Oberflächenhärtung mit tvc. Ausrüstung zum Härten von tvch

Die Induktionserwärmung erfolgt, indem das Werkstück in die Nähe eines Wechselstromleiters, der als Induktor bezeichnet wird, platziert wird. Beim Durchgang durch den Induktorstrom Hochfrequenz(HFC) entsteht ein elektromagnetisches Feld und befindet sich in diesem Feld ein Metallprodukt, so wird darin eine elektromotorische Kraft angeregt, die bewirkt, dass ein Wechselstrom der gleichen Frequenz wie der Induktorstrom durch das Produkt fließt.

Dadurch wird ein thermischer Effekt induziert, der das Produkt aufheizt. Die im beheizten Teil freigesetzte Wärmeleistung P ist gleich:

wobei K ein Koeffizient ist, der von der Konfiguration des Produkts und der Größe des zwischen den Oberflächen des Produkts und des Induktors gebildeten Spaltes abhängt; Iin - Stromstärke; f - aktuelle Frequenz (Hz); r - spezifischer elektrischer Widerstand (Ohm · cm); m - magnetische Permeabilität (H / E) von Stahl.

Der Prozess der Induktionserwärmung wird maßgeblich durch ein physikalisches Phänomen beeinflusst, das als Oberflächeneffekt (Skin-Effekt) bezeichnet wird: Der Strom wird hauptsächlich in den Oberflächenschichten induziert, und bei hohen Frequenzen ist die Stromdichte im Kern des Teils gering. Die Tiefe der erhitzten Schicht wird nach der Formel geschätzt:

Durch Erhöhen der Stromfrequenz können Sie eine erhebliche Leistung auf ein kleines Volumen des erwärmten Werkstücks konzentrieren. Dadurch wird eine Hochgeschwindigkeitsheizung (bis zu 500 C / s) realisiert.

Induktionserwärmungsparameter

Die Induktionserwärmung zeichnet sich durch drei Parameter aus: spezifische Leistung, Erwärmungsdauer und Stromfrequenz. Spezifische Leistung ist die in Wärme umgewandelte Leistung pro 1 cm2 Oberfläche des erhitzten Metalls (kW / cm2). Die Erwärmungsgeschwindigkeit des Produkts hängt vom Wert der spezifischen Leistung ab: Je höher sie ist, desto schneller wird die Erwärmung durchgeführt.

Die Heizzeit bestimmt die Gesamtmenge der übertragenen Wärmeenergie und damit die erreichte Temperatur. Es ist auch wichtig, die Frequenz des Stroms zu berücksichtigen, da die Tiefe der gehärteten Schicht davon abhängt. Die Frequenz des Stroms und die Tiefe der erhitzten Schicht stehen im umgekehrten Verhältnis (zweite Formel). Je höher die Frequenz, desto kleiner ist das erwärmte Metallvolumen. Durch die Wahl des Wertes der spezifischen Leistung, der Heizdauer und der Stromfrequenz können die Endparameter der Induktionserwärmung in einem weiten Bereich variiert werden - die Härte und Tiefe der gehärteten Schicht beim Abschrecken oder das erwärmte Volumen beim Erwärmen zum Stanzen.

In der Praxis sind die gesteuerten Heizparameter die elektrischen Parameter des Stromgenerators (Leistung, Strom, Spannung) und die Heizdauer. Mit Hilfe von Pyrometern kann auch die Erwärmungstemperatur des Metalls erfasst werden. Häufiger ist jedoch keine ständige Temperaturregelung erforderlich, da der optimale Heizmodus gewählt wird, der eine konstante Qualität der Härtung oder Erwärmung von HFKW gewährleistet. Der optimale Härtemodus wird durch Änderung der elektrischen Parameter ausgewählt. Auf diese Weise werden mehrere Teile gehärtet. Weiterhin werden die Teile einer Laboranalyse mit Festlegung der Härte, Mikrostruktur, Verteilung der gehärteten Schicht in Tiefe und Ebene unterzogen. Bei Unterkühlung wird Restferrit im Gefüge untereutektoider Stähle beobachtet; bei Überhitzung entsteht grobnadeliger Martensit. Die Anzeichen von Defekten beim Aufheizen des HDTV sind die gleichen wie beim klassische Technologien Wärmebehandlung.

Beim Oberflächenhärten mit HFKW wird auf eine höhere Temperatur erhitzt als beim konventionellen Massivhärten. Dies hat zwei Gründe. Erstens steigen bei einer sehr hohen Aufheizrate die Temperaturen der kritischen Stellen, an denen der Übergang von Perlit zu Austenit auftritt, und zweitens ist es erforderlich, dass diese Umwandlung in einer sehr kurzen Aufheiz- und Haltezeit abgeschlossen ist.

Trotz der Tatsache, dass beim Hochfrequenzabschrecken auf eine höhere Temperatur als beim normalen Abschrecken erhitzt wird, überhitzt das Metall nicht. Dies liegt daran, dass das Korn im Stahl einfach keine Zeit hat, in sehr kurzer Zeit zu wachsen. Zu beachten ist auch, dass die Härte nach dem Härten mit HFC im Vergleich zum Volumenabschrecken um ca. 2–3 HRC-Einheiten höher ist. Dies sorgt für eine höhere Verschleißfestigkeit und Oberflächenhärte des Teils.

Vorteile der Hochfrequenzlöschung

• hohe Prozessproduktivität
• einfache Einstellung der Dicke der gehärteten Schicht
• minimaler Verzug
• fast vollständiges Fehlen von Schlacke
• die Fähigkeit, den gesamten Prozess vollständig zu automatisieren
• die Möglichkeit, eine Härteeinheit im Bearbeitungsfluss zu platzieren.

