Wärmebehandlung von Stahl. (Wärmebehandlung von Metall). Härten und HDTV. Installation von HDTV - das Funktionsprinzip zum Härten. Lampe Induktionsofen

Die Induktionserwärmung erfolgt, indem das Werkstück in die Nähe eines Wechselstromleiters, der als Induktor bezeichnet wird, platziert wird. Wenn ein hochfrequenter Strom (HFC) durch den Induktor fließt, entsteht ein elektromagnetisches Feld und wenn sich ein Metallprodukt in diesem Feld befindet, wird darin eine elektromotorische Kraft angeregt, die einen Wechselstrom gleicher Frequenz durchlässt das Produkt als Induktorstrom.

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 Spalts 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 erhitzten Teils 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 Aufheizgeschwindigkeit des Produkts hängt vom Wert der spezifischen Leistung ab: Je höher sie ist, desto schneller erfolgt die Aufheizung.

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 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 Härtungs- oder Erwärmungsqualität des 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; grober nadelförmiger Martensit tritt bei Überhitzung auf. Die Anzeichen von Defekten beim Aufheizen des HDTV sind die gleichen wie beim klassische Technologien Wärmebehandlung.

Bei der Oberflächenhärtung mit HFKW wird auf eine höhere Temperatur erwärmt als bei der konventionellen Massivhärtung. Dies hat zwei Gründe. Erstens steigen bei einer sehr hohen Aufheizrate die Temperaturen der kritischen Stellen, an denen der Übergang von Perlit zu Austenit erfolgt, und zweitens muss diese Umwandlung in einer sehr kurzen Aufheiz- und Haltezeit abgeschlossen sein.

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 völliges Fehlen von Maßstab
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.

Elektronische Geräte, die nach dem Prinzip der elektronischen Röhren arbeiten, die Gleichstrom in Wechselstrom erhöhter Frequenz umwandeln - Röhrengeneratoren.
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.
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 Durchlaufhärten und Simultanhärten.

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 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 abgeführt. 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 Abschreckmedium. Die Duschkühlung kann sowohl in Induktor-Sprayern als auch in speziellen Abschreckkammern erfolgen. 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.

Wärmebehandlung und Härten von Metall- und Stahlteilen mit Abmessungen größer als in dieser Tabelle sind nach Vereinbarung möglich.

Die Wärmebehandlung (Wärmebehandlung von Stahl) von Metallen und Legierungen in Moskau ist ein Service, den unser Werk seinen Kunden bietet. Wir haben alle notwendige Ausrüstung, für die qualifizierte Fachkräfte arbeiten. Wir führen alle Aufträge mit hoher Qualität und termingerecht aus. Wir nehmen auch Aufträge zur Wärmebehandlung von Stählen und Hochfrequenzstrom an und führen sie aus, die an uns und aus anderen Regionen Russlands kommen.

Die wichtigsten Arten der Wärmebehandlung von Stahl

Glühen erster Art:

Diffusionsglühen erster Art (Homogenisierung) - Schnelles Aufheizen bis t 1423 K, langes Halten und anschließendes langsames Abkühlen. Ausgleich chemischer Inhomogenitäten des Materials bei großformatigen Gussstücken aus legiertem Stahl

Rekristallisationsglühen erster Art - Aufheizen auf eine Temperatur von 873-973 K, langes Halten und anschließendes langsames Abkühlen. Nach Kaltverformung kommt es zu einer Abnahme der Härte und einer Zunahme der Plastizität (Verarbeitung ist interoperativ)

Spannungsabbauendes Glühen erster Art - Aufheizen auf eine Temperatur von 473-673 K und anschließendes langsames Abkühlen. Es entfernt Eigenspannungen nach dem Gießen, Schweißen, plastischen Verformen oder Bearbeiten.

Glühen Typ II:

Komplettes Glühen Typ II - Erhitzen auf eine Temperatur über dem Ac3-Punkt um 20-30 K, Halten und anschließendes Abkühlen. Härteabnahme, Verbesserung der Zerspanbarkeit, Abbau von Eigenspannungen bei untereutektoiden und eutektoiden Stählen vor dem Härten (siehe Hinweis zur Tabelle)

Glühen der Art II ist unvollständig - Erhitzen auf eine Temperatur zwischen den Punkten Ac1 und Ac3, Halten und anschließendes Abkühlen. Abnahme der Härte, Verbesserung der Zerspanbarkeit, Abbau innerer Spannungen in übereutektoidem Stahl vor dem Härten

