Nawęglanie - Nasycenie węglem warstwy wierzchniej stali miękkiej (nawęglanie). Towarzyszy temu późniejsze hartowanie z niskim temperowaniem. Głębokość zacementowanej warstwy wynosi 0,5-2 mm. Daje się produkt o dużej twardości powierzchni z zachowaniem lepkiego rdzenia. Nawęglanie odbywa się na stalach węglowych lub stopowych o zawartości węgla: dla małych i średnich wyrobów 0,08-0,15%, dla większych 0,15-0,5%. Koła zębate, sworznie tłokowe itp. są nawęglane.

Cyjanizacja - Obróbka cieplnochemiczna wyrobów stalowych w roztworze soli cyjankowych w temperaturze 820. Następuje nasycenie warstwy wierzchniej stali węglem i azotem (warstwa 0,15-0,3 mm).Stale niskowęglowe ulegają cyjanizacji w wyniku które wraz z solidną powierzchnią produkty mają lepki rdzeń. Takie produkty charakteryzują się wysoką odpornością na zużycie oraz odpornością na obciążenia udarowe.

Azotowanie (azotowanie) - Nasycenie azotem warstwy wierzchniej wyrobów stalowych do głębokości 0,2-0,3 mm. Występuje Nadając wysoką twardość powierzchni, zwiększoną odporność na ścieranie i korozję. Sprawdziany, koła zębate, czopy wałów itp. poddawane są azotowaniu.

Obróbka na zimno - Chłodzenie po utwardzeniu do temperatury poniżej zera. Nadchodzi zmiana Struktura wewnętrzna stale hartowane. Jest stosowany do stale narzędziowe, produkty nawęglane, niektóre stale wysokostopowe.

OBRÓBKA CIEPLNA METALI (OBRÓBKA CIEPLNA), pewien cykl czasowy nagrzewania i chłodzenia, któremu poddawane są metale zmieniające swoje właściwości fizyczne. Obróbkę cieplną w zwykłym znaczeniu tego słowa przeprowadza się w temperaturach poniżej temperatury topnienia. Pojęcie to nie obejmuje procesów topienia i odlewania, które mają istotny wpływ na właściwości metalu. Zmiany właściwości fizycznych wywołane obróbką cieplną wynikają ze zmian w strukturze wewnętrznej i zależności chemicznych zachodzących w materiale stałym. Cykle obróbki cieplnej to różne kombinacje ogrzewania, utrzymywania w określonej temperaturze i szybkiego lub powolnego chłodzenia, odpowiadające zmianom strukturalnym i chemicznym, które są wymagane.

Ziarnista struktura metali. Każdy metal zwykle składa się z wielu kryształów (zwanych ziarnami) stykających się ze sobą, zwykle mikroskopijnych rozmiarów, ale czasami widocznych gołym okiem. Wewnątrz każdego ziarna atomy są ułożone w taki sposób, że tworzą regularną trójwymiarową sieć geometryczną. Rodzaj sieci, zwany strukturą krystaliczną, jest cechą materiału i można go określić za pomocą analizy dyfrakcji rentgenowskiej. Prawidłowy układ atomów jest zachowany w całym ziarnie, z wyjątkiem drobnych zakłóceń, takich jak pojedyncze miejsca w sieci, które przypadkowo okazują się puste. Wszystkie ziarna mają tę samą strukturę krystaliczną, ale z reguły są różnie zorientowane w przestrzeni. Dlatego na granicy dwóch ziaren atomy są zawsze mniej uporządkowane niż w ich wnętrzu. Wyjaśnia to w szczególności fakt, że granice ziaren są łatwiejsze do wytrawienia odczynniki chemiczne. Na wypolerowanej płaskiej powierzchni metalowej poddanej obróbce odpowiednim wytrawiaczem zwykle ujawnia się wyraźny wzór granic ziaren. Fizyczne właściwości materiału są określone przez właściwości poszczególnych ziaren, ich wzajemne oddziaływanie oraz właściwości granic ziaren. Właściwości materiału metalicznego w dużym stopniu zależą od wielkości, kształtu i orientacji ziaren, a celem obróbki cieplnej jest kontrolowanie tych czynników.

Procesy atomowe podczas obróbki cieplnej. Wraz ze wzrostem temperatury stałego materiału krystalicznego, jego atomy łatwiej przemieszczają się z jednego miejsca sieci krystalicznej do drugiego. To na tej dyfuzji atomów opiera się obróbka cieplna. Najskuteczniejszy mechanizm ruchu atomów w sieci krystalicznej można sobie wyobrazić jako ruch pustych miejsc sieci, które są zawsze obecne w każdym krysztale. W podwyższonych temperaturach, na skutek wzrostu szybkości dyfuzji, przyspiesza się proces przejścia nierównowagowej struktury substancji w równowagową. Temperatura, w której szybkość dyfuzji zauważalnie wzrasta, nie jest taka sama dla różnych metali. Zwykle jest wyższy dla metali o wysokiej temperaturze topnienia. W wolframie, którego temperatura topnienia wynosi 3387°C, rekrystalizacja nie zachodzi nawet przy czerwonym cieple, podczas gdy obróbka cieplna stopów aluminium topiących się w niskich temperaturach może być w niektórych przypadkach przeprowadzana w temperaturze pokojowej.

