Viden

Der er to typer højfrekvente bratkølende opvarmningsmetoder: Den første er samtidig opvarmning og bratkøling, som involverer opvarmning af overfladen af ​​emnet, der skal bratkøles samtidigt, og derefter hurtig afkøling; den anden er sekventiel kontinuerlig opvarmning og bratkøling, hvor en lille del af overfladen af ​​emnet opvarmes ved induktionsopvarmning, mens emnet bevæger sig nedad, hvilket muliggør sekventiel og kontinuerlig opvarmning og afkøling af overfladen.

Ved fremstilling af multi-variety og small-batch dele kan forskellige materialer kræve forskellige bratkølingsmedier. Derfor er slukningsmetoden til samtidig opvarmning for det meste vedtaget. For dele med stor bratkølingsoverflade, på grund af begrænsningerne af udstyrseffekt og andre faktorer, overvejes den kontinuerlige opvarmningsmetode til bratkøling.

1. Højfrekvent overfladeslukning af det indre hul i det martensitiske rustfrit stål-emne

(1) Behandlingsproblemer

Bearbejdningsvanskeligheden ved højfrekvent overfladeslukning af det indre hul i martensitisk rustfrit stål-emne opnås ved samtidig opvarmning. De største vanskeligheder ligger i det rustfrie stålmateriale og overfladehærdningen af ​​det indre hul.

Under processen med højfrekvent induktionsopvarmning, når temperaturen overstiger materialets afmagnetiseringspunkt (demagnetiseringspunktet for stålmaterialer er generelt omkring 700-800 ℃), falder den elektromagnetiske induktionskapacitet af materialet, og opvarmningshastigheden falder flere gange. Yderligere opvarmning bliver vanskelig. For rustfrit stål er varmebehandlingstemperaturen høj, generelt over 1000 ℃, og opvarmning til materialets bratkølingstemperatur er endnu mere udfordrende. På den anden side, på grund af dens høje varmebehandlingstemperatur, som er tæt på materialets smeltepunkt, selvom opvarmningshastigheden over afmagnetiseringspunktet falder, er den stadig hurtigere end ved konventionel varmebehandling, og den er svær at kontrollere, hvilket udgør en risiko for overophedning og smeltning af overfladen af ​​delene.

Den ringformede effekt er en af ​​de tre hovedeffekter af induktionsopvarmning og er også årsagen til vanskeligheden ved at opvarme det indre hul. Selv når du bruger en induktionsspole til at opvarme emnet, koncentrerer strømmen, der passerer gennem induktionsspolen, sig på den indre overflade af spolen. Ved opvarmning af den ydre overflade af emnet svarer den indre overflade af induktionsspolen til den ydre overflade af emnet, hvilket er befordrende for opvarmningen af ​​emnet. Men ved opvarmning af emnets indre huloverflade er retningen nøjagtigt modsat, hvilket reducerer induktionsspolens elektriske effektivitet betydeligt og ikke er befordrende for opvarmningen af ​​emnet. Når der udføres induktionsslukning på det indre hul i emnet, er varmeoverfladen desuden inde i emnet, og det er ikke let for operatøren at observere direkte udefra. Dette øger den operationelle vanskelighed til en vis grad.

For et bestemt produkts sfæriske leje (som vist i figur 1) er det nødvendigt at udføre sfærisk bratkøling med en diameter på 28 mm. Materialet er martensitisk rustfrit stål 20Cr13, og slukningshårdheden skal være inden for området 35 til 45 HRC. Udover de førnævnte opvarmningsvanskeligheder har dette emne en sfærisk varmeflade i stedet for et lige gennemgående indre hul, hvilket uundgåeligt fører til en forøgelse af mellemrummet mellem induktoren og emnets varmeoverflade. Dette reducerer den elektriske effektivitet yderligere. For at overvinde de negative virkninger af den ringformede effekt på opvarmningen af ​​emnet, sættes der sædvanligvis en magnetisk leder på induktoren for at ændre fordelingen af ​​magnetfeltet og tvinge strømmen til at fordele tættere på overfladen, hvor emnet skal opvarmes, og derved forbedre varmeeffekten. Imidlertid er det indre hul i dette emne relativt lille. Fjernes afstanden mellem induktoren og emnet samt størrelsen af ​​selve induktoren, er induktorens indvendige diameter mindre end 13 mm, hvilket gør det umuligt at installere en magnetisk leder. Til induktionshærdning af dette emne er den eneste måde at optimere procesparametrene og forbedre opvarmningsprocessen for at maksimere udstyrets kapacitet.