Am häufigsten werden Teile aus Kohlenstoffstahl mit einem Gehalt von 0,4-0,5% C oberflächenhochfrequenzgehärtet.Diese Stähle haben nach dem Abschrecken eine Oberflächenhärte von HRC 55-60. Bei höheren Kohlenstoffgehalten besteht Rissgefahr durch plötzliches Abkühlen. Neben Kohlenstoffstahl werden auch niedriglegiertes Chrom, Chrom-Nickel, Chrom-Silizium und andere Stähle verwendet.

Ausrüstung zur Durchführung des Induktionshärtens (HFC)

Induktionshärten erfordert spezielle technologische Ausrüstung, das drei Haupteinheiten umfasst: eine Stromquelle - einen Generator von Hochfrequenzströmen, einen Induktor und eine Vorrichtung zum Bewegen von Teilen in der Maschine.

Ein Hochfrequenzstromgenerator sind elektrische Maschinen, die sich in den physikalischen Prinzipien der Bildung eines elektrischen Stroms in ihnen unterscheiden.

1. Elektronische Geräte, die nach dem Prinzip von Vakuumröhren arbeiten, die Gleichstrom in Wechselstrom erhöhter Frequenz umwandeln - Röhrengeneratoren.
2. Elektromaschinengeräte, die nach dem Prinzip arbeiten, einen elektrischen Strom in einen Leiter zu leiten, sich in einem Magnetfeld zu bewegen und einen Drehstrom mit industrieller Frequenz in Wechselstrom mit erhöhter Frequenz umzuwandeln - Maschinengeneratoren.
3. Halbleiterbauelemente, die nach dem Prinzip von Thyristorbauelementen arbeiten, die Gleichstrom in Wechselstrom erhöhter Frequenz umwandeln - Thyristorwandler (statische Generatoren).

Generatoren aller Art unterscheiden sich in Frequenz und Leistung des erzeugten Stroms

Generatortypen Leistung, kW Frequenz, kHz Wirkungsgrad

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

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

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

Die Oberflächenhärtung von Kleinteilen (Nadeln, Kontakte, Federspitzen) erfolgt mit Mikroinduktionsgeneratoren. Die von ihnen erzeugte Frequenz erreicht 50 MHz, die Aufheizzeit zum Härten beträgt 0,01-0,001 s.

HFC-Härtungsmethoden

Je nach Wärmeleistung unterscheidet man induktives sequentielles Härten und simultanes Härten.

Kontinuierliches sequenzielles Härten verwendet für lange Teile mit konstantem Querschnitt (Wellen, Achsen, ebene Oberflächen von Langprodukten). Das erwärmte Teil bewegt sich im Induktor. Der Teil des Teils, der sich zu einem bestimmten Zeitpunkt im Einflussbereich des Induktors befindet, wird auf die Härtetemperatur erhitzt. Am Ausgang des Induktors tritt die Sektion in die Sprühkühlzone ein. Der Nachteil dieser Heizmethode ist die geringe Produktivität des Prozesses. Um die Dicke der gehärteten Schicht zu erhöhen, ist es notwendig, die Erwärmungsdauer zu erhöhen, indem die Bewegungsgeschwindigkeit des Teils im Induktor verringert wird. Gleichzeitiges Härten geht von einer einmaligen Erwärmung der gesamten zu härtenden Oberfläche aus.

Selbsthärtender Effekt nach dem Abschrecken

Nach Beendigung des Aufheizens wird die Oberfläche durch eine Dusche oder einen Wasserstrahl direkt im Induktor oder in einem separaten Kühlgerät gekühlt. Diese Kühlung ermöglicht das Abschrecken jeder Konfiguration. Durch Dosieren der Abkühlung und Verändern ihrer Dauer ist es möglich, den Effekt der Selbsthärtung bei Stahl zu realisieren. Dieser Effekt besteht darin, die beim Erhitzen im Kern des Teils angesammelte Wärme an die Oberfläche abzuführen. Mit anderen Worten, wenn die Oberflächenschicht abgekühlt ist und eine martensitische Umwandlung erfahren hat, ist noch eine gewisse Menge an Wärmeenergie in der Untergrundschicht gespeichert, deren Temperatur die niedrige Anlasstemperatur erreichen kann. Nach Beendigung der Kühlung wird diese Energie aufgrund der Temperaturdifferenz an die Oberfläche geleitet. Somit ist kein zusätzliches Anlassen des Stahls erforderlich.

Entwicklung und Herstellung von Induktoren für die HFC-Härtung

Der Induktor besteht aus Kupferrohren, durch die beim Erhitzen Wasser geleitet wird. Dies verhindert eine Überhitzung und ein Durchbrennen der Induktoren während des Betriebs. Es werden auch Induktoren hergestellt, kombiniert mit einer Härtevorrichtung - einem Zerstäuber: Auf der Innenfläche solcher Induktoren befinden sich Löcher, durch die Kühlmittel zum erhitzten Teil strömt.

Für eine gleichmäßige Erwärmung ist es erforderlich, den Induktor so zu fertigen, dass der Abstand vom Induktor zu allen Punkten der Produktoberfläche gleich ist. Normalerweise beträgt dieser Abstand 1,5-3 mm. Beim Abschrecken eines Produktes einfacher Form wird diese Bedingung leicht erfüllt. Für eine gleichmäßige Härtung muss das Teil im Induktor bewegt und (oder) gedreht werden. Dies wird durch den Einsatz spezieller Vorrichtungen - Zentren oder Härtetische - erreicht.