W wielu przypadkach obróbka cieplna polega na bardzo szybkim schłodzeniu, zwanym hartowaniem, w celu zachowania struktury powstałej w podwyższonej temperaturze. Chociaż, ściśle mówiąc, takiej struktury nie można uznać za stabilną termodynamicznie w temperaturze pokojowej, w praktyce jest ona dość stabilna ze względu na małą szybkość dyfuzji. Bardzo wiele użytecznych stopów ma podobną „metastabilną” strukturę.

Zmiany spowodowane obróbką cieplną mogą być dwojakiego rodzaju. Po pierwsze, zarówno w czystych metalach, jak iw stopach możliwe są zmiany, które wpływają jedynie na strukturę fizyczną. Mogą to być zmiany stanu naprężenia materiału, zmiany wielkości, kształtu, struktury krystalicznej i orientacji jego ziaren krystalicznych. Po drugie, struktura chemiczna metalu może również ulec zmianie. Można to wyrazić w wygładzaniu niejednorodności składu i tworzeniu wydzieleń innej fazy, w interakcji z otaczającą atmosferą, wytworzoną w celu oczyszczenia metalu lub nadania mu pożądanych właściwości powierzchni. Zmiany obu typów mogą zachodzić jednocześnie.

Złagodzić stres. Odkształcenie na zimno zwiększa twardość i kruchość większości metali. Czasami takie „utwardzanie przez pracę” jest pożądane. Metalom nieżelaznym i ich stopom zazwyczaj nadaje się pewien stopień twardości przez walcowanie na zimno. Stale miękkie są również często utwardzane przez formowanie na zimno. Stale wysokowęglowe, które zostały walcowane na zimno lub ciągnione na zimno do zwiększonej wytrzymałości wymaganej np. do wykonania sprężyn, są zwykle poddawane wyżarzaniu odprężającemu, nagrzewanemu do stosunkowo niskiej temperatury, przy czym materiał pozostaje prawie taki sam twardy jak poprzednio, ale znika w nim niejednorodność rozkładu naprężeń wewnętrznych. Zmniejsza to skłonność do pękania, szczególnie w środowiskach korozyjnych. Takie odprężenie następuje z reguły w wyniku lokalnego płynięcia plastycznego materiału, co nie prowadzi do zmian w całej strukturze.

Rekrystalizacja. Przy różnych metodach formowania metalu często konieczna jest znaczna zmiana kształtu przedmiotu obrabianego. Jeżeli kształtowanie musi być prowadzone w stanie zimnym (co często jest podyktowane względami praktycznymi), wówczas konieczne jest podzielenie procesu na kilka etapów, pomiędzy którymi przeprowadza się rekrystalizację. Po pierwszym etapie odkształcenia, kiedy materiał jest wzmocniony do takiego stopnia, że ​​dalsze odkształcenia mogą prowadzić do pękania, przedmiot obrabiany jest podgrzewany do temperatury wyższej od temperatury wyżarzania odprężającego i poddawany rekrystalizacji. Ze względu na szybką dyfuzję w tej temperaturze, w wyniku przegrupowania atomów powstaje zupełnie nowa struktura. Wewnątrz struktury ziarnistej zdeformowanego materiału zaczynają rosnąć nowe ziarna, które z czasem całkowicie go zastępują. Po pierwsze, małe nowe ziarna powstają w miejscach, w których stara struktura jest najbardziej zaburzona, a mianowicie na granicach starych ziaren. Po dalszym wyżarzaniu atomy zdeformowanej struktury przestawiają się w taki sposób, że stają się również częścią nowych ziaren, które rosną i ostatecznie pochłaniają całą starą strukturę. Obrabiany przedmiot zachowuje swój dawny kształt, ale jest teraz wykonany z miękkiego, nienaprężonego materiału, który może zostać poddany nowemu cyklowi deformacji. Taki proces można powtórzyć kilkakrotnie, jeśli wymaga tego dany stopień odkształcenia.

Obróbka na zimno to deformacja w temperaturze zbyt niskiej do rekrystalizacji. Dla większości metali ta definicja odpowiada temperaturze pokojowej. Jeśli deformacja jest przeprowadzana w wystarczająco wysokiej temperaturze, aby rekrystalizacja miała czas na podążanie za deformacją materiału, to taka obróbka nazywana jest gorącą. Dopóki temperatura pozostaje wystarczająco wysoka, można go dowolnie odkształcać. Gorący stan metalu zależy przede wszystkim od tego, jak blisko jego temperatury jest temperatura topnienia. Wysoka ciągliwość ołowiu sprawia, że ​​łatwo rekrystalizuje, co oznacza, że ​​można go „na gorąco” pracować w temperaturze pokojowej.

Kontrola tekstury. Ogólnie rzecz biorąc, właściwości fizyczne ziarna nie są takie same w różnych kierunkach, ponieważ każde ziarno jest pojedynczym kryształem o własnej strukturze krystalicznej. Właściwości próbki metalu są wynikiem uśredniania po wszystkich ziarnach. W przypadku losowej orientacji ziaren ogólne właściwości fizyczne są takie same we wszystkich kierunkach. Jeśli, z drugiej strony, niektóre płaszczyzny krystaliczne lub rzędy atomowe większości ziaren są równoległe, wówczas właściwości próbki stają się „anizotropowe”, tj. zależne od kierunku. W tym przypadku miseczka, uzyskana przez głębokie wytłaczanie z okrągłej płyty, będzie miała na górnej krawędzi „języki” lub „festony”, ponieważ w niektórych kierunkach materiał odkształca się łatwiej niż w innych. W kształtowaniu mechanicznym anizotropia właściwości fizycznych jest z reguły niepożądana. Jednak w arkuszach materiałów magnetycznych do transformatorów i innych urządzeń wysoce pożądane jest, aby kierunek łatwego namagnesowania, który w monokryształach determinowany jest przez strukturę krystaliczną, pokrywał się we wszystkich ziarnach z danym kierunkiem strumienia magnetycznego. Zatem „preferowana orientacja” (tekstura) może być pożądana lub nie, w zależności od przeznaczenia materiału. Ogólnie rzecz biorąc, w miarę rekrystalizacji materiału zmienia się jego korzystna orientacja. Charakter tej orientacji zależy od składu i czystości materiału, rodzaju i stopnia odkształcenia na zimno, a także czasu trwania i temperatury wyżarzania.