 

(2) Quenching Process Scheme

Bratkølingsprocesskemaet inkluderer opvarmningstid, bratkølingstemperatur og bratkølingsmedium.

Mange mennesker tror, ​​at højfrekvent induktionsslukning hører til øjeblikkelig opvarmning og kan nå slukningstemperaturen inden for få sekunder. Denne forståelse afspejler den generelle situation, men er ikke udtømmende. I nogle tilfælde vil opvarmningshastigheden være langsommere. Under nogle særlige omstændigheder, ved at reducere udgangsspændingen og andre midler til at sænke opvarmningshastigheden af ​​delene, kan det opfylde behovene for nogle specielle emner eller specielle tekniske krav. For dette emne, på grund af eksistensen af ​​mange ugunstige faktorer, er hurtig opvarmning ikke mulig. I betragtning af behovet for visuelle temperaturændringer og forebyggelse af overophedning eller endda overfladesmeltningsfænomener for at sikre bratkølingskvaliteten, er det nødvendigt at basere på en langsommere opvarmningshastighed for at garantere bratkølingskvaliteten. Hvis opvarmningshastigheden er for langsom, vil fordelen ved overfladehærdning gå tabt, og på grund af varmeledning vil det hærdede lag blive for stort. Praksis har vist, at styring af opvarmningstiden for dette emne inden for 2.5 til 3 minutter er relativt passende.

Emnets bratkølingstemperatur skal bestemmes ud fra ståltypen, den oprindelige mikrostruktur og opvarmningshastigheden i fasetransformationszonen. Under visse forhold, hvor ståltypen og den originale mikrostruktur er faste, bestemmes bratkølingstemperaturen hovedsageligt af opvarmningshastigheden. Jo hurtigere opvarmningshastigheden er, desto højere er den nødvendige bratkølingstemperatur. Opvarmningshastigheden for højfrekvent bratkøling er meget højere end for konventionel varmebehandling, så bratkølingstemperaturen for højfrekvent bratkøling er generelt højere end for konventionel varmebehandling. Af sfæriske lejer er der på grund af forskellige årsager mange vanskeligheder ved opvarmning, og bratkølingstemperaturen bør ikke være for høj. Jo højere bratkølingstemperaturen er, jo større er vanskeligheden ved at opnå den. Dette er også en af ​​grundene til at vælge en langsommere opvarmningshastighed. Selvom der blev valgt en langsommere opvarmningshastighed, hører den stadig til hurtig opvarmning. At overveje en langsommere opvarmningshastighed betyder, at austenitiseringstiden er længere end for hurtig opvarmning. Efter en omfattende analyse af forskellige faktorer bør bratkølingstemperaturen være ækvivalent med eller lidt højere end ved konventionel varmebehandling.

Martensitisk rustfrit stål har gode slukningsegenskaber. Når emnestørrelsen ikke er særlig stor, kan den køles fuldstændigt ved luftkøling alene. Den effektive tykkelse af sfæriske lejer er mindre end 10 mm, og de er overfladehærdede. Teoretisk bør luftkøling quenching vælges. På samme tid, i betragtning af den særlige situation med at vælge en lavere bratkølingstemperatur, for at sikre arbejdsemnets bratkølingseffekt og opfylde hårdhedskravene, har luftkøling uundgåeligt visse usikre faktorer. At vælge et hurtigere kølemedium til bratkøling og kompensation for den mulige fejl ved en lavere bratkølingstemperatur bliver et uundgåeligt valg. Oliens kølehastighed er væsentligt bedre end luftkølingens. Blandt forskellige quenching-medier er det et af de langsommere. Efter at arbejdsemnet er opvarmet til bratkølingstemperaturen og straks nedsænket i olie til bratkøling, kan bratkølingseffekten opnås. Den langsommere kølehastighed forårsager ikke defekter som revner, og den kan stabilt og effektivt opfylde de tekniske krav.

(3) Faktisk virkning

Efter at de sfæriske lejer var blevet slukket i henhold til ovenstående skema, var hårdheden af ​​de sfæriske overflader over 45HRC. Efter bratkøling og temperering ved 480 ℃ forblev hårdheden over 40HRC, og hårdhedsfordelingen af ​​hvert emne og hver del af emnet var ensartet og stabil, hvilket indikerer, at emnerne fuldt ud opfyldte bratkølingskravene. Succesen med bratkølingen af ​​dette emne giver en fordelagtig reference til bratkøling af emner i rustfrit stål med høj opvarmningsvanskelighed og overfladehærdning af indre huller.