Die Entwicklung des Designs des Induktors setzt zunächst die Bestimmung seiner Form voraus. In diesem Fall werden sie von der Form und den Abmessungen des gehärteten Produkts und dem Härteverfahren abgestoßen. Außerdem wird bei der Herstellung von Induktoren die Art der Bewegung des Teils relativ zum Induktor berücksichtigt. Auch die Spar- und Heizleistung wird berücksichtigt.

Die Teilekühlung kann auf drei Arten verwendet werden: Wassersprühen, Wasserfluss, Teiletauchen in ein Härtemedium. Die Duschkühlung kann sowohl in Induktoren-Sprayern als auch in speziellen Abschreckkammern durchgeführt werden. Die Kühlung durch eine Strömung ermöglicht die Erzeugung eines Überdrucks in der Größenordnung von 1 atm, was zu einer gleichmäßigeren Kühlung des Teils beiträgt. Um eine intensive und gleichmäßige Kühlung zu gewährleisten, ist es erforderlich, dass sich das Wasser mit einer Geschwindigkeit von 5-30 m / s entlang der gekühlten Oberfläche bewegt.

Die Stärke der Elemente in besonders kritischen Stahlgerüst hängt stark vom Zustand der Knoten ab. Die Oberfläche der Teile spielt eine wichtige Rolle. Um ihm die erforderliche Härte, Haltbarkeit oder Zähigkeit zu verleihen, werden Wärmebehandlungsvorgänge durchgeführt. Die Oberfläche der Teile wird durch verschiedene Verfahren gehärtet. Eine davon ist das Härten mit Hochfrequenzströmen, dh Hochfrequenzstrom. Es ist eine der gebräuchlichsten und höchst produktiven Methoden bei der Massenproduktion verschiedener Strukturelemente.

Eine solche Wärmebehandlung wird sowohl auf die gesamten Teile als auch auf deren einzelne Bereiche angewendet. In diesem Fall besteht das Ziel darin, bestimmte Festigkeitsniveaus zu erreichen und dadurch Lebensdauer und Leistung zu erhöhen.

Die Technologie wird verwendet, um die Knoten der technologischen Ausrüstung und des Transports sowie beim Härten verschiedener Werkzeuge zu stärken.

Das Wesen der Technik

HFC-Härten ist eine Verbesserung der Festigkeitseigenschaften eines Teils aufgrund der Fähigkeit eines elektrischen Stroms (mit variabler Amplitude), die Oberfläche des Teils zu durchdringen und es einer Erwärmung zu unterwerfen. Die Eindringtiefe durch das Magnetfeld kann unterschiedlich sein. Gleichzeitig mit der Oberflächenerwärmung und dem Härten darf der Kern der Baugruppe gar nicht oder nur geringfügig erwärmt werden. Die Oberflächenschicht des Werkstücks bildet die erforderliche Dicke, die für den Durchgang von elektrischem Strom ausreicht. Diese Schicht repräsentiert die Eindringtiefe des elektrischen Stroms.

Experimente haben das bewiesen eine Erhöhung der Stromfrequenz trägt zu einer Verringerung der Eindringtiefe bei... Diese Tatsache eröffnet Möglichkeiten, Teile mit einer minimalen Härteschicht zu regulieren und zu erhalten.

Die Wärmebehandlung von HDTV wird in speziellen Anlagen durchgeführt - Generatoren, Multiplikatoren, Frequenzumrichter, die eine Anpassung im erforderlichen Bereich ermöglichen. Neben der Frequenzcharakteristik wird die Endhärtung von den Abmessungen und der Form des Teils, dem Herstellungsmaterial und dem verwendeten Induktor beeinflusst.

Es zeigte sich auch folgende Regelmäßigkeit – je kleiner das Produkt und je einfacher seine Form, desto besser verläuft der Härtungsprozess. Dadurch wird auch der Gesamtstromverbrauch der Anlage reduziert.

Kupfer Induktor. An der Innenfläche befinden sich oft zusätzliche Löcher für die Wasserversorgung während der Kühlung. In diesem Fall wird der Prozess von einer primären Erwärmung und anschließenden Kühlung ohne Stromversorgung begleitet. Die Konfigurationen der Induktoren sind unterschiedlich. Das ausgewählte Gerät ist direkt abhängig vom bearbeiteten Werkstück. Bei einigen Einheiten fehlen Löcher. In einer solchen Situation wird das Teil in einem speziellen Abschreckbehälter abgekühlt.

Die Hauptanforderung für den HFC-Härtungsprozess besteht darin, einen konstanten Spalt zwischen Induktor und Produkt aufrechtzuerhalten. Unter Einhaltung des angegebenen Intervalls wird die Härtungsqualität am höchsten.

Die Stärkung kann auf eine der Arten erfolgen:

• Kontinuierlich-sequentiell: Das Teil ist stationär und der Induktor bewegt sich entlang seiner Achse.
• Gleichzeitig: Das Produkt bewegt sich und der Induktor ist umgekehrt.
• Sequentiell: Die verschiedenen Teile werden nacheinander bearbeitet.

Merkmale der Induktionsanlage

Die HDTV-Härtungseinheit ist zusammen mit einem Induktor ein Hochfrequenzgenerator. Das zu bearbeitende Werkstück befindet sich sowohl im Induktor selbst als auch daneben. Es ist eine Spule, auf die ein Kupferrohr gewickelt ist.

Ein elektrischer Wechselstrom erzeugt beim Durchgang durch einen Induktor ein elektromagnetisches Feld, das das Werkstück durchdringt. Es provoziert die Entwicklung von Wirbelströmen (Foucault-Ströme), die in die Struktur des Teils eindringen und dessen Temperatur erhöhen.

