Sport

Instalacja nagrzewania indukcyjnego do hartowania części metodą wysokiej częstotliwości. Sprzęt do hartowania HDTV. Zalety hartowania prądami o wysokiej częstotliwości

Nagrzewanie indukcyjne następuje w wyniku umieszczenia przedmiotu obrabianego w pobliżu przewodu przemiennego prąd elektryczny, który nazywa się cewką indukcyjną. Kiedy przez cewkę przepływa prąd wysokiej częstotliwości (HFC), powstaje pole elektromagnetyczne, a jeśli w tym polu znajduje się produkt metalowy, wówczas wzbudza się w nim siłę elektromotoryczną, co powoduje przejście przez produkt prąd przemienny o tej samej częstotliwości co prąd cewki indukcyjnej.

W ten sposób indukowany jest efekt termiczny, który powoduje nagrzewanie się produktu. Moc cieplna P uwolniona w nagrzanej części będzie równa:

gdzie K jest współczynnikiem zależnym od konfiguracji produktu i wielkości szczeliny utworzonej między powierzchniami produktu a cewką indukcyjną; Iin - aktualna siła; f – częstotliwość prądu (Hz); r – oporność elektryczna (om cm); m – przenikalność magnetyczna (G/E) stali.

Na proces ogrzewanie indukcyjne istotny wpływ wywiera zjawisko fizyczne zwane efektem powierzchniowym (naskórkowym): prąd indukowany jest głównie w warstwach powierzchniowych, a przy wysokich częstotliwościach gęstość prądu w rdzeniu części jest niewielka. Głębokość nagrzanej warstwy szacuje się według wzoru:

Zwiększenie częstotliwości prądu pozwala na skoncentrowanie znacznej mocy w małej objętości nagrzewanej części. Dzięki temu realizowane jest szybkie nagrzewanie (do 500 C/s).

Parametry nagrzewania indukcyjnego

Nagrzewanie indukcyjne charakteryzuje się trzema parametrami: gęstością mocy, czasem nagrzewania i częstotliwością prądu. Moc właściwa to moc zamieniona na ciepło na 1 cm2 powierzchni nagrzanego metalu (kW/cm2). Szybkość nagrzewania produktu zależy od konkretnej mocy: im wyższa, tym szybciej następuje nagrzewanie.

Czas ogrzewania określa całkowitą ilość przekazanej energii cieplnej, a co za tym idzie, osiągniętą temperaturę. Ważne jest również, aby wziąć pod uwagę częstotliwość prądu, ponieważ od niej zależy głębokość utwardzonej warstwy. Częstotliwość prądu i głębokość nagrzanej warstwy są w odwrotnej zależności (drugi wzór). Im wyższa częstotliwość, tym mniejsza nagrzana objętość metalu. Wybierając konkretną wartość mocy, czas nagrzewania i częstotliwość prądu, można w szerokim zakresie zmieniać końcowe parametry nagrzewania indukcyjnego – twardość i głębokość warstwy utwardzonej podczas hartowania czy nagrzaną objętość podczas nagrzewania do tłoczenia.

W praktyce kontrolowanymi parametrami ogrzewania są parametry elektryczne generatora prądu (moc, prąd, napięcie) i czas trwania ogrzewania. Za pomocą pirometrów można również rejestrować temperaturę ogrzewania metalu. Ale częściej nie ma potrzeby stałej kontroli temperatury, ponieważ wybierany jest optymalny tryb ogrzewania, co zapewnia stała jakość hartowanie lub podgrzewanie telewizora HDTV. Optymalny tryb hartowania wybiera się poprzez zmianę parametrów elektrycznych. W ten sposób utwardza się kilka części. Następnie części poddawane są analizie laboratoryjnej, podczas której rejestruje się twardość, mikrostrukturę, rozkład warstwy utwardzonej w głębokości i w płaszczyźnie. W przypadku niedogrzania w strukturze stali podeutektoidalnych obserwuje się resztkowy ferryt; Po przegrzaniu pojawia się martenzyt gruboigłowy. Oznaki uszkodzeń podczas ogrzewania HDTV są takie same jak w przypadku klasycznych technologii obróbki cieplnej.

Podczas utwardzania powierzchniowego nagrzewanie wysoką częstotliwością odbywa się do ponad wysoka temperatura niż w przypadku konwencjonalnego hartowania objętościowego. Dzieje się tak z dwóch powodów. Po pierwsze, przy bardzo dużej szybkości nagrzewania wzrastają temperatury punktów krytycznych, w których następuje przejście perlitu w austenit, a po drugie, konieczne jest, aby przemiana ta zakończyła się w bardzo krótkim czasie nagrzewania i przetrzymywania.

Pomimo tego, że nagrzewanie podczas hartowania wysoką częstotliwością odbywa się do wyższej temperatury niż podczas normalnego hartowania, metal nie przegrzewa się. Dzieje się tak, ponieważ ziarno stali po prostu nie ma czasu na wzrost w bardzo krótkim czasie. Warto również zaznaczyć, że w porównaniu do hartowania objętościowego twardość po hartowaniu wysoką częstotliwością jest wyższa o około 2-3 jednostki HRC. Zapewnia to wyższą odporność na zużycie i twardość powierzchni części.