Kontrola wielkości ziarna. Właściwości fizyczne próbki metalu w dużej mierze zależą od średniej wielkości ziarna. Najlepsze właściwości mechaniczne prawie zawsze odpowiadają drobnoziarnistej strukturze. Zmniejszenie wielkości ziarna jest często jednym z celów obróbki cieplnej (a także topienia i odlewania). Wraz ze wzrostem temperatury dyfuzja przyspiesza, a zatem zwiększa się średni rozmiar ziarna. Granice ziaren przesuwają się tak, że większe ziarna rosną kosztem mniejszych, które ostatecznie znikają. Dlatego też końcowe procesy obróbki na gorąco są zwykle przeprowadzane w możliwie najniższej temperaturze, tak aby rozmiary ziaren były jak najmniejsze. Często celowo stosuje się niskotemperaturową obróbkę na gorąco, głównie w celu zmniejszenia wielkości ziarna, chociaż ten sam wynik można osiągnąć przez obróbkę na zimno, po której następuje rekrystalizacja.

Homogenizacja. Wyżej wymienione procesy zachodzą zarówno w czystych metalach, jak iw stopach. Istnieje jednak szereg innych procesów, które są możliwe tylko w przypadku materiałów metalowych zawierających dwa lub więcej składników. Tak więc na przykład podczas odlewania stopu prawie na pewno wystąpią niejednorodności w składzie chemicznym, który jest determinowany nierównomiernym procesem krzepnięcia. W stopie hartującym skład fazy stałej, która powstaje w danym momencie, nie jest taki sam jak w fazie ciekłej, która jest z nią w równowadze. W konsekwencji skład ciała stałego, który pojawił się w początkowym momencie krzepnięcia będzie inny niż pod koniec krzepnięcia, co prowadzi do przestrzennej niejednorodności składu w skali mikroskopowej. Taka niejednorodność jest eliminowana przez proste ogrzewanie, zwłaszcza w połączeniu z odkształceniem mechanicznym.

Czyszczenie. Chociaż czystość metalu zależy przede wszystkim od warunków topienia i odlewania, oczyszczanie metalu często osiąga się przez obróbkę cieplną w stanie stałym. Zanieczyszczenia zawarte w metalu reagują na jego powierzchni z atmosferą, w której jest ogrzewany; w ten sposób atmosfera wodoru lub innego środka redukującego może przekształcić znaczną część tlenków w czysty metal. Głębokość takiego czyszczenia zależy od zdolności zanieczyszczeń do dyfuzji z objętości na powierzchnię, a zatem jest zdeterminowana czasem trwania i temperaturą obróbki cieplnej.

Oddzielenie faz wtórnych. Większość reżimów obróbki cieplnej stopów opiera się na jednym ważnym efekcie. Wiąże się to z faktem, że rozpuszczalność w stanie stałym składników stopu zależy od temperatury. W przeciwieństwie do czystego metalu, w którym wszystkie atomy są takie same, w dwuskładnikowym, na przykład stałym roztworze, występują atomy dwóch różnych typów, losowo rozmieszczone w węzłach sieci krystalicznej. Jeśli zwiększysz liczbę atomów drugiej klasy, możesz osiągnąć stan, w którym nie mogą one po prostu zastąpić atomów pierwszej klasy. Jeżeli ilość drugiego składnika przekracza tę granicę rozpuszczalności w stanie stałym, w równowagowej strukturze stopu pojawiają się wtrącenia drugiej fazy, różniące się składem i strukturą od pierwotnych ziaren i zwykle rozproszone między nimi w postaci pojedynczych cząstki. Takie cząstki drugiej fazy mogą mieć silny wpływ na właściwości fizyczne materiału, w zależności od ich wielkości, kształtu i rozmieszczenia. Czynniki te można zmienić poprzez obróbkę cieplną (obróbkę cieplną).

Obróbka cieplna - proces obróbki wyrobów wykonanych z metali i stopów poprzez narażenie termiczne w celu zmiany ich struktury i właściwości w zadanym kierunku. Efekt ten można również łączyć z chemicznymi, deformacyjnymi, magnetycznymi itp.