Das Hauptmerkmal der Technologie- Eindringen von Wirbelstrom in die Oberflächenstruktur des Metalls.

Eine Erhöhung der Frequenz eröffnet Möglichkeiten, die Wärme auf einen kleinen Bereich des Teils zu konzentrieren. Dies erhöht die Tund kann bis zu 100 - 200 Grad / s erreichen. Der Härtegrad erhöht sich auf 4 Einheiten, was bei der Massenhärtung ausgeschlossen ist.

Induktionserwärmung - Eigenschaften

Der Grad der Induktionserwärmung hängt von drei Parametern ab - spezifische Leistung, Erwärmungszeit, Frequenz des elektrischen Stroms. Die Leistung bestimmt die Zeit, die zum Erwärmen des Teils aufgewendet wird. Dementsprechend wird bei einem größeren Wert weniger Zeit aufgewendet.

Die Aufheizzeit wird durch die insgesamt verbrauchte Wärmemenge und die entwickelte Temperatur gekennzeichnet. Die Frequenz bestimmt, wie oben erwähnt, die Eindringtiefe von Strömen und die gebildete härtbare Schicht. Diese Eigenschaften sind umgekehrt verwandt. Mit zunehmender Frequenz nimmt die Schüttdichte des erhitzten Metalls ab.

Es sind diese 3 Parameter, die es ermöglichen, den Härtegrad und die Tiefe der Schicht sowie das Erwärmungsvolumen in einem weiten Bereich einzustellen.

Die Praxis zeigt, dass die Eigenschaften des Stromerzeugers (Spannungs-, Leistungs- und Stromwerte) sowie die Heizzeit gesteuert werden. Der Erwärmungsgrad des Teils kann mit einem Pyrometer überwacht werden. Im Allgemeinen ist jedoch keine kontinuierliche Temperaturregelung erforderlich, da Es gibt optimale HDTV-Heizmodi, die eine stabile Qualität gewährleisten. Der geeignete Modus wird unter Berücksichtigung der geänderten elektrischen Eigenschaften ausgewählt.

Nach dem Abschrecken wird das Produkt zur Forschung ins Labor geschickt. Die Härte, Struktur, Tiefe und Ebene der verteilten gehärteten Schicht werden untersucht.

HFC-Oberflächenhärtung begleitet von toller Erwärmung im Vergleich zum herkömmlichen Verfahren. Dies wird wie folgt erklärt. Zuallererst neigt die hohe Tdazu, die kritischen Punkte zu erhöhen. Zweitens ist es notwendig in kurzfristig um den Abschluss der Umwandlung von Perlit in Austenit sicherzustellen.

Das Hochfrequenzhärten geht im Vergleich zum konventionellen Verfahren mit einer höheren Erwärmung einher. Das Metall überhitzt jedoch nicht. Dies erklärt sich aus der Tatsache, dass die körnigen Elemente in der Stahlkonstruktion keine Zeit haben, in kürzester Zeit zu wachsen. Darüber hinaus hat die volumetrische Härtung eine Festigkeit von weniger als 2-3 Einheiten. Nach der HFC-Härtung weist das Teil eine höhere Verschleißfestigkeit und Härte auf.

Wie wird die Temperatur gewählt?

Die Einhaltung der Technik muss mit der richtigen Auswahl des Temperaturbereichs einhergehen. Im Wesentlichen hängt alles vom verarbeiteten Metall ab.

Stahl wird in verschiedene Typen eingeteilt:

• Untereutektoid - Kohlenstoffgehalt bis 0,8%;
• Übereutektoid - mehr als 0,8%.

Untereutektoider Stahl wird auf einen etwas höheren Wert erhitzt als notwendig, um Perlit und Ferrit in Austenit umzuwandeln. Bereich von 800 bis 850 Grad. Dann der Teil mit schnelle Geschwindigkeit abgekühlt. Nach schlagartiger Abkühlung wandelt sich Austenit in Martensit um, der eine hohe Härte und Festigkeit aufweist. Bei kurzer Einwirkzeit wird Austenit mit feinkörnigem Gefüge sowie feinnadeliger Martensit erhalten. Der Stahl erhält eine hohe Härte und geringe Sprödigkeit.

Übereutektoider Stahl erwärmt sich weniger. Der Bereich ist 750 bis 800 Grad. In diesem Fall wird eine unvollständige Härtung durchgeführt. Dies erklärt sich aus der Tatsache, dass eine solche Temperatur es ermöglicht, ein bestimmtes Volumen an Zementit im Gefüge aufrechtzuerhalten, das im Vergleich zu Martensit eine höhere Härte aufweist. Beim schnellen Abkühlen wandelt sich Austenit in Martensit um. Zementit ist durch kleine Einschlüsse erhalten. Die Zone hält auch nicht vollständig gelösten Kohlenstoff zurück, der zu Vollhartmetall geworden ist.

Technologievorteile

• Steuermodi;
• Ersatz von legiertem Stahl durch Kohlenstoffstahl;
• Gleichmäßiges Aufwärmen des Produkts;
• Die Fähigkeit, das gesamte Teil nicht vollständig zu erhitzen. Reduzierter Energieverbrauch;
• Hohe erhaltene Festigkeit des bearbeiteten Werkstücks;
• Der Oxidationsprozess findet nicht statt, Kohlenstoff wird nicht verbrannt;
• Keine Mikrorisse;
• Es gibt keine verzogenen Punkte;
• Erwärmen und Härten bestimmter Produktbereiche;
• Reduzierung des Zeitaufwands für das Verfahren;
• Einsatz bei der Herstellung von Teilen für HFKW-Anlagen in technologischen Linien.