Zalety hartowania prądami o wysokiej częstotliwości

wysoka produktywność procesu
łatwość regulacji grubości utwardzanej warstwy
minimalne wypaczenie
prawie całkowita nieobecność skala
możliwość całkowitej automatyzacji całego procesu
możliwość umieszczenia jednostki hartowniczej w toku obróbki.

Najczęściej hartowanie powierzchniowe wysoką częstotliwością stosuje się do części wykonanych z Stal węglowa o zawartości 0,4-0,5% C. Stale te po hartowaniu mają twardość powierzchniową 55-60 HRC. Przy wyższej zawartości węgla istnieje ryzyko pęknięć w wyniku nagłego ochłodzenia. Oprócz stali węglowych stosuje się również niskostopową stal chromową, chromowo-niklową, chromowo-krzemową i inne stale.

Urządzenia do wykonywania hartowania indukcyjnego (HFC)

Hartowanie indukcyjne wymaga specjalnego wyposażenie technologiczne, który składa się z trzech głównych elementów: źródła zasilania - generatora prądu o wysokiej częstotliwości, cewki indukcyjnej i urządzenia do ruchomych części maszyny.

Generatory prądu wysokiej częstotliwości to maszyny elektryczne, które różnią się fizycznymi zasadami powstawania w nich prądu elektrycznego.

Urządzenia elektroniczne działające na zasadzie lamp próżniowych, które przekształcają prąd stały na prąd przemienny o wysokiej częstotliwości - generatory lampowe.
Elektryczne urządzenia maszynowe działające na zasadzie indukowania prądu elektrycznego w przewodniku poruszającym się w polu magnetycznym, przetwarzające trójfazowy prąd przemysłowy o częstotliwości na prąd przemienny o wysokiej częstotliwości - generatory maszynowe.
Urządzenia półprzewodnikowe działające na zasadzie urządzeń tyrystorowych przetwarzających prąd stały na prąd przemienny o wysokiej częstotliwości - przetwornice tyrystorowe (generatory statyczne).

Generatory wszystkich typów różnią się częstotliwością i mocą generowanego prądu

Rodzaje generatorów Moc, kW Częstotliwość, kHz Sprawność

Lampa 10 - 160 70 - 400 0,5 - 0,7

Maszyna 50 - 2500 2,5 - 10 0,7 - 0,8

Tyrystor 160 - 800 1 - 4 0,90 - 0,95

Hartowanie powierzchniowe małych części (igły, styki, końcówki sprężyn) odbywa się za pomocą generatorów mikroindukcyjnych. Wytwarzana przez nie częstotliwość sięga 50 MHz, czas nagrzewania do hartowania wynosi 0,01-0,001 s.

Metody utwardzania HDTV

Ze względu na proces nagrzewania rozróżnia się hartowanie indukcyjne ciągłe i sekwencyjne oraz hartowanie symultaniczne.

Hartowanie ciągłe i sekwencyjne stosowany na długie części o stałym przekroju (wały, osie, powierzchnie płaskie wyrobów długich). Nagrzana część porusza się w cewce indukcyjnej. Obszar części znajdujący się w pewnym momencie w strefie wpływu cewki indukcyjnej jest podgrzewany do temperatury hartowania. Na wyjściu z cewki sekcja wchodzi do strefy chłodzenia natryskowego. Wadą tej metody ogrzewania jest niska wydajność procesu. Aby zwiększyć grubość utwardzonej warstwy, konieczne jest wydłużenie czasu nagrzewania poprzez zmniejszenie prędkości ruchu części w cewce indukcyjnej. Jednoczesne hartowanie polega na jednoczesnym nagrzewaniu całej utwardzanej powierzchni.

Efekt samoodpuszczania po utwardzeniu

Po zakończeniu nagrzewania powierzchnia jest chłodzona natryskiem lub strumieniem wody bezpośrednio do wzbudnika lub w osobnym urządzeniu chłodzącym. Chłodzenie to pozwala na hartowanie dowolnej konfiguracji. Dozując chłodzenie i zmieniając czas jego trwania, można uzyskać efekt samoodpuszczania w stali. Ten efekt polega na odprowadzeniu ciepła nagromadzonego podczas nagrzewania w rdzeniu części na powierzchnię. Innymi słowy, gdy warstwa powierzchniowa ostygnie i ulegnie przemianie martenzytycznej, w warstwie podpowierzchniowej nadal zatrzymywana jest pewna ilość energii cieplnej, której temperatura może osiągnąć niską temperaturę odpuszczania. Po zakończeniu chłodzenia energia ta zostanie przeniesiona na powierzchnię w wyniku różnicy temperatur. Dzięki temu nie ma potrzeby wykonywania dodatkowych operacji hartowania stali.