Rys historyczny obróbki cieplnej.
Człowiek stosuje obróbkę cieplną metali od czasów starożytnych. Jeszcze w epoce eneolitycznej, stosując kucie na zimno rodzime złoto i miedź, prymitywny człowiek napotkał zjawisko hartowania, które utrudniało wytwarzanie wyrobów o cienkich ostrzach i ostrych końcówkach, a w celu przywrócenia plastyczności kowal musiał wygrzewać na zimno -kuta miedź w palenisku. Najwcześniejsze dowody stosowania wyżarzania zmiękczającego stwardniałego metalu pochodzą z końca V tysiąclecia p.n.e. mi. Takie wyżarzanie było pierwszą operacją obróbki cieplnej metali do czasu jej pojawienia się. Przy wytwarzaniu broni i narzędzi z żelaza otrzymywanego w procesie wydmuchiwania sera, kowal podgrzewał kęs żelaza do kucia na gorąco w piecu na węgiel drzewny. W tym samym czasie nastąpiło nawęglanie żelaza, czyli cementacja, jedna z odmian obróbki chemiczno-termicznej. Schładzając w wodzie kuty wyrób z nawęglonego żelaza, kowal odkrył gwałtowny wzrost jego twardości i poprawę innych właściwości. Hartowanie nawęglonego żelaza w wodzie stosowano od końca II do początku I tysiąclecia p.n.e. mi. W „Odysei” Homera (VIII-VII w. p.n.e.) są takie wersy: „Jak kowal zanurza rozgrzany do czerwoności siekierę lub siekierę w zimnej wodzie, a żelazo syczy bulgotem, silniejszym niż żelazo, twardniejącym w ogniu i woda." W V w. pne mi. hartowane lustra Etrusków wykonane z brązu wysokocynowego w wodzie (najpewniej poprawiają połysk po polerowaniu). Cementowanie żelaza w węglu drzewnym lub materii organicznej, hartowanie i odpuszczanie stali były szeroko stosowane w średniowieczu w produkcji noży, mieczy, pilników i innych narzędzi. Nie znając istoty wewnętrznych przemian w metalu, średniowieczni rzemieślnicy często przypisywali uzyskiwanie wysokich właściwości podczas obróbki cieplnej metali przejawom sił nadprzyrodzonych. Do połowy XIX wieku. wiedza człowieka na temat obróbki cieplnej metali była zbiorem receptur opracowanych na podstawie wielowiekowych doświadczeń. Potrzeby rozwoju technologii, a przede wszystkim rozwoju produkcji armat stalowych, doprowadziły do ​​przekształcenia obróbki cieplnej metali ze sztuki w naukę. W połowie XIX wieku, kiedy armia dążyła do zastąpienia armat z brązu i żeliwa silniejszymi stalowymi, problem wykonania luf o dużej i gwarantowanej wytrzymałości był niezwykle dotkliwy. Pomimo tego, że metalurdzy znali przepisy na wytop i odlewanie stali, lufy dział bardzo często pękają bez wyraźnego powodu. D. K. Czernow w hucie Obuchowa w Petersburgu, badając pod mikroskopem wytrawione sekcje wytworzone z luf karabinów i obserwując strukturę pęknięć w miejscu pęknięcia pod lupą, doszedł do wniosku, że stal jest tym mocniejsza, im drobniejsza jest jej Struktura. W 1868 r. Czernow odkrył wewnętrzne przekształcenia strukturalne w stygnącej stali, które zachodzą w określonych temperaturach. które nazwał punktami krytycznymi a i b. Jeżeli stal jest podgrzewana do temperatur poniżej punktu a, to nie może być hartowana, a aby uzyskać drobnoziarnistą strukturę, stal musi być podgrzana do temperatury powyżej punktu b. Odkrycie przez Czernowa punktów krytycznych przekształceń strukturalnych w stali pozwoliło naukowo uzasadnić wybór trybu obróbki cieplnej w celu uzyskania niezbędnych właściwości wyrobów stalowych.

W 1906 r. A. Wilm (Niemcy), używając wynalezionego przez siebie duraluminium, odkrył starzenie po hartowaniu (patrz Starzenie metali), najważniejszą metodę hartowania stopów na bazie różnych zasad (aluminium, miedź, nikiel, żelazo itp.). ). W latach 30. XX wiek Pojawiła się obróbka cieplno-mechaniczna starzejących się stopów miedzi, a w latach pięćdziesiątych obróbka cieplno-mechaniczna stali, która pozwoliła na znaczne zwiększenie wytrzymałości wyrobów. Połączone rodzaje obróbki cieplnej obejmują obróbkę termomagnetyczną, która umożliwia, w wyniku chłodzenia produktów w polu magnetycznym, poprawę niektórych ich właściwości magnetycznych.

Liczne badania zmian struktury i właściwości metali i stopów pod wpływem działania termicznego zaowocowały spójną teorią obróbki cieplnej metali.

Klasyfikacja rodzajów obróbki cieplnej opiera się na rodzaju zmian strukturalnych w metalu zachodzących podczas ekspozycji termicznej. Obróbka cieplna metali dzieli się na samą obróbkę cieplną, która polega jedynie na oddziaływaniu termicznym na metal, obróbkę chemiczno-termiczną, która łączy efekty cieplno-chemiczne, oraz termomechaniczną, która łączy efekty cieplne i odkształcenie plastyczne. Rzeczywista obróbka cieplna obejmuje następujące typy: wyżarzanie I rodzaju, wyżarzanie II rodzaju, hartowanie bez przemian polimorficznych iz przemianami polimorficznymi, starzenie i odpuszczanie.