Nachteile

Der Hauptnachteil dieser Technologie sind die erheblichen Kosten für die Installation. Aus diesem Grund ist die Zweckmäßigkeit der Anwendung nur in der Großserienfertigung gerechtfertigt und schließt die Möglichkeit aus, zu Hause mit eigenen Händen zu arbeiten.

Erfahren Sie mehr über die Bedienung und das Funktionsprinzip der Anlage in den vorgestellten Videos.

Viele kritische Teile arbeiten auf Abrieb und sind gleichzeitig Stoßbelastungen... Solche Teile müssen eine hohe Oberflächenhärte, eine gute Verschleißfestigkeit aufweisen und gleichzeitig nicht spröde sein, also nicht durch Stöße zerstört werden.

Durch die Oberflächenhärtung wird eine hohe Oberflächenhärte der Teile unter Beibehaltung eines zähen und starken Kerns erreicht.

Von den modernen Methoden der Oberflächenhärtung sind die folgenden im Maschinenbau am häufigsten: Härten wenn erhitzt Hochfrequenzströme (HFC); Flammhärten und Härten in einem Elektrolyten.

Die Wahl dieses oder jenes Verfahrens der Oberflächenhärtung richtet sich nach der technologischen und wirtschaftlichen Machbarkeit.

Abschrecken bei Erwärmung durch hochfrequente Ströme. Dieses Verfahren ist eines der effizientesten Verfahren zur Oberflächenhärtung von Metallen. Die Entdeckung dieser Methode und die Entwicklung ihrer technologischen Grundlagen gehört dem talentierten russischen Wissenschaftler V.P. Vologdin.

Die Hochfrequenzerwärmung basiert auf dem folgenden Phänomen. Wenn ein elektrischer Wechselstrom hoher Frequenz durch einen Kupferinduktor fließt, bildet sich um diesen herum ein Magnetfeld, das in das im Induktor befindliche Stahlteil eindringt und darin Foucault-Wirbelströme induziert. Diese Ströme bewirken eine Erwärmung des Metalls.

Heizfunktion HDTV besteht darin, dass in Stahl induzierte Wirbelströme nicht gleichmäßig über den Teilbereich verteilt, sondern an die Oberfläche zurückgedrückt werden. Die ungleichmäßige Verteilung der Wirbelströme führt zu einer ungleichmäßigen Erwärmung: Die Randschichten erwärmen sich sehr schnell auf hohe Temperaturen und der Kern erwärmt sich aufgrund der Wärmeleitfähigkeit von Stahl entweder gar nicht oder nur geringfügig. Die Dicke der stromdurchflossenen Schicht wird als Eindringtiefe bezeichnet und mit dem Buchstaben bezeichnet.

Die Dicke der Schicht hängt hauptsächlich von der Frequenz des Wechselstroms, dem spezifischen Widerstand des Metalls und der magnetischen Permeabilität ab. Diese Abhängigkeit wird durch die Formel bestimmt

δ = 5.03-10 4 Wurzel von (ρ / μν) mm,

wobei ρ der spezifische elektrische Widerstand ist, Ohm mm2/m;

μ, - magnetische Permeabilität, g/e;

v - Frequenz, Hz.

Die Formel zeigt, dass mit steigender Frequenz die Eindringtiefe von Induktionsströmen abnimmt. Hochfrequenter Strom zur Induktionserwärmung von Teilen wird aus Generatoren gewonnen.

Bei der Wahl der Stromfrequenz müssen neben der erwärmten Schicht auch die Form und die Abmessungen des Teils berücksichtigt werden, um eine qualitativ hochwertige Oberflächenhärtung und einen wirtschaftlichen Einsatz zu erhalten elektrische Energie Hochfrequenzanlagen.

Kupferinduktoren sind für eine qualitativ hochwertige Erwärmung von Teilen von großer Bedeutung.

Die gängigsten Induktoren haben im Inneren ein System kleiner Löcher, durch die Kühlwasser zugeführt wird. Ein solcher Induktor ist sowohl eine Heiz- als auch eine Kühlvorrichtung. Sobald sich das in den Induktor eingelegte Teil auf die eingestellte Temperatur erwärmt, wird der Strom automatisch abgeschaltet und Wasser fließt aus den Induktorlöchern und verwendet einen Sprühstrahl (Wasserdusche), um die Oberfläche des Teils zu kühlen.

Auch in Induktoren ohne Drosseleinrichtung können Teile erwärmt werden. Bei solchen Induktoren werden Teile nach dem Erhitzen in einen Abschrecktank gekippt.

Die HFC-Härtung wird hauptsächlich simultan und kontinuierlich sequentiell durchgeführt. Beim Simultanverfahren rotiert das zu härtende Teil in einem feststehenden Induktor, dessen Breite der des zu härtenden Teils entspricht. Wenn die voreingestellte Heizzeit abgelaufen ist, trennt das Zeitrelais den Strom vom Generator und ein weiteres Relais, das mit dem ersten verriegelt ist, schaltet die Wasserversorgung ein, die in kleinen, aber starken Strahlen aus den Induktorlöchern platzt und das Teil kühlt.

Beim Continuous-Sequential-Verfahren steht das Teil still und der Induktor bewegt sich daran entlang. In diesem Fall sequentielles Aufheizen des zu härtenden Teils, wonach der Bereich unter einen Wasserstrahl einer Sprühvorrichtung fällt, die sich in einiger Entfernung vom Induktor befindet.

Flache Teile werden in Schleifen- und Zickzack-Induktoren und Zahnräder mit kleinem Modul - gleichzeitig in Ringinduktoren - gehärtet. Makrostruktur der gehärteten Schicht eines feinmodularen Pkw-Getriebes aus PPZ-55-Stahl (Low Hardenability Steel). Das Gefüge der abgeschreckten Schicht ist feinnadeliger Martensit.