Isothermes Glühen Typ II - Aufheizen bis zu einer Temperatur von 30-50 K über dem Ac3-Punkt (bei übereutektoidem Stahl) bzw. über dem Ac1-Punkt (bei übereutektoidem Stahl), Halten und anschließendes schrittweises Abkühlen. Beschleunigte Bearbeitung von kleinen Walzprodukten oder Schmiedestücken aus legierten und kohlenstoffreichen Stählen, um die Härte zu reduzieren, die Bearbeitbarkeit zu verbessern, innere Spannungen abzubauen

Sphäroidisierendes Glühen Typ II - Erhitzen auf eine Temperatur über dem Ac1-Punkt um 10-25 K, Halten und anschließendes schrittweises Abkühlen. Es kommt zu einer Abnahme der Härte, einer Verbesserung der Zerspanbarkeit, einem Abbau von Eigenspannungen im Werkzeugstahl vor dem Härten, einer Erhöhung der Duktilität von niedrig- und mittelgekohlten Stählen vor der Kaltverformung

Leichtes Glühen Typ II - Erhitzen in einer kontrollierten Umgebung auf eine Temperatur über dem Ac3-Punkt um 20-30 K, Halten und anschließendes Abkühlen in einer kontrollierten Umgebung. Tritt auf Schutz der Stahloberfläche vor Oxidation und Entkohlung

Glühen zweiter Art Normalisierung (Normalisierungsglühen) - Aufheizen auf eine Temperatur über dem Ac3-Punkt um 30-50 K, Halten und anschließendes Abkühlen in ruhiger Luft. Es gibt eine Korrektur des Gefüges von erhitztem Stahl, Beseitigung von Eigenspannungen in Baustahlteilen und Verbesserung ihrer Bearbeitbarkeit, eine Erhöhung der Härtbarkeitstiefe von Werkzeugen. Stahl vor dem Härten

Härten:

Kontinuierliches vollständiges Abschrecken - Erhitzen auf eine Temperatur über dem Ac3-Punkt um 30-50 K, Halten und anschließendes scharfes Abkühlen. Erzielen (in Kombination mit Anlassen) hoher Härte und Verschleißfestigkeit von Teilen aus untereutektoiden und eutektoiden Stählen

Abschrecken unvollständig - Erhitzen auf eine Temperatur zwischen den Punkten Ac1 und Ac3, Halten und anschließendes scharfes Abkühlen. Erzielen (in Kombination mit Anlassen) von hoher Härte und Verschleißfestigkeit von Teilen aus übereutektoidem Stahl

Intermittierendes Härten - Aufheizen bis t über den Ac3-Punkt um 30-50 K (bei untereutektoiden und eutektoiden Stählen) bzw. zwischen den Ac1- und Ac3-Punkten (bei übereutektoiden Stählen), Halten und anschließende Abkühlung in Wasser und dann in Öl. Reduziert Eigenspannungen und Dehnungen in Werkzeugstahlteilen mit hohem Kohlenstoffgehalt

Isothermes Abschrecken - Erhitzen auf eine Temperatur über dem Ac3-Punkt um 30-50 K, Halten und anschließendes Abkühlen in geschmolzenen Salzen und dann in Luft. Tritt auf Erzielung minimaler Verformung (Verzug), Erhöhung der Duktilität, Dauerfestigkeit und Biegefestigkeit von Teilen aus legiertem Werkzeugstahl

Stufenhärten - Das gleiche (unterscheidet sich vom isothermen Härten durch eine kürzere Verweilzeit des Teils im Kühlmedium). Reduziert Spannungen, Dehnungen und verhindert Rissbildung bei kleinen Werkzeugen aus Kohlenstoffstahl sowie größeren Werkzeugen aus legiertem Werkzeugstahl und HSS

Oberflächenhärten - Erhitzen der Oberflächenschicht des Produkts durch elektrischen Strom oder Gasflamme bis zum Abschrecken t, gefolgt von einem schnellen Abkühlen der erhitzten Schicht. Es kommt zu einer Erhöhung der Oberflächenhärte bis zu einer bestimmten Tiefe, Verschleißfestigkeit und erhöhter Lebensdauer von Maschinenteilen und Werkzeugen

Selbsttemperierendes Abschrecken - Erhitzen auf eine Temperatur über dem Ac3-Punkt um 30-50 K, Halten und anschließendes unvollständiges Abkühlen. Die im Bauteil gespeicherte Wärme sorgt für das Anlassen der gehärteten Außenschicht

Abschrecken mit Kaltbehandlung - Tiefkühlen nach dem Abschrecken auf eine Temperatur von 253-193 K. Es kommt zu einer Erhöhung der Härte und zur Erzielung stabiler Abmessungen von Teilen aus hochlegiertem Stahl

Abschrecken mit Kühlen - Vor dem Eintauchen in ein Kühlmedium werden erhitzte Teile einige Zeit an der Luft abgekühlt oder in einem Thermostat mit reduzierter t aufbewahrt. Der Wärmebehandlungszyklus von Stahl (normalerweise nach dem Aufkohlen) wird verkürzt.