Azotowanie to nasycanie powierzchni części metalowych azotem w celu zwiększenia twardości, odporności na zużycie, granicy zmęczenia i odporności na korozję. Azotowanie stosuje się do stali, tytanu, niektórych stopów, najczęściej stali stopowych, zwłaszcza chromowo-aluminiowych, a także stali zawierających wanad i molibden.
Azotowanie stali następuje w t 500 650 C w amoniaku. Powyżej 400 C rozpoczyna się dysocjacja amoniaku zgodnie z reakcją NH3 3H + N. Powstały atomowy azot dyfunduje do metalu, tworząc fazy azotowe. W temperaturze azotowania poniżej 591 C warstwa azotowana składa się z trzech faz (rys.): µ azotek Fe2N, ³ „azotek Fe4N, ± ferryt azotowy zawierający około 0,01% azotu w temperaturze pokojowej. Przy temperaturze azotowania 600 650 C, więcej i fazy ³, która w wyniku powolnego chłodzenia rozkłada się w temperaturze 591 C do eutektoidy ± + ³ 1. Twardość warstwy azotowanej wzrasta do HV = 1200 (odpowiada 12 Gn / m2) i utrzymuje się po wielokrotne nagrzewanie do 500 600 C, co zapewnia wysoką odporność na zużycie części w podwyższonych temperaturach Stale azotowane mają znacznie lepszą odporność na zużycie w stosunku do stali hartowanych i hartowanych Azotowanie jest procesem długotrwałym, uzyskanie warstwy 0,2-0,4 zajmuje 20-50 godzin grubości mm Podwyższenie temperatury przyspiesza proces, ale zmniejsza twardość warstwy W celu zabezpieczenia miejsc niepodlegających azotowaniu stosuje się cynowanie stale konstrukcyjne) i niklowanie (dla stali nierdzewnych i żaroodpornych). Aby zmniejszyć kruchość warstwy, azotowanie stali żaroodpornych czasami przeprowadza się w mieszaninie amoniaku i azotu.
Azotowanie stopów tytanu prowadzi się w temperaturze 850 950 C w azocie o wysokiej czystości (azotowanie w amoniaku nie jest stosowane ze względu na wzrost kruchości metalu).

Podczas azotowania tworzy się górna cienka warstwa azotku i stały roztwór azotu w tytanie. Głębokość warstwy przez 30 godzin 0,08 mm przy twardości powierzchni HV = 800 850 (odpowiada 8 8,5 H/m2). Wprowadzenie do stopu niektórych pierwiastków stopowych (Al do 3%, Zr 3 5% itd.) zwiększa szybkość dyfuzji azotu, zwiększając głębokość warstwy azotowanej, a chrom zmniejsza szybkość dyfuzji. Azotowanie stopów tytanu w rozrzedzonym azocie umożliwia uzyskanie głębszej warstwy bez kruchej strefy azotkowej.
Azotowanie znajduje szerokie zastosowanie w przemyśle, m.in. na części pracujące w temperaturach do 500-600 C (tuleje cylindrowe, wały korbowe, koła zębate, pary szpul, części osprzętu paliwowego itp.).
Lit .: Minkevich A.N., Obróbka chemiczno-termiczna metali i stopów, wyd. 2, M., 1965: Gulyaev A.P. Metallurgy, wyd. 4, M., 1966.

Prądy o wysokiej częstotliwości doskonale radzą sobie z różnymi procesami obróbki cieplnej metali. Instalacja HDTV doskonale nadaje się do hartowania. Do tej pory nie ma sprzętu, który mógłby konkurować na równi z ogrzewaniem indukcyjnym. Producenci zaczęli zwracać coraz większą uwagę na sprzęt indukcyjny, pozyskując go do obróbki produktów i topienia metalu.

Jaka jest dobra instalacja HDTV do utwardzania

Instalacja HDTV to unikalne urządzenie zdolne do obróbki metalu o wysokiej jakości w krótkim czasie. Aby wykonać każdą funkcję, należy wybrać konkretną instalację, na przykład do utwardzania, najlepiej kupić gotowy kompleks utwardzania HDTV, w którym wszystko jest już zaprojektowane do wygodnego utwardzania.
Instalacja HDTV ma szeroką listę zalet, ale nie będziemy rozważać wszystkiego, ale skupimy się na tych, które szczególnie nadają się do utwardzania HDTV.

1. Instalacja HDTV nagrzewa się w krótkim czasie, rozpoczynając szybką obróbkę metalu. W przypadku ogrzewania indukcyjnego nie ma potrzeby poświęcania dodatkowego czasu na ogrzewanie pośrednie, ponieważ sprzęt natychmiast rozpoczyna obróbkę metalu.
2. Ogrzewanie indukcyjne nie wymaga dodatkowych środki techniczne, na przykład w aplikacji oleju hartowniczego. Produkt jest wysokiej jakości, a ilość wad produkcyjnych jest znacznie zmniejszona.
3. Instalacja HDTV jest całkowicie bezpieczna dla pracowników przedsiębiorstwa, a także łatwa w obsłudze. Nie ma potrzeby zatrudniania wysoko wykwalifikowanego personelu do obsługi i programowania sprzętu.
4. Prądy o wysokiej częstotliwości umożliwiają głębsze hartowanie, ponieważ ciepło pod wpływem pola elektromagnetycznego jest w stanie wniknąć na określoną głębokość.

Instalacja HDTV ma ogromną listę zalet, które można wymieniać przez długi czas. Używając ogrzewania HDTV do hartowania, znacznie obniżysz koszty energii, a także uzyskasz możliwość zwiększenia poziomu produktywności przedsiębiorstwa.