Die Härte der Oberflächenschicht von Teilen, die durch HFC-Erwärmung gehärtet wurden, beträgt 3-4 Einheiten HRC höher als die Härte bei konventioneller Massenhärtung.

Um die Festigkeit des Kerns zu erhöhen, werden die Teile vor der HFC-Härtung verbessert oder normalisiert.

Der Einsatz von HFKW-Erwärmung zum Oberflächenhärten von Maschinenteilen und Werkzeugen kann die Dauer des Wärmebehandlungsprozesses drastisch verkürzen. Darüber hinaus ermöglicht dieses Verfahren die Herstellung von mechanisierten und automatisierten Einheiten zum Härten von Teilen, die im allgemeinen Ablauf von Bearbeitungszentren installiert werden. Dadurch entfällt der Transport von Teilen in spezielle Thermoshops und der rhythmische Betrieb von Fertigungsstraßen und Montagebändern ist gewährleistet.

Oberflächenhärtung durch Flammen. Dieses Verfahren besteht darin, die Oberfläche von Stahlteilen mit einer Acetylen-Sauerstoff-Flamme auf eine Temperatur zu erhitzen, die den oberen kritischen Punkt um 50-60 ° C überschreitet. Ein C 3 , gefolgt von einer schnellen Abkühlung mit einer Wasserdusche.

Der Kern des Flammhärteprozesses besteht darin, dass die Wärme, die die Gasflamme vom Brenner an das zu härtende Teil liefert, auf dessen Oberfläche konzentriert wird und die Wärmemenge, die sich tief in das Metall hinein fortpflanzt, deutlich übersteigt. Durch ein solches Temperaturfeld erwärmt sich die Oberfläche des Teils zunächst schnell auf Härtetemperatur, kühlt dann ab und der Kern des Teils bleibt praktisch ungehärtet und verändert nach dem Abkühlen seine Struktur und Härte nicht.

Das Flammabschrecken dient zum Härten und Erhöhen der Verschleißfestigkeit von so großen und schweren Stahlteilen wie Kurbelwellen von mechanischen Pressen, Grobzahnrädern, Baggerlöffelzähnen usw. Neben Stahlteilen z. B. Teile aus grauem und perlitischem Gusseisen Bettführungen für spanende Werkzeugmaschinen.

Das Flammhärten wird in vier Arten unterteilt:

a) sequentiell, wenn sich der Abschreckbrenner mit einer Kühlflüssigkeit entlang der Oberfläche des zu bearbeitenden stationären Werkstücks bewegt;

b) Abschrecken mit Rotation, wobei der Brenner mit der Kühlflüssigkeit stationär bleibt und das zu härtende Teil rotiert;

c) sequentiell mit der Rotation des Teils, wenn sich das Teil kontinuierlich dreht und sich ein Abschreckbrenner mit einer Kühlflüssigkeit daran entlangbewegt;

d) lokal, bei dem der stationäre Teil mit einem stationären Brenner auf eine vorgegebene Abschrecktemperatur erhitzt wird, wonach er durch einen Wasserstrom gekühlt wird.

Ein Verfahren zum Flammenlöschen einer Walze, die sich mit einer bestimmten Geschwindigkeit dreht, während der Brenner stationär bleibt. Die Heiztemperatur wird mit einem Milliskop kontrolliert.

Je nach Verwendungszweck des Teils beträgt die Tiefe der gehärteten Schicht normalerweise 2,5-4,5 mm.

Die Hauptfaktoren, die die Härtetiefe und das Gefüge von gehärtetem Stahl beeinflussen, sind: die Bewegungsgeschwindigkeit des Härtebrenners relativ zum gehärteten Teil oder Teil relativ zum Brenner; Gasaustrittsgeschwindigkeit und Flammentemperatur.

Die Auswahl der Härtemaschinen richtet sich nach der Form der Teile, dem Härteverfahren und der angegebenen Teileanzahl. Wenn Sie Teile unterschiedlicher Form und Größe sowie in kleinen Stückzahlen härten müssen, ist es sinnvoller, universelle Härtemaschinen zu verwenden. In Fabriken werden meist Sonderanlagen und Drehmaschinen verwendet.

Zum Härten werden zwei Brennertypen verwendet: modular mit einem Modul von M10 bis MZ0 und mehrflammig mit austauschbaren Spitzen mit einer Flammenbreite von 25 bis 85 mm. Konstruktiv sind die Brenner so angeordnet, dass die Öffnungen für Gasflamme und Kühlwasser in einer Reihe parallel liegen. Wasser wird den Brennern aus dem Wasserversorgungsnetz zugeführt und dient gleichzeitig zum Aushärten der Teile und zum Kühlen des Mundstücks.

Als brennbare Gase werden Acetylen und Sauerstoff verwendet.

Nach dem Flammhärten ist das Gefüge in verschiedenen Zonen des Teils unterschiedlich. Die gehärtete Schicht erhält eine hohe Härte und bleibt sauber, ohne Anzeichen von Oxidation und Entkohlung.

Der Übergang der Struktur von der Oberfläche des Teils zum Kern erfolgt reibungslos, was für die Erhöhung der Betriebsfestigkeit von Teilen von großer Bedeutung ist und die schädlichen Phänomene - Rissbildung und Abblättern von gehärteten Metallschichten - vollständig beseitigt.