Projektowanie i produkcja cewek do hartowania wysokich częstotliwości

Cewka indukcyjna wykonana jest z rurek miedzianych, przez które przepuszczana jest woda podczas procesu nagrzewania. Zapobiega to przegrzaniu i spaleniu cewek podczas pracy. Produkowane są również cewki indukcyjne połączone z urządzeniem utwardzającym - rozpylaczem: na wewnętrznej powierzchni takich cewek znajdują się otwory, przez które chłodziwo wpływa na nagrzaną część.

Aby zapewnić równomierne ogrzewanie, konieczne jest wykonanie induktora w taki sposób, aby odległość od induktora do wszystkich punktów na powierzchni produktu była taka sama. Zwykle odległość ta wynosi 1,5-3 mm. Podczas utwardzania produktu o prostym kształcie warunek ten można łatwo spełnić. Aby zapewnić równomierne utwardzanie, część należy przesuwać i (lub) obracać w cewce indukcyjnej. Osiąga się to poprzez zastosowanie specjalnych urządzeń - centrów lub stołów hartowniczych.

Opracowanie projektu cewki indukcyjnej wiąże się przede wszystkim z określeniem jej kształtu. W tym przypadku opierają się one na kształcie i wymiarach utwardzanego produktu oraz sposobie hartowania. Ponadto przy wytwarzaniu cewek brany jest pod uwagę charakter ruchu części względem cewki indukcyjnej. Pod uwagę brana jest również wydajność i wydajność grzewcza.

Chłodzenie części można zastosować na trzy sposoby: natryskiwanie wodą, przepływ wody, zanurzenie części w ośrodku hartującym. Chłodzenie natryskowe można przeprowadzić zarówno w natryskiwaczach indukcyjnych, jak iw specjalnych komorach hartowniczych. Chłodzenie przepływowe pozwala wytworzyć nadciśnienie około 1 atm, co przyczynia się do bardziej równomiernego chłodzenia części. Aby zapewnić intensywne i równomierne chłodzenie, konieczne jest, aby woda przemieszczała się po chłodzonej powierzchni z prędkością 5-30 m/s.

Wytrzymałość elementów jest szczególnie krytyczna konstrukcje stalowe w dużej mierze zależy od stanu węzłów. Powierzchnia części odgrywa ważną rolę. Aby nadać mu niezbędną twardość, trwałość czy lepkość, przeprowadza się operacje obróbki cieplnej. Wzmocnij powierzchnię części różne metody. Jednym z nich jest hartowanie prądami o wysokiej częstotliwości, czyli HDTV. Jest to jedna z najpowszechniejszych i bardzo produktywnych metod podczas wielkoseryjnej produkcji różnorodnych elementów konstrukcyjnych.

Obróbce cieplnej poddawane są zarówno całe części, jak i poszczególne sekcje. W tym przypadku celem jest osiągnięcie określonego poziomu wytrzymałości, a tym samym zwiększenie żywotności i wydajności.

Technologia stosowana jest do wzmacniania elementów urządzeń technologicznych i transportu, a także do hartowania różnorodnych narzędzi.

Istota technologii

Utwardzanie HDTV jest ulepszeniem cechy wytrzymałościowe części ze względu na zdolność prądu elektrycznego (o zmiennej amplitudzie) do penetracji powierzchni części, poddając ją nagrzewaniu. Głębokość penetracji ze względu na pole magnetyczne może być różna. Równolegle z nagrzewaniem powierzchniowym i hartowaniem, rdzeń zespołu może w ogóle nie nagrzać się lub może jedynie nieznacznie podnieść jego temperaturę. Warstwa powierzchniowa przedmiotu obrabianego tworzy wymaganą grubość, wystarczającą do przejścia prądu elektrycznego. Warstwa ta reprezentuje głębokość penetracji prądu elektrycznego.

Eksperymenty to udowodniły zwiększenie częstotliwości prądu pomaga zmniejszyć głębokość penetracji. Fakt ten otwiera możliwości regulacji i produkcji części z minimalną warstwą utwardzoną.

Obróbka cieplna telewizorów HDTV odbywa się w specjalnych instalacjach - generatorach, powielaczach, przetwornicach częstotliwości, które umożliwiają regulację w wymaganym zakresie. Oprócz charakterystyki częstotliwościowej na końcowe hartowanie wpływają wymiary i kształt części, materiał produkcyjny i zastosowana cewka indukcyjna.

Ujawnił się także następujący wzór – im mniejszy produkt i im prostszy kształt, tym lepszy proces utwardzania. Jednocześnie maleje całkowite zużycie instalacja elektryczna.

Cewka jest miedziana. Często na wewnętrznej powierzchni znajdują się dodatkowe otwory przeznaczone do dostarczania wody podczas chłodzenia. W tym przypadku procesowi towarzyszy pierwotne ogrzewanie, a następnie chłodzenie bez zasilania prądem. Konfiguracje cewek są różne. Wybrane urządzenie zależy bezpośrednio od obrabianego przedmiotu. Niektóre urządzenia nie mają otworów. W takiej sytuacji część jest chłodzona w specjalnym zbiorniku hartowniczym.