2. Dybhærdende lags overfladehærdning af større dele

(1) Behandlingsproblemer

Overfladehærdningen af ​​dette emne anvender også den samtidige opvarmningsmetode. De største behandlingsvanskeligheder ligger i de begrænsninger, der pålægges af udstyrets effekt og strømfrekvens.

Højfrekvent bratkøling involverer hurtig opvarmning over en kort periode, hvilket kræver, at materialet opvarmes til en meget høj temperatur inden for kort tid. Tilstrækkelig varmeeffekt er nødvendig som fundament. Jo større den opvarmede overflade af emnet er, jo større er den nødvendige effekt. Når den opvarmede overflade er stor nok, bliver det vanskeligt at opnå samtidig opvarmning jævnt på grund af udstyrets effektbegrænsning.

Når emnet gennemgår induktionsopvarmning, bestemmes strømmens indtrængningsdybde af strømfrekvensen. Dette princip gør strømfrekvensen til den vigtigste faktor, der bestemmer dybden af ​​det hærdede lag. Den aktuelle frekvens af højfrekvent slukningsudstyr er generelt fast. For eksempel er den aktuelle frekvens af højfrekvent udstyr 200-300 kHz, svarende til en termisk indtrængningsdybde på 0.9-1.1 mm. Dette begrænser den yderligere uddybning af den hærdede lagdybde.

Trækstiften på et bestemt produkt (som vist i figur 2 for bratkølingsdelen) er en nøglekomponent i produktet. Den er lavet af 40Cr legeret konstruktionsstål og kræver højfrekvent bratkøling på den ydre runde overflade med en diameter på 89 mm. Slukningshårdheden skal være mellem 50 og 60 HRC, og dybden af ​​det hærdede lag skal være 2.5 til 4.5 mm. Dette emne kræver en større kølefladestørrelse. Udover behovet for en større effekt til opvarmning, er det mere væsentlige problem, der påvirker opvarmningen, at bratkølingsdelen er den konkave rille i emnet. Fremstillingen af ​​induktionsspolen er også et stort problem. Hvis induktionsspolen er fremstillet ved den konventionelle metode, det vil sige, at den indvendige diameter af induktionsspolen er lidt større end diameteren af ​​bratkølingsoverfladen, skal induktionsspolen fremstilles på stedet, hvilket er meget besværligt. Desuden kan arbejdsemnet kun bratkøles efter beskadigelse af induktionsspolen, og hvert arbejdsemne kræver en tilsvarende induktionsspole til højfrekvent overfladebratkøling, hvilket også har problemet med fabrikationsfejl for hver induktionsspole. Hvis induktionsspolens indvendige diameter er større end den tilstødende tværsnitsdiameter, det vil sige større end 111 mm, øges afstanden mellem induktionsspolen og bratkølingsdelen med 11 mm, og induktionens opvarmningseffektivitet vil blive betydeligt reduceret. Med hensyn til dybden af ​​det hærdede lag er området fra 2.5 til 4.5 mm 2.5 til 4.5 gange den normale termiske indtrængningsdybde. For at øge dybden af ​​det hærdede lag generelt kan princippet om varmeledning udnyttes, det vil sige, ved at udnytte den egenskab, at varme ledes fra overfladen til midten, kan varmelagets tykkelse øges. At stole udelukkende på varmeledningsmetoden kræver dog en stor temperaturforskel fra overfladen indad. Ofte, når den nødvendige dybde af det hærdede lag når bratkølingstemperaturen, er overfladetemperaturen allerede for høj, hvilket resulterer i defekter såsom overophedning og overbrænding af overfladestrukturen.

(2) Quenching Process Scheme

For at fuldføre bratkølingen af ​​dette emne blev en induktionsvarmer fremstillet specielt, og proceskontrollen blev styrket ved at anvende intermitterende opvarmningstilstand.

Under hensyntagen til de forskellige egenskaber ved trækstiften ændrede vi den traditionelle produktionsmetode for sensoren og lavede sensoren i form af en halvcirkel. Dette overvinder de førnævnte vanskeligheder ved den traditionelle sensor med at udføre højfrekvent bratkøling på dette emne. Det kan opnå den bedst mulige afstandsmatch mellem føleren og varmefladen, og det er også praktisk at adskille emnet fra føleren til bratkøling. I den specifikke operationsimplementering roteres emnet koncentrisk i forhold til sensoren for at opnå øjeblikkelig opvarmning af halvcirklen og den samlede opvarmning af alle bratkølende overflader (se figur 3).