Instalacja HDTV - zasada działania przy hartowaniu

Instalacja HDTV działa na zasadzie nagrzewania indukcyjnego. Za podstawę tej zasady przyjęto prawa Joule'a-Lenza i Faradaya-Maxwella dotyczące konwersji energii elektrycznej.
Generator dostarcza energię elektryczną, która przechodzi przez cewkę indukcyjną, przekształcając się w potężne pole elektromagnetyczne. Prądy wirowe utworzonego pola zaczynają działać i wnikając w metal, przekształcają się w energię cieplną, rozpoczynając przetwarzanie produktu.

Nagrzewanie indukcyjne to metoda bezdotykowego nagrzewania prądami o wysokiej częstotliwości (ang. RFH - nagrzewanie o częstotliwości radiowej, nagrzewanie falami o częstotliwości radiowej) materiałów przewodzących prąd elektryczny.

Opis metody.

Nagrzewanie indukcyjne to nagrzewanie materiałów prądami elektrycznymi indukowanymi przez zmienne pole magnetyczne. Jest to zatem nagrzewanie produktów wykonanych z materiałów przewodzących (przewodników) przez pole magnetyczne wzbudników (źródeł zmiennego pola magnetycznego). Ogrzewanie indukcyjne przeprowadza się w następujący sposób. Przedmiot obrabiany przewodzący prąd elektryczny (metal, grafit) umieszczany jest w tzw. wzbudniku, którym jest jeden lub więcej zwojów drutu (najczęściej miedzi). W cewce za pomocą specjalnego generatora indukowane są silne prądy o różnych częstotliwościach (od kilkudziesięciu Hz do kilku MHz), w wyniku czego wokół cewki powstaje pole elektromagnetyczne. Pole elektromagnetyczne indukuje prądy wirowe w przedmiocie obrabianym. Prądy wirowe ogrzewają obrabiany przedmiot pod wpływem ciepła Joule'a (patrz prawo Joule'a-Lenza).

Układ induktor-blank to transformator bezrdzeniowy, w którym cewka indukcyjna jest uzwojeniem pierwotnym. Przedmiotem jest zwarte uzwojenie wtórne. Strumień magnetyczny między uzwojeniami zamyka się w powietrzu.

Przy wysokiej częstotliwości prądy wirowe są przemieszczane przez utworzone przez nie pole magnetyczne do cienkich warstw powierzchniowych przedmiotu obrabianego Δ (efekt powierzchniowy), w wyniku czego ich gęstość gwałtownie wzrasta, a przedmiot obrabiany jest podgrzewany. Znajdujące się pod spodem warstwy metalu są podgrzewane dzięki przewodności cieplnej. Ważny jest nie prąd, ale wysoka gęstość prądu. W warstwie naskórka Δ gęstość prądu zmniejsza się o współczynnik e w stosunku do gęstości prądu na powierzchni przedmiotu obrabianego, natomiast 86,4% ciepła jest uwalniane w warstwie naskórka (całkowitego wydzielenia ciepła. Głębokość warstwy naskórka zależy od częstotliwości promieniowania: im wyższa częstotliwość, tym cieńsza warstwa naskórka. Zależy to również od względnej przenikalności magnetycznej μ materiału przedmiotu obrabianego.

Dla żelaza, kobaltu, niklu i stopów magnetycznych w temperaturach poniżej punktu Curie μ ma wartość od kilkuset do kilkudziesięciu tysięcy. W przypadku innych materiałów (stopy, metale nieżelazne, płynne eutektyki niskotopliwe, grafit, elektrolity, ceramika przewodząca prąd elektryczny itp.) μ jest w przybliżeniu równe jedności.

Na przykład przy częstotliwości 2 MHz głębokość naskórka dla miedzi wynosi około 0,25 mm, dla żelaza ≈ 0,001 mm.

Podczas pracy cewka indukcyjna bardzo się nagrzewa, ponieważ pochłania własne promieniowanie. Ponadto pochłania promieniowanie cieplne gorącego przedmiotu obrabianego. Tworzą cewki indukcyjne z rur miedzianych chłodzonych wodą. Woda jest dostarczana przez ssanie - zapewnia to bezpieczeństwo w przypadku oparzenia lub innego obniżenia ciśnienia induktora.

Aplikacja:
Ultra czyste bezdotykowe topienie, lutowanie i spawanie metalu.
Paragon fiskalny prototypy stopy.
Gięcie i obróbka cieplna części maszyn.
Biznes jubilerski.
Obróbka małych części, które mogą zostać uszkodzone przez płomień lub nagrzewanie łukowe.
Utwardzanie powierzchni.
Hartowanie i obróbka cieplna detali o skomplikowanym kształcie.
Dezynfekcja instrumentów medycznych.

Zalety.

Szybkie nagrzewanie lub topienie dowolnego materiału przewodzącego prąd elektryczny.

Ogrzewanie jest możliwe w atmosferze gazu ochronnego, w środowisku utleniającym (lub redukującym), w cieczy nieprzewodzącej, w próżni.

Ogrzewanie przez ściany komory ochronnej wykonanej ze szkła, cementu, tworzyw sztucznych, drewna - materiały te bardzo słabo pochłaniają promieniowanie elektromagnetyczne i pozostają zimne podczas pracy instalacji. Ogrzewany jest tylko materiał przewodzący prąd elektryczny - metal (w tym stopiony), węgiel, ceramika przewodząca, elektrolity, metale ciekłe itp.