Głównym wymaganiem w procesie hartowania o wysokiej częstotliwości jest utrzymanie stałej szczeliny pomiędzy cewką indukcyjną a produktem. Przy zachowaniu danego interwału jakość hartowania staje się najwyższa.

Utwardzanie można przeprowadzić na jeden z następujących sposobów::

Ciągły-sekwencyjny: część jest nieruchoma, a cewka porusza się wzdłuż swojej osi.
Jednoczesne: produkt porusza się, a cewka indukcyjna porusza się odwrotnie.
Sekwencyjne: różne części są przetwarzane jedna po drugiej.

Cechy instalacji indukcyjnej

Instalacja do hartowania wysokiej częstotliwości to generator wysokiej częstotliwości wraz z wzbudnikiem. Przedmiot obrabiany znajduje się zarówno w samej cewce, jak i obok niej. Składa się z cewki, na którą nawinięta jest miedziana rurka.

Zmienny prąd elektryczny przepływający przez cewkę indukcyjną wytwarza pole elektromagnetyczne, które przenika do przedmiotu obrabianego. Prowokuje rozwój prądów wirowych (prądów Foucaulta), które przedostają się do struktury części i zwiększają jej temperaturę.

Główną cechą technologii– wnikanie prądów wirowych w strukturę powierzchniową metalu.

Zwiększenie częstotliwości otwiera możliwość koncentracji ciepła na niewielkim obszarze części. Zwiększa to szybkość wzrostu temperatury i może osiągnąć nawet 100–200 stopni/s. Stopień twardości wzrasta do 4 jednostek, co jest wykluczone podczas hartowania objętościowego.

Nagrzewanie indukcyjne – charakterystyka

Stopień nagrzania indukcyjnego zależy od trzech parametrów – mocy właściwej, czasu nagrzewania, częstotliwości prądu elektrycznego. Moc określa czas spędzony na nagrzewaniu części. Odpowiednio, przy większej wartości, spędza się mniej czasu.

Czas nagrzewania charakteryzuje się całkowitą objętością wydatkowanego ciepła i powstałą temperaturą. Częstotliwość, jak wspomniano powyżej, decyduje o głębokości wnikania prądów i powstającej utwardzonej warstwie. Cechy te mają odwrotną zależność. Wraz ze wzrostem częstotliwości maleje masa objętościowa nagrzanego metalu.

To właśnie te 3 parametry pozwalają na regulację stopnia twardości i głębokości warstwy, a także objętości nagrzewania, w szerokim zakresie.

Praktyka pokazuje, że cechy są kontrolowane agregat prądotwórczy(wartości napięcia, mocy i prądu), a także czas nagrzewania. Stopień nagrzania części można kontrolować za pomocą pirometru. Jednak ogólnie rzecz biorąc, ciągłe monitorowanie temperatury nie jest wymagane, ponieważ Istnieją optymalne tryby ogrzewania HDTV, które zapewniają stabilną jakość. Odpowiedni tryb jest wybierany z uwzględnieniem zmienionych właściwości elektrycznych.

Po stwardnieniu produkt wysyłany jest do laboratorium w celu przeprowadzenia badań. Badana jest twardość, struktura, głębokość i płaszczyzna rozłożonej warstwy utwardzającej.

Hartowanie powierzchniowe Telewizor HD towarzyszy wysoka temperatura w porównaniu z procesem konwencjonalnym. To zostało wyjaśnione w następujący sposób. Po pierwsze, duże tempo wzrostu temperatury przyczynia się do wzrostu punktów krytycznych. Po drugie, konieczne jest zapewnienie zakończenia przemiany perlitu w austenit w krótkim czasie.

Hartowaniu wysoką częstotliwością, w porównaniu z procesem konwencjonalnym, towarzyszy wyższe nagrzewanie. Jednak metal nie przegrzewa się. Wyjaśnia to fakt, że elementy ziarniste w konstrukcji stalowej nie mają czasu na wzrost w minimalnym czasie. Ponadto hartowanie objętościowe ma niższą wytrzymałość do 2-3 jednostek. Po hartowaniu wysoką częstotliwością część ma większą odporność na zużycie i twardość.

Jak wybierana jest temperatura?

Należy dołączyć zgodność z technologią właściwy wybór Zakres temperatury. Zasadniczo wszystko będzie zależeć od przetwarzanego metalu.

Stal dzieli się na kilka typów:

Podeutektoid – zawartość węgla do 0,8%;
Nadeutektoid – ponad 0,8%.