Som tidligere nævnt, når stålmaterialer opvarmes til en bestemt temperatur, vil de miste deres magnetisme, og opvarmningshastigheden vil falde flere gange. Under selve opvarmningsprocessen, når et tyndt lag, der overstiger afmagnetiseringspunktet, vises på overfladen, vil intensiteten af ​​hvirvelstrømme ved krydset, der støder op til dette tynde lag, pludselig stige og blive den del med den hurtigste opvarmningshastighed. Der vil være et fænomen, hvor opvarmningshastigheden af ​​højtemperatur-overfladelaget falder, mens krydset opvarmes hurtigere og bevæger sig indad. Dette fænomen er gavnligt til at øge dybden af ​​det hærdede lag, men opvarmningshastigheden af ​​højtemperatur-overfladelaget er meget hurtigere end for samlingsområdet i laget. Tendensen til overophedning og overbrænding i overfladelaget er stadig meget alvorlig. På dette tidspunkt er det nødvendigt at finde den optimale konfiguration af parametre som spænding og opvarmningshastighed, streng kontrol af opvarmningsprocessen og forsøge at øge dybden af ​​det hærdede lag, samtidig med at kvaliteten sikres.

Kravet til dybden af ​​det hærdede lag af trækstiften er ret stort. Selvom parametrene alene er tilstrækkelige til fuldt ud at opfylde de tekniske krav, er der stadig en mangel i forhold til andre teknikker. Intermitterende opvarmning anvendes, det vil sige, når temperaturen ikke har nået bratkølingstemperaturen, stoppes opvarmningen midlertidigt for at lade mere varme fra overfladen lede indad. Derefter genoptages opvarmningen. Dette svarer til at øge varmeledningstiden og reducere temperaturgradienten fra overfladen til det indre. Denne proces gentages flere gange for at sikre, at overfladetemperaturen ikke stiger for højt og ikke forårsager overophedning eller overbrænding. Formålet er at opnå en mere ensartet opnåelse af bratkølingstemperaturen inden for 2.5 til 4.5 mm fra overfladen indad.

(3) Faktisk virkning

Efter at have truffet foranstaltninger såsom at forbedre design af sensoren, optimere procesparametrene og intermitterende opvarmning, kan overfladehårdheden af ​​trækstiften efter højfrekvent bratkøling holdes stabilt på omkring 55HRC, med dybden af ​​det hærdede lag på mere end 3 mm. Brugen af ​​højfrekvent bratkøling har opfyldt dybdekravet til det hærdede lag, der er egnet til mellemfrekvent bratkøling. På grund af forbedringen af ​​sensoren kan arbejdsemnet desuden bratkøles kontinuerligt og et efter et, hvilket effektivt forbedrer arbejdseffektiviteten.

3. Forhold, der skal tages til efterretning

For at sikre forarbejdningskvaliteten skal følgende punkter tages i betragtning:

(1) Vedligeholdelse af udstyr er af største vigtighed. Afstanden mellem højfrekvensinduktoren og emnet bør holdes så lille som muligt for at minimere det elektriske energitab og sikre det maksimale effektbehov for samtidig opvarmning.

(2) Den mest almindelige form for induktoren er lavet ved at bøje kobberrør til en spiralform. Ved design og fremstilling af sådanne induktorer bør kobberrør med større diameter anvendes så meget som muligt, og antallet af omdrejninger bør reduceres for at sænke den induktive reaktans og sikre opvarmningseffektiviteten.

4. konklusion

Højfrekvent induktionsslukning er en kompleks proces og falder ind under kategorien speciel varmebehandling i varmebehandling. Desuden er det endnu mere udfordrende at opnå samtidig opvarmning. I den faktiske drift skal forskellige faktorer såsom udstyrseffekt, arbejdsfrekvens, induktor, varmebehandlingsparametre, materialemikrostrukturtransformation, quenching medium og kølemetode overvejes grundigt for at opnå den optimale koordinering af disse faktorer. Dette vil maksimere udstyrets potentiale og opfylde behovene for samtidig opvarmning og bratkøling af flere varianter og små-batch-emner så meget som muligt.

Hvis du har spørgsmål, er du velkommen til at kontakte os på info@castings-forging.com