Ze względu na powstające siły MHD ciekły metal jest intensywnie mieszany, aż do utrzymywania go w zawiesinie w powietrzu lub gazie ochronnym – tak uzyskuje się stopy ultraczyste w niewielkich ilościach (topienie lewitacyjne, topienie w tyglu elektromagnetycznym).

Ponieważ nagrzewanie odbywa się za pomocą promieniowania elektromagnetycznego, nie dochodzi do zanieczyszczenia obrabianego przedmiotu produktami spalania palnika w przypadku ogrzewania gazowo-płomieniowego lub przez materiał elektrody w przypadku ogrzewania łukowego. Umieszczenie próbek w atmosferze gazu obojętnego i wysokiej szybkości ogrzewania wyeliminuje tworzenie się kamienia.

Łatwość użytkowania dzięki małym rozmiarom cewki indukcyjnej.

Cewka indukcyjna może być wykonana w specjalnym kształcie - umożliwi to równomierne nagrzewanie części o złożonej konfiguracji na całej powierzchni, bez doprowadzania do ich wypaczenia lub lokalnego braku nagrzewania.

Łatwo jest przeprowadzić ogrzewanie miejscowe i selektywne.

Ponieważ nagrzewanie jest najbardziej intensywne w cienkich górnych warstwach przedmiotu obrabianego, a warstwy leżące pod spodem są nagrzewane łagodniej ze względu na przewodność cieplną, metoda jest idealna do utwardzania powierzchniowego części (rdzeń pozostaje lepki).

Łatwa automatyzacja urządzeń - cykle grzania i chłodzenia, kontrola i zatrzymywanie temperatury, podawanie i usuwanie detali.

Nagrzewnice indukcyjne:

W instalacjach o częstotliwości roboczej do 300 kHz stosuje się falowniki na zespołach IGBT lub tranzystorach MOSFET. Takie instalacje są przeznaczone do ogrzewania dużych części. Do ogrzewania małych części stosuje się wysokie częstotliwości (do 5 MHz, zakres fal średnich i krótkich), instalacje wysokiej częstotliwości budowane są na lampach elektronicznych.

Ponadto do ogrzewania małych części budowane są instalacje o wysokiej częstotliwości na tranzystorach MOSFET dla częstotliwości roboczych do 1,7 MHz. Sterowanie i zabezpieczanie tranzystorów na wyższych częstotliwościach stwarza pewne trudności, więc ustawienia wyższych częstotliwości są nadal dość drogie.

Cewka indukcyjna do ogrzewania małych części ma mały rozmiar i małą indukcyjność, co prowadzi do obniżenia współczynnika jakości działającego obwodu oscylacyjnego przy niskich częstotliwościach i spadku wydajności, a także stanowi zagrożenie dla oscylatora głównego (współczynnik jakości obwodu oscylacyjnego jest proporcjonalne do L/C, obwód oscylacyjny o niskim współczynniku jakości jest zbyt dobrze „pompowany” energią, tworzy zwarcie w cewce i wyłącza oscylator główny). Aby zwiększyć współczynnik jakości obwodu oscylacyjnego, stosuje się dwa sposoby:
- zwiększenie częstotliwości pracy, co prowadzi do złożoności i kosztów instalacji;
- zastosowanie wkładek ferromagnetycznych w induktorze; wklejanie cewki indukcyjnej panelami z materiału ferromagnetycznego.

Ponieważ cewka indukcyjna działa najskuteczniej przy wysokich częstotliwościach, nagrzewanie indukcyjne znalazło zastosowanie przemysłowe po opracowaniu i rozpoczęciu produkcji mocnych lamp generatorowych. Przed I wojną światową ogrzewanie indukcyjne miało ograniczone zastosowanie. W tym czasie jako generatory stosowano generatory maszynowe wysokiej częstotliwości (prace V.P. Vologdin) lub instalacje z wyładowaniami iskrowymi.

Obwód generatora może w zasadzie być dowolnym (multiwibrator, generator RC, generator niezależnie wzbudzany, różne generatory relaksacyjne) pracujący na obciążeniu w postaci cewki indukcyjnej i posiadający wystarczającą moc. Konieczne jest również, aby częstotliwość oscylacji była wystarczająco wysoka.

Na przykład, aby w kilka sekund „przeciąć” drut stalowy o średnicy 4 mm, wymagana jest moc oscylacyjna co najmniej 2 kW przy częstotliwości co najmniej 300 kHz.

Schemat jest wybierany według następujących kryteriów: niezawodność; stabilność wahań; stabilność mocy uwalnianej w obrabianym przedmiocie; łatwość produkcji; łatwość konfiguracji; minimalna liczba części w celu obniżenia kosztów; zastosowanie części, które w sumie dają redukcję wagi i wymiarów itp.

Od wielu dziesięcioleci jako generator oscylacji o wysokiej częstotliwości stosowany jest indukcyjny generator trójpunktowy (generator Hartleya, generator autotransformatorowy). informacja zwrotna, obwód na dzielniku napięcia pętli indukcyjnej). Jest to samowzbudny równoległy obwód zasilania anody i obwód selektywny częstotliwościowo wykonany na obwodzie oscylacyjnym. Z powodzeniem stosowany i nadal wykorzystywany w laboratoriach, warsztatach jubilerskich, przedsiębiorstwa przemysłowe, a także w praktyce amatorskiej. Na przykład w czasie II wojny światowej na takich instalacjach prowadzono utwardzanie powierzchni rolek czołgu T-34.

Wady trzech kropek:

Niska wydajność (mniej niż 40% przy użyciu lampy).