Stal podeutektoidalną nagrzewa się nieco powyżej temperatury wymaganej do przekształcenia perlitu i ferrytu w austenit. Zakres od 800 do 850 stopni. Następnie część z wysoka prędkość ochładza się. Po szybkim ochłodzeniu austenit przekształca się w martenzyt, który charakteryzuje się dużą twardością i wytrzymałością. Przy krótkim czasie przetrzymywania otrzymuje się austenit o strukturze drobnoziarnistej, a także martenzyt drobnoigłowy. Stal zyskuje wysoką twardość i niską kruchość.

Stal nadeutektoidalna nagrzewa się mniej. Zakres od 750 do 800 stopni. W takim przypadku przeprowadza się niepełne utwardzanie. Wyjaśnia to fakt, że taka temperatura pozwala zachować w strukturze pewną objętość cementytu, który ma wyższą twardość w porównaniu z martenzytem. Podczas szybkiego chłodzenia austenit przekształca się w martenzyt. Cementyt jest konserwowany przez małe wtrącenia. W strefie tej zatrzymuje się również węgiel, który nie całkowicie się rozpuścił i zamienił się w stały węglik.

Zalety technologii

Tryby sterowania;
Zastąpienie stali stopowej stalą węglową;
Jednolity proces ogrzewania produktu;
Możliwość całkowitego nieogrzania całej części. Zmniejszone zużycie energii;
Wysoka wynikowa wytrzymałość obrabianego przedmiotu;
Nie ma procesu utleniania, nie spala się węgla;
Brak mikropęknięć;
Nie ma żadnych wypaczonych punktów;
Ogrzewanie i utwardzanie niektórych obszarów produktów;
Skrócenie czasu poświęconego na procedurę;
Wprowadzenie instalacji wysokiej częstotliwości do linii produkcyjnych podczas produkcji części.

Wady

Główną wadą rozważanej technologii jest znaczna cena instalacji. Z tego powodu wykonalność zastosowania jest uzasadniona tylko w produkcji na dużą skalę i wyklucza możliwość samodzielnego wykonania pracy w domu.

Bardziej szczegółowo przestudiuj działanie i zasadę działania instalacji w prezentowanych filmach.

Dzięki induktorowi w instalacji generowany jest prąd o wysokiej częstotliwości, który umożliwia podgrzanie produktu umieszczonego w bliskiej odległości od induktora. Instalacja indukcyjna idealnie nadaje się do hartowania wyrobów metalowych. To właśnie w instalacji HDTV można w przejrzysty sposób zaprogramować: pożądaną głębokość wnikania ciepła, czas utwardzania, temperaturę nagrzewania i proces chłodzenia.

Po raz pierwszy do hartowania zastosowano sprzęt indukcyjny po propozycji otrzymanej od V.P. Wołodin w 1923 r. Po wielu próbach i testach nagrzewania o wysokiej częstotliwości, w 1935 roku zaczęto go stosować do hartowania stali. Instalacje do hartowania wysoką częstotliwością są zdecydowanie najbardziej produktywną metodą obróbki cieplnej wyrobów metalowych.

Dlaczego indukcja jest lepsza do hartowania

Hartowanie wysokiej częstotliwości części metalowych przeprowadza się w celu zwiększenia odporności wierzchniej warstwy produktu na uszkodzenia mechaniczne, natomiast środek przedmiotu obrabianego ma zwiększoną lepkość. Należy zauważyć, że rdzeń produktu pozostaje całkowicie niezmieniony podczas hartowania wysoką częstotliwością.
Instalacja indukcyjna ma wiele bardzo istotnych zalet w porównaniu do typy alternatywne ogrzewanie: jeśli wcześniej instalacje HDTV były bardziej nieporęczne i niewygodne, teraz ta wada została naprawiona, a sprzęt stał się uniwersalny do obróbki cieplnej wyrobów metalowych.

Zalety urządzeń indukcyjnych

Jedną z wad jednostki do hartowania indukcyjnego jest brak możliwości obróbki niektórych produktów o skomplikowanych kształtach.

Rodzaje hartowania metali

Istnieje kilka rodzajów hartowania metali. W przypadku niektórych produktów wystarczy podgrzać metal i natychmiast go schłodzić, w przypadku innych konieczne jest utrzymanie go w określonej temperaturze.
Istnieć następujące typy hartowanie:

Hartowanie stacjonarne: stosowane z reguły do części o małej płaskiej powierzchni. Położenie części i cewki indukcyjnej podczas stosowania tej metody hartowania pozostaje niezmienione.
Hartowanie ciągłe-sekwencyjne: stosowane do hartowania wyrobów cylindrycznych lub płaskich. Podczas hartowania ciągłego i sekwencyjnego część może przesuwać się pod cewką indukcyjną lub utrzymywać swoje położenie bez zmian.
Hartowanie styczne produktów: doskonałe do obróbki małych części o kształcie cylindrycznym. Hartowanie styczne, ciągłe i sekwencyjne, obraca produkt raz podczas całego procesu obróbki cieplnej.
Instalacja do hartowania wysokiej częstotliwości to sprzęt, który może zapewnić wysokiej jakości utwardzanie produktu, a jednocześnie oszczędzać zasoby produkcyjne.