Lichthärtung - Erhitzen in einer kontrollierten Umgebung auf eine Temperatur über dem Ac3-Punkt um 20-30 K, Halten und anschließendes Abkühlen in einer kontrollierten Umgebung. Tritt auf Schutz vor Oxidation und Entkohlung komplexer Teile von Formen, Werkzeugen und Vorrichtungen, die nicht geschliffen werden

Urlaubstief - Aufheizen im Temperaturbereich 423-523 K und anschließendes beschleunigtes Abkühlen. Es erfolgt ein Abbau von Eigenspannungen und eine Verringerung der Zerbrechlichkeit des Schneid- und Messwerkzeugs nach Oberflächenhärtung; für einsatzgehärtete Teile nach dem Härten

Durchschnittlicher Urlaub - Aufheizen im Intervall t = 623-773 K und anschließendes langsames oder beschleunigtes Abkühlen. Es kommt zu einer Erhöhung der Elastizitätsgrenze von Federn, Federn und anderen elastischen Elementen

Urlaubshoch - Heizen im Temperaturbereich 773-953 K und anschließendes langsames oder schnelles Abkühlen. Tritt in der Regel bei der thermischen Verbesserung auf

Thermische Verbesserung - Abschrecken und anschließendes Hochtempern. Es erfolgt ein vollständiger Abbau von Eigenspannungen. Bietet eine Kombination aus hoher Festigkeit und Duktilität bei der abschließenden Wärmebehandlung von Baustahlteilen, die unter Schock- und Vibrationsbelastungen arbeiten

Thermomechanische Behandlung - Erwärmen, schnelles Abkühlen auf 673-773 K, mehrfache plastische Verformung, Abschrecken und Anlassen. Bereitstellung von Walzprodukten und Teilen einfacher Form, die nicht geschweißt sind, erhöhte Festigkeit im Vergleich zu der durch konventionelle Wärmebehandlung erhaltenen Festigkeit

Alterung - Erhitzen und lange Exposition bei erhöhten Temperaturen. Es erfolgt eine Stabilisierung der Abmessungen von Teilen und Werkzeugen

Aufkohlen - Sättigung der Randschicht von Baustahl mit Kohlenstoff (Aufkohlen). Es folgt ein anschließendes Härten mit einem niedrigen Anlassen. Die Tiefe der zementierten Schicht beträgt 0,5-2 mm. Verleiht dem Produkt eine hohe Oberflächenhärte unter Beibehaltung eines zähen Kerns. Kohlenstoff- oder legierte Stähle mit Kohlenstoffgehalt werden zementiert: für kleine und mittlere Produkte 0,08-0,15%, für größere 0,15-0,5%. Zahnräder, Kolbenbolzen usw. werden zementiert.

Cyanidation - Thermochemische Behandlung von Stahlprodukten in einer Lösung von Cyanidsalzen bei einer Temperatur von 820. Die Oberflächenschicht des Stahls ist mit Kohlenstoff und Stickstoff gesättigt (Schicht 0,15-0,3 mm). Stähle mit niedrigem Kohlenstoffgehalt unterliegen einer Cyanidierung , neben einer festen Oberfläche hat das Produkt einen viskosen Kern. Solche Produkte zeichnen sich durch hohe Verschleißfestigkeit und Stoßfestigkeit aus.

Nitrieren (Nitrieren) - Stickstoffsättigung der Oberflächenschicht von Stahlprodukten bis zu einer Tiefe von 0,2-0,3 mm. Verleiht eine hohe Oberflächenhärte, erhöhte Abrieb- und Korrosionsbeständigkeit. Lehren, Zahnräder, Wellenzapfen usw. werden nitriert.

Kaltbehandlung - Gekühlt nach dem Abschrecken auf Temperaturen unter Null. Bei gehärteten Stählen ändert sich das innere Gefüge. Es wird für Werkzeugstähle, einsatzgehärtete Produkte, einige hochlegierte Stähle verwendet.