Silna odchyłka częstotliwości w momencie nagrzewania przedmiotów wykonanych z materiałów magnetycznych powyżej punktu Curie (≈700С) (zmiany μ), co zmienia głębokość warstwy naskórka i w sposób nieprzewidywalny zmienia tryb obróbki cieplnej. W przypadku obróbki cieplnej krytycznych części może to być niedopuszczalne. Ponadto potężne instalacje RF muszą działać w wąskim zakresie częstotliwości dozwolonych przez Rossvyazokhrankultura, ponieważ przy słabym ekranowaniu są w rzeczywistości nadajnikami radiowymi i mogą zakłócać transmisje telewizyjne i radiowe, służby przybrzeżne i ratownicze.

Przy zmianie półfabrykatów (na przykład z mniejszych na większe) zmienia się indukcyjność układu induktor-półfabrykat, co również prowadzi do zmiany częstotliwości i głębokości warstwy skóry.

Przy zmianie cewek jednozwojowych na wielozwojowe, na większe lub mniejsze, zmienia się również częstotliwość.

Pod kierownictwem Babata, Łozińskiego i innych naukowców opracowano dwu- i trójprzewodowe obwody generatora, które mają wyższą wydajność (do 70%), a także lepiej zachowują częstotliwość roboczą. Zasada ich działania jest następująca. Ze względu na zastosowanie obwodów sprzężonych i osłabienie połączenia między nimi zmiana indukcyjności obwodu roboczego nie pociąga za sobą silnej zmiany częstotliwości obwodu zadawania częstotliwości. Na tej samej zasadzie zbudowane są nadajniki radiowe.

Nowoczesne generatory wysokiej częstotliwości to falowniki oparte na zespołach IGBT lub potężnych tranzystorach MOSFET, zwykle wykonane według schematu mostkowego lub półmostkowego. Działają na częstotliwościach do 500 kHz. Bramki tranzystorów otwierane są za pomocą układu sterowania mikrokontrolerem. System sterowania, w zależności od zadania, pozwala na automatyczne trzymanie

A) stała częstotliwość
b) stała moc uwalniana w obrabianym przedmiocie
c) maksymalna wydajność.

Na przykład, gdy materiał magnetyczny jest podgrzewany powyżej punktu Curie, grubość warstwy skóry gwałtownie wzrasta, gęstość prądu spada, a obrabiany przedmiot zaczyna się gorzej nagrzewać. Zanikają również właściwości magnetyczne materiału i zatrzymuje się proces odwracania namagnesowania - przedmiot zaczyna gorzej się nagrzewać, opór obciążenia gwałtownie spada - może to doprowadzić do "rozstawu" generatora i jego awarii. System sterowania monitoruje przejście przez punkt Curie i automatycznie zwiększa częstotliwość przy nagłym spadku obciążenia (lub zmniejsza moc).

Uwagi.

Induktor powinien być umieszczony jak najbliżej przedmiotu obrabianego, jeśli to możliwe. To nie tylko zwiększa gęstość pola elektromagnetycznego w pobliżu przedmiotu obrabianego (proporcjonalnie do kwadratu odległości), ale także zwiększa współczynnik mocy Cos(φ).

Zwiększenie częstotliwości radykalnie zmniejsza współczynnik mocy (proporcjonalnie do sześcianu częstotliwości).

Gdy materiały magnetyczne są podgrzewane, dodatkowe ciepło jest również uwalniane w wyniku odwrócenia namagnesowania, ich nagrzewanie do punktu Curie jest znacznie bardziej wydajne.

Przy obliczaniu induktora należy wziąć pod uwagę indukcyjność opon prowadzących do induktora, która może być znacznie większa niż indukcyjność samego induktora (jeśli induktor jest wykonany w postaci pojedynczego obrotu małego średnica lub nawet część zakrętu - łuk).

Istnieją dwa przypadki rezonansu w obwodach oscylacyjnych: rezonans napięcia i rezonans prądu.
Równoległy obwód oscylacyjny - rezonans prądów.
W tym przypadku napięcie na cewce i na kondensatorze jest takie samo jak w generatorze. W rezonansie rezystancja obwodu między punktami rozgałęzień staje się maksymalna, a prąd (I całkowity) przez rezystancję obciążenia Rn będzie minimalny (prąd wewnątrz obwodu I-1l i I-2s jest większy niż prąd generatora) .

Idealnie, impedancja pętli jest nieskończona - obwód nie pobiera prądu ze źródła. Gdy częstotliwość generatora zmienia się w dowolnym kierunku od częstotliwości rezonansowej, impedancja obwodu maleje, a prąd liniowy (Itot) wzrasta.

Szeregowy obwód oscylacyjny - rezonans napięciowy.

Główną cechą szeregowego obwodu rezonansowego jest to, że jego impedancja jest minimalna w rezonansie. (ZL + ZC - minimum). Gdy częstotliwość jest dostrojona do wartości powyżej lub poniżej częstotliwości rezonansowej, impedancja wzrasta.
Wniosek:
W obwodzie równoległym w rezonansie prąd płynący przez przewody obwodu wynosi 0, a napięcie jest maksymalne.
W obwodzie szeregowym jest odwrotnie - napięcie dąży do zera, a prąd jest maksymalny.

Artykuł został zaczerpnięty ze strony http://dic.academic.ru/ i przerobiony na tekst bardziej zrozumiały dla czytelnika przez firmę LLC Prominduktor.