Wiele krytycznych części ulega ścieraniu i jednocześnie jest narażonych na obciążenia udarowe. Części takie muszą charakteryzować się dużą twardością powierzchni, dobrą odpornością na zużycie, a jednocześnie nie być kruche, czyli nie ulegać zniszczeniu pod wpływem uderzeń.

Wysoką twardość powierzchniową części przy zachowaniu ciągliwego i mocnego rdzenia uzyskuje się poprzez hartowanie powierzchniowe.

Z nowoczesne metody Hartowanie powierzchniowe jest najczęściej stosowane w inżynierii mechanicznej: hartowanie po podgrzaniu prądy wysokiej częstotliwości (HFC); hartowanie płomieniowe i utwardzanie elektrolitowe.

Wybór jednej lub drugiej metody utwardzania powierzchni zależy od wykonalności technologicznej i ekonomicznej.

Hartowanie poprzez nagrzewanie prądami o wysokiej częstotliwości. Metoda ta jest jedną z najbardziej produktywnych metod utwardzania powierzchniowego metali. Odkrycie tej metody i rozwój jej podstaw technologicznych należy do utalentowanego rosyjskiego naukowca V. P. Wołodina.

Ogrzewanie wysoką częstotliwością opiera się na następującym zjawisku. Kiedy przemienny prąd elektryczny o wysokiej częstotliwości przepływa przez miedzianą cewkę indukcyjną, wokół niej powstaje pole magnetyczne, które wnika w stalową część umieszczoną w cewce i indukuje w niej prądy wirowe Foucaulta. Prądy te powodują nagrzewanie się metalu.

Funkcja ogrzewania Telewizor HD polega na tym, że prądy wirowe indukowane w stali nie rozkładają się równomiernie w przekroju części, ale są wypychane w kierunku powierzchni. Nierównomierny rozkład prądów wirowych prowadzi do nierównomiernego nagrzewania: warstwy powierzchniowe bardzo szybko nagrzewają się do wysokich temperatur, a rdzeń albo nie nagrzewa się wcale, albo nagrzewa się nieznacznie ze względu na przewodność cieplną stali. Grubość warstwy, przez którą przepływa prąd, nazywana jest głębokością penetracji i oznaczona literą δ.

Grubość warstwy zależy głównie od częstotliwości prądu przemiennego, rezystywności metalu i przenikalności magnetycznej. Zależność tę określa wzór

δ = 5,03-10 4 pierwiastek z (ρ/μν) mm,

gdzie ρ jest opornością elektryczną, om mm2/m;

μ, - przenikalność magnetyczna, gs/e;

w - częstotliwość, Hz.

Ze wzoru widać, że wraz ze wzrostem częstotliwości głębokość penetracji prądów indukcyjnych maleje. Prąd o wysokiej częstotliwości do nagrzewania indukcyjnego części uzyskiwany jest z generatorów.

Wybierając częstotliwość prądu, oprócz warstwy nagrzanej, należy wziąć pod uwagę kształt i wymiary części, aby uzyskać wysoką jakość utwardzenia powierzchni i oszczędnie wykorzystać energię elektryczną instalacji wysokiej częstotliwości.

Cewki miedziane mają ogromne znaczenie dla wysokiej jakości ogrzewania części.

Najpopularniejsze cewki indukcyjne mają wewnątrz system małych otworów, przez które doprowadzana jest woda chłodząca. Taka cewka indukcyjna jest zarówno urządzeniem grzewczym, jak i chłodzącym. Gdy tylko część umieszczona w cewce nagrzeje się do zadanej temperatury, prąd automatycznie się wyłączy, a z otworów induktora wypłynie woda i ochłodzi powierzchnię części za pomocą sprayu (prysznica wodna).

Części można również podgrzewać w cewkach indukcyjnych, które nie są wyposażone w urządzenia natryskowe. W takich cewkach części po podgrzaniu są wrzucane do zbiornika hartowniczego.

Hartowanie wysoką częstotliwością odbywa się głównie metodami symultanicznymi i ciągło-sekwencyjnymi. W metodzie jednoczesnej hartowana część obraca się wewnątrz stacjonarnego induktora, którego szerokość jest równa powierzchni utwardzanej. Po upływie określonego czasu nagrzewania przekaźnik czasowy wyłącza prąd z generatora, a inny przekaźnik, sprzężony z pierwszym, włącza dopływ wody, która wypływa z otworów induktora małymi, ale silnymi strumieniami i chłodzi część .

W metodzie ciągłej sekwencyjnej część jest nieruchoma, a cewka porusza się wzdłuż niej. W tym przypadku następuje sekwencyjne nagrzewanie utwardzonej części części, po czym sekcja wpada pod strumień wody z urządzenia natryskowego znajdującego się w pewnej odległości od wzbudnika.