METALLE WÄRMEBEHANDLUNG (HEAT TREATMENT), ein bestimmter Zeitzyklus des Erhitzens und Abkühlens, dem Metalle ausgesetzt sind, um ihre physikalischen Eigenschaften zu ändern. Die Wärmebehandlung im üblichen Sinne erfolgt bei Temperaturen unterhalb des Schmelzpunktes. Schmelz- und Gießprozesse, die einen wesentlichen Einfluss auf die Eigenschaften des Metalls haben, sind in diesem Konzept nicht enthalten. Änderungen der physikalischen Eigenschaften durch die Wärmebehandlung sind auf Änderungen der inneren Struktur und der chemischen Beziehungen zurückzuführen, die im festen Material auftreten. Wärmebehandlungszyklen sind verschiedene Kombinationen aus Erhitzen, Halten auf einer bestimmten Temperatur und schnellem oder langsamem Abkühlen, entsprechend den zu bewirkenden strukturellen und chemischen Veränderungen.

Granulare Struktur von Metallen. Jedes Metall besteht normalerweise aus vielen Kristallen, die miteinander in Kontakt stehen (Körner genannt), die normalerweise mikroskopisch klein sind, aber manchmal mit bloßem Auge sichtbar sind. Atome in jedem Korn sind so angeordnet, dass sie ein regelmäßiges dreidimensionales geometrisches Gitter bilden. Die Art des Gitters, Kristallstruktur genannt, ist eine Eigenschaft des Materials und kann durch Röntgenbeugungsanalyseverfahren bestimmt werden. Die richtige Anordnung der Atome bleibt im gesamten Korn erhalten, bis auf kleine Verletzungen, wie beispielsweise einzelne Gitterplätze, die sich versehentlich als frei herausstellen. Alle Körner haben die gleiche Kristallstruktur, sind aber in der Regel im Raum unterschiedlich orientiert. Daher sind Atome an der Grenze zweier Körner immer weniger geordnet als in ihnen. Dies erklärt insbesondere, dass die Korngrenzen mit chemischen Reagenzien leichter zu ätzen sind. Eine polierte flache Metalloberfläche, die mit einem geeigneten Ätzmittel behandelt wurde, weist normalerweise ein klares Korngrenzenmuster auf. Die physikalischen Eigenschaften eines Materials werden durch die Eigenschaften einzelner Körner, deren Wirkung aufeinander und die Eigenschaften der Korngrenzen bestimmt. Die Eigenschaften eines metallischen Materials hängen im Wesentlichen von der Größe, Form und Orientierung der Körner ab, und der Zweck der Wärmebehandlung besteht darin, diese Faktoren zu kontrollieren.

Atomare Prozesse bei der Wärmebehandlung. Wenn die Temperatur eines festen kristallinen Materials ansteigt, wird es für seine Atome einfacher, sich von einer Stelle des Kristallgitters zu einer anderen zu bewegen. Auf dieser Diffusion von Atomen beruht die Wärmebehandlung. Der effektivste Mechanismus für die Bewegung von Atomen in einem Kristallgitter kann man sich als die Bewegung von freien Gitterplätzen vorstellen, die in jedem Kristall immer vorhanden sind. Bei erhöhten Temperaturen wird aufgrund einer Zunahme der Diffusionsgeschwindigkeit der Prozess des Übergangs von der Nichtgleichgewichtsstruktur einer Substanz in eine Gleichgewichtsstruktur beschleunigt. Die Temperatur, bei der die Diffusionsrate merklich zunimmt, ist bei verschiedenen Metallen nicht gleich. Bei Metallen mit hohem Schmelzpunkt ist sie in der Regel höher. Bei Wolfram mit einem Schmelzpunkt von 3387 ° C tritt selbst bei Rotglut keine Rekristallisation auf, während die Wärmebehandlung von Aluminiumlegierungen, die bei niedrigen Temperaturen schmelzen, in einigen Fällen bei Raumtemperatur durchgeführt werden kann.

In vielen Fällen beinhaltet die Wärmebehandlung ein sehr schnelles Abkühlen, Abschrecken genannt, um die gebildete Struktur bei der erhöhten Temperatur zu erhalten. Obwohl eine solche Struktur streng genommen bei Raumtemperatur nicht als thermodynamisch stabil angesehen werden kann, ist sie in der Praxis aufgrund der geringen Diffusionsrate recht stabil. Viele nützliche Legierungen haben diese "metastabile" Struktur.

Die durch die Wärmebehandlung verursachten Veränderungen können zwei Haupttypen sein. Erstens sind sowohl bei reinen Metallen als auch bei Legierungen