Die Härte ändert sich entsprechend der Struktur der gehärteten Schicht. Auf der Oberfläche des Teils ist es 56-57 HRC, und nimmt dann auf die Härte ab, die das Teil vor dem Oberflächenhärten hatte. Bereitstellen Hohe Qualität Härten, um eine gleichmäßige Härte und erhöhte Festigkeit des Kerns zu erzielen, werden Guss- und Schmiedeteile vor dem Flammhärten gemäß den üblichen Bedingungen geglüht oder normalisiert.

Oberflächlicher HinternAushärtung im Elektrolyten. Die Essenz dieses Phänomens besteht darin, dass, wenn ein konstanter elektrischer Strom durch den Elektrolyten geleitet wird, sich an der Kathode eine dünne Schicht bildet, die aus kleinsten Wasserstoffbläschen besteht. Aufgrund der schlechten elektrischen Leitfähigkeit von Wasserstoff steigt der Widerstand gegen den Durchgang von elektrischem Strom stark an und die Kathode (Teil) wird auf eine hohe Temperatur erhitzt, wonach sie abgeschreckt wird. Als Elektrolyt wird üblicherweise eine wässrige 5-10%ige Sodalösung verwendet.

Der Härtungsprozess ist einfach und läuft wie folgt ab. Das zu härtende Teil wird in den Elektrolyten getaucht und an den Minuspol eines Gleichstromgenerators mit einer Spannung von 200-220 . angeschlossen v und Dichte 3 - 4 a/cm2, wodurch es zur Kathode wird. Je nachdem, welcher Teil des Teils oberflächengehärtet ist, wird das Teil bis zu einer bestimmten Tiefe eingetaucht. Das Teil heizt sich in wenigen Sekunden auf und der Strom wird abgeschaltet. Das Kühlmedium ist der gleiche Elektrolyt. Das Elektrolytbad dient also sowohl als Heizofen als auch als Abschreckwanne.

Abschreckanlage für Heizung t. V. h. besteht aus einem sogenannten Generator. h.,

ein Abspanntransformator, Kondensatorbatterien, ein Induktor, eine Werkzeugmaschine (manchmal wird die Maschine durch eine Vorrichtung zum Antrieb eines Teils oder einen Induktor ersetzt) ​​und Ausrüstung mit Hilfsdiensten (Zeitrelais, Steuerrelais für die Löschflüssigkeitszufuhr, Signalisierung, Sperr- und Regeleinrichtungen).

In den betrachteten Installationen, wie z Generatoren t.v.ch. bei mittleren Frequenzen (500-10000 Hz), Maschinengeneratoren und neuerdings statische Thyristor-Umrichter; bei hohen Frequenzen (60.000 Hz und mehr) Röhrengeneratoren. Ein vielversprechender Generatortyp sind Ionenkonverter, die sogenannten Excitronengeneratoren. Sie ermöglichen es Ihnen, Energieverluste auf ein Minimum zu reduzieren.

In Abb. 5 zeigt ein Schema einer Anlage mit einem Maschinengenerator. Neben dem Maschinengenerator 2 und Motor 3 mit Erreger 1, die Anlage enthält einen Abwärtstransformator 4, Kondensatorbänke 6 und Induktor 5. Der Transformator senkt die Spannung auf ein sicheres (30-50 V) und erhöht gleichzeitig die Stromstärke um das 25-30-fache auf 5000-8000 A.

Bild 5 Bild 6

Tabelle 1 Typen und Bauformen von Induktivitäten

In Abb. 6 zeigt ein Beispiel für das Härten mit einem Multiturn-Induktor. Die Härtung erfolgt wie folgt:

Das Teil wird in einem stationären Induktor platziert. Mit der Einführung des HDTV-Geräts beginnt sich das Teil um seine Achse zu drehen und heizt sich gleichzeitig auf, dann wird mit Hilfe einer automatischen Steuerung Flüssigkeit (Wasser) zugeführt und abgekühlt. Der gesamte Vorgang dauert 30-45 Sekunden.

Das HFKW-Abschrecken ist eine Art der Wärmebehandlung von Metall, wodurch die Härte deutlich ansteigt und das Material seine Duktilität verliert. Der Unterschied zwischen der HFC-Härtung und anderen Härteverfahren besteht darin, dass die Erwärmung mit speziellen HFC-Anlagen erfolgt, die mit hochfrequenten Strömen auf den zum Härten vorgesehenen Teil einwirken. Das Abschrecken mit HFKW hat viele Vorteile, wobei der Hauptgrund die vollständige Kontrolle über das Erhitzen ist. Die Verwendung dieser Härtekomplexe kann die Qualität der Produkte erheblich verbessern, da der Härteprozess vollautomatisch durchgeführt wird, besteht die Arbeit des Bedieners nur darin, die Welle zu sichern und den Maschinenbetriebszyklus zu starten.

5.1 Vorteile von Induktionshärtekomplexen (Induktionserwärmungsanlagen):

HFC-Härten kann mit einer Genauigkeit von 0,1 mm . durchgeführt werden

Durch das Induktionshärten erreichen Sie durch gleichmäßige Erwärmung eine ideale Härteverteilung über die gesamte Länge der Welle

Die hohe Härte der HFKW-Abschreckung wird durch den Einsatz spezieller Induktoren mit Wasserleitungen erreicht, die die Welle sofort nach dem Aufwärmen kühlen.

HFKW-Abschreckanlagen (Abschrecköfen) werden streng nach den technischen Spezifikationen ausgewählt oder hergestellt.

6.Entkalkung in Strahlanlagen

In Strahlanlagen werden Teile mit einem Strahl aus Gusseisen oder Stahlkugeln von Zunder gereinigt. Der Strahl wird durch Druckluft mit einem Druck von 0,3-0,5 MPa (pneumatisches Kugelstrahlen) oder schnell rotierende Laufräder (mechanische Reinigung mit Strahlschaufeln) erzeugt.