Części płaskie są utwardzane w cewkach indukcyjnych pętlowych i zygzakowych, natomiast przekładnie z małym modułem są utwardzane w cewkach pierścieniowych w sposób symultaniczny. Makrostruktura warstwy hartowanej drobnomodułowej przekładni samochodowej wykonanej ze stali w gatunku PPZ-55 (stal o obniżonej hartowności). Mikrostruktura utwardzonej warstwy to drobnoigłowy martenzyt.

Twardość warstwy wierzchniej części utwardzanych przez nagrzewanie wysoką częstotliwością wynosi 3-4 jednostki HRC wyższa niż twardość przy konwencjonalnym hartowaniu objętościowym.

Aby zwiększyć wytrzymałość rdzenia, części poddaje się ulepszaniu lub normalizacji przed hartowaniem za pomocą ciepła o wysokiej częstotliwości.

Zastosowanie nagrzewania o wysokiej częstotliwości do utwardzania powierzchniowego części maszyn i narzędzi pozwala znacznie skrócić czas trwania proces technologiczny obróbka cieplna. Ponadto metoda ta umożliwia wytwarzanie zmechanizowanych i zautomatyzowanych jednostek do hartowania części, które są instalowane w ogólnym przepływie warsztatów obróbczych. Dzięki temu nie ma konieczności transportu części do specjalnych cieplarni i zapewniona jest płynna praca. linie produkcyjne i linie montażowe.

Hartowanie powierzchniowe płomieniem. Metoda ta polega na nagrzaniu powierzchni części stalowych płomieniem acetylenowo-tlenowym do temperatury o 50-60°C wyższej od górnego punktu krytycznego C 3 , a następnie szybkie schładzanie za pomocą prysznica wodnego.

Istota procesu hartowania płomieniowego polega na tym, że ciepło dostarczane przez płomień gazowy z palnika do hartowanej części koncentruje się na jej powierzchni i znacznie przewyższa ilość ciepła rozprowadzanego w głąb metalu. W wyniku działania takiego pola temperaturowego powierzchnia części najpierw szybko nagrzewa się do temperatury hartowania, następnie ochładza się, a rdzeń części praktycznie pozostaje nieutwardzony i po ochłodzeniu nie zmienia swojej struktury i twardości.

Hartowanie płomieniowe stosowane jest w celu wzmocnienia i zwiększenia odporności na zużycie tak dużych i ciężkich części stalowych jak wały korbowe pras mechanicznych, przekładnie wielkomodułowe, zęby łyżek koparek itp. Oprócz części stalowych produkowane są części z żeliwa szarego i perlitycznego. poddawane hartowaniu płomieniowemu, np. prowadnice łóż maszyn do cięcia metalu.

Hartowanie płomieniowe dzieli się na cztery typy:

a) sekwencyjne, gdy palnik hartowniczy z chłodziwem przesuwa się po powierzchni obrabianej części stacjonarnej;

b) hartowanie obrotowe, podczas którego palnik z chłodziwem pozostaje nieruchomy, a hartowana część obraca się;

c) sekwencyjny z obrotem części, gdy część obraca się w sposób ciągły i wzdłuż niej porusza się palnik hartujący z chłodziwem;

d) lokalny, w którym część stacjonarna jest podgrzewana do zadanej temperatury utwardzania za pomocą palnika stacjonarnego, po czym jest chłodzona strumieniem wody.

Metoda hartowania płomieniowego walca, który obraca się z określoną prędkością, a palnik pozostaje nieruchomy. Temperatura ogrzewania jest kontrolowana za pomocą miliskopu.

W zależności od przeznaczenia części, głębokość utwardzonej warstwy wynosi zwykle 2,5-4,5 mm.

Głównymi czynnikami wpływającymi na głębokość hartowania i strukturę hartowanej stali są: prędkość ruchu palnika hartującego względem hartowanej części lub części względem palnika; szybkość uwalniania gazu i temperaturę płomienia.

Wybór hartownic zależy od kształtu części, sposobu hartowania i określonej liczby części. Jeśli zachodzi potrzeba utwardzania części o różnych kształtach i rozmiarach oraz w małych ilościach, wówczas bardziej wskazane jest zastosowanie uniwersalnych maszyn do hartowania. Fabryki zwykle korzystają ze specjalnych instalacji i tokarek.

Do hartowania stosuje się dwa rodzaje palników: modułowy z modułem od M10 do M30 oraz wielopłomieniowy z wymiennymi końcówkami o szerokości płomienia od 25 do 85 mm. Konstrukcyjnie palniki są zaprojektowane w taki sposób, że otwory na płomień gazowy i wodę chłodzącą są umieszczone w jednym rzędzie, równolegle. Woda do palników doprowadzana jest z sieci wodociągowej i służy jednocześnie do utwardzania części i chłodzenia ustnika.

Acetylen i tlen są stosowane jako gazy łatwopalne.

Po hartowaniu płomieniowym mikrostruktura w różnych strefach części jest inna. Utwardzona warstwa zyskuje wysoką twardość i pozostaje czysta, bez śladów utlenienia czy odwęglenia.