Bei pneumatisches Kugelstrahlen in Anlagen können sowohl Schrot- als auch Quarzsand verwendet werden. Im letzteren Fall entsteht jedoch eine große Staubmenge, die 5-10% der Masse der zu reinigenden Teile erreicht. Quarzstaub gelangt in die Lunge des Wartungspersonals und verursacht eine Berufskrankheit - Silikose. Daher wird diese Methode in Ausnahmefällen verwendet. Beim Strahlen sollte der Druckluftdruck 0,5-0,6 MPa betragen. Gusseisenschrot wird hergestellt, indem flüssiges Eisen in Wasser gegossen wird, indem ein Gusseisenstrom mit Druckluft besprüht wird, gefolgt von einer Sortierung auf Sieben. Das Schrot muss die Struktur von weißem Gusseisen mit einer Härte von 500 HB haben, seine Abmessungen liegen im Bereich von 0,5-2 mm. Der Verbrauch von Gusseisenschrot beträgt nur 0,05-0,1 % der Teilemasse. Beim Reinigen mit Schrot wird eine sauberere Oberfläche des Teils erreicht, eine höhere Produktivität der Vorrichtung erreicht und bessere Arbeitsbedingungen bereitgestellt als beim Reinigen mit Sand. Um die Umgebungsatmosphäre vor Staub zu schützen, sind Strahlanlagen mit geschlossenen Hauben mit verbesserter Absaugung ausgestattet. Nach Hygienestandards sollte die maximal zulässige Staubkonzentration 2 mg / m3 nicht überschreiten. Der Schusstransport in modernen Anlagen ist voll mechanisiert.

Der Hauptteil der pneumatischen Installation ist eine Strahlanlage, die Injektion und Schwerkraft sein kann. Die einfachste Einkammer-Spritzstrahlanlage (Abb. 7) ist ein Zylinder 4, oben mit Trichter für Schuss, hermetisch mit Deckel verschlossen 5. Unten endet der Zylinder mit einem Trichter, dessen Öffnung in die Mischkammer führt 2. Der Schuss wird durch eine Drehklappe zugeführt 3. Durch das Ventil 1 wird der Mischkammer Druckluft zugeführt, die das Schrot auffängt und durch einen flexiblen Schlauch 7 und eine Düse transportiert 6 für Details. Der Strahl steht unter dem Druck von Druckluft, bis er aus der Düse austritt, was die Effizienz des Schleifstrahls erhöht. Bei der Vorrichtung der beschriebenen Einkammerbauart muss die Druckluft beim Nachfüllen mit Schrot vorübergehend abgeschaltet werden.

Der hochfrequente Strom wird in der Anlage durch den Induktor erzeugt und ermöglicht die Erwärmung des in unmittelbarer Nähe des Induktors platzierten Produkts. Die Induktionsmaschine ist ideal zum Härten von Metallprodukten. In der HDTV-Installation ist es möglich, eindeutig zu programmieren: die erforderliche Wärmeeindringtiefe, Aushärtezeit, Aufheiztemperatur und Abkühlvorgang.

Erstmals wurde nach einem Vorschlag von V.P. Wolodin im Jahr 1923. Nach langen Versuchen und Erprobungen wird die HFKW-Erwärmung seit 1935 zum Härten von Stahl eingesetzt. HFC-Anlagen zum Härten sind die mit Abstand produktivste Art der Wärmebehandlung von Metallprodukten.

Warum eine Induktionsmaschine besser zum Härten geeignet ist

Die HFC-Härtung von Metallteilen wird durchgeführt, um die Beständigkeit der oberen Produktschicht gegen mechanische Beschädigungen zu erhöhen, während die Mitte des Werkstücks eine erhöhte Viskosität aufweist. Zu beachten ist, dass der Kern des Produktes während der HFC-Härtung völlig unverändert bleibt.
Die Induktionsanlage hat viele sehr wichtige Vorteile gegenüber alternativen Heizarten: wenn früher HDTV-Installationen waren umständlicher und unbequemer, aber jetzt ist dieser Mangel behoben und die Ausrüstung ist universell für die Wärmebehandlung von Metallprodukten geworden.

Vorteile von Induktionsgeräten

Einer der Nachteile eines Induktionshärters ist die Unmöglichkeit, einige Produkte mit komplexer Form zu verarbeiten.

Sorten der Metallhärtung

Es gibt verschiedene Arten der Metallhärtung. Bei einigen Produkten reicht es aus, das Metall zu erhitzen und sofort abzukühlen, bei anderen ist es notwendig, es auf einer bestimmten Temperatur zu halten.
Es gibt folgende Arten der Härtung:

• Stationäres Härten: Wird in der Regel für Teile mit einer kleinen flachen Oberfläche verwendet. Die Position des Bauteils und des Induktors bleibt bei diesem Härteverfahren unverändert.
• Kontinuierliches sequenzielles Härten: wird zum Härten von zylindrischen oder flachen Produkten verwendet. Beim kontinuierlichen Härten kann sich das Teil unter den Induktor bewegen oder seine Position unverändert beibehalten.
• Tangentiales Härten von Produkten: hervorragend für die Bearbeitung kleiner zylindrischer Teile. Tangentiales kontinuierliches sequenzielles Abschrecken dreht das Produkt während des gesamten Wärmebehandlungsprozesses einmal.
• Die HFC-Einheit zum Härten ist eine Einrichtung, die in der Lage ist, ein Produkt in hoher Qualität zu härten und gleichzeitig Produktionsressourcen zu sparen.