Przejście struktury z powierzchni części do rdzenia następuje płynnie, co ma ogromne znaczenie dla zwiększenia trwałości eksploatacyjnej części i całkowicie eliminuje szkodliwe zjawiska - pękanie i łuszczenie się hartowanych warstw metalu.

Twardość zmienia się w zależności od struktury utwardzonej warstwy. Na powierzchni części jest to 56-57 HRC, a następnie zmniejsza się do twardości, jaką miała część przed hartowaniem powierzchniowym. Aby zapewnić wysoką jakość hartowania, uzyskać jednolitą twardość i zwiększoną wytrzymałość rdzenia, części odlewane i kute są wyżarzane lub normalizowane przed hartowaniem płomieniowym zgodnie ze zwykłymi warunkami.

Powierzchowne dlakalcynacja w elektrolicie. Istota tego zjawiska polega na tym, że jeśli przez elektrolit przepływa stały prąd elektryczny, na katodzie tworzy się cienka warstwa złożona z drobnych pęcherzyków wodoru. Ze względu na słabą przewodność elektryczną wodoru znacznie wzrasta opór przepływu prądu elektrycznego, a katoda (część) jest podgrzewana do wysokiej temperatury, po czym ulega utwardzeniu. Jako elektrolit zwykle stosuje się wodny 5-10% roztwór sody kalcynowanej.

Proces hartowania jest prosty i składa się z następujących etapów. Część do hartowania zanurza się w elektrolicie i podłącza do bieguna ujemnego generatora prądu stałego o napięciu 200-220 V i gęstość 3-4 a/cm2, w rezultacie staje się katodą. W zależności od tego, która część części jest poddawana hartowaniu powierzchniowemu, część jest zanurzana na określoną głębokość. Część nagrzewa się w ciągu kilku sekund, a prąd zostaje wyłączony. Czynnikiem chłodzącym jest ten sam elektrolit. Zatem kąpiel elektrolitowa służy zarówno jako piec grzewczy, jak i zbiornik hartowniczy.

Prądy wysokiej częstotliwości doskonale radzą sobie z różnorodnymi procesami obróbki cieplnej metali. Instalacja HDTV idealnie nadaje się do hartowania. Do tej pory nie ma sprzętu, który mógłby konkurować na równych warunkach z nagrzewaniem indukcyjnym. Producenci zaczęli zwracać coraz większą uwagę na sprzęt indukcyjny, kupując go do obróbki produktów i topienia metalu.

Co jest dobrego w instalacji HDTV w celu hartowania?

Instalacja HDTV to wyjątkowy sprzęt, który w krótkim czasie może wysoka jakość obróbka metalu. Aby wykonać każdą funkcję, należy wybrać konkretną instalację, np. do hartowania, najlepiej kupić gotowy kompleks do hartowania HDTV, w którym wszystko jest już zaprojektowane do wygodnego hartowania.
Instalacja ciepła o wysokiej częstotliwości ma szeroki zakres zalet, ale nie rozważymy wszystkiego, ale skupimy się na tych, które są szczególnie odpowiednie do wykonywania hartowania o wysokiej częstotliwości.

Jednostka HDTV nagrzewa się w krótkim czasie, rozpoczynając szybką obróbkę metalu. Podczas korzystania z nagrzewania indukcyjnego nie ma potrzeby poświęcania dodatkowego czasu na nagrzewanie pośrednie, ponieważ sprzęt natychmiast rozpoczyna obróbkę metalu.
Nagrzewanie indukcyjne nie wymaga dodatkowego środki techniczne na przykład podczas stosowania oleju hartowniczego. Produkt charakteryzuje się wysoką jakością, a ilość wad produkcyjnych została znacznie zmniejszona.
Instalacja HDTV jest w pełni bezpieczna dla pracowników przedsiębiorstwa i jednocześnie łatwa w obsłudze. Do obsługi i programowania sprzętu nie jest konieczne zatrudnianie wysoko wykwalifikowanego personelu.
Prądy o wysokiej częstotliwości umożliwiają głębsze hartowanie, ponieważ ciepło pod wpływem pola elektromagnetycznego jest w stanie przeniknąć na określoną głębokość.

Instalacja HDTV ma ogromną listę zalet, których wyliczenie mogłoby zająć dużo czasu. Wykorzystując ogrzewanie HDTV do hartowania, znacznie obniżysz koszty energii, a także będziesz mieć możliwość zwiększenia poziomu produktywności przedsiębiorstwa.

Instalacja HDTV - zasada działania hartowania

Instalacja HDTV działa na zasadzie nagrzewania indukcyjnego. Zasada ta opierała się na prawach Joule’a-Lenza i Faradaya-Maxwella dotyczących transformacji energii elektrycznej.
Generator dostarcza energię elektryczną, która przechodzi przez cewkę indukcyjną, przekształcając się w silne pole elektromagnetyczne. Prądy wirowe powstałego pola zaczynają działać i przenikając przez metal, przekształcają się w energię cieplną, rozpoczynając przetwarzanie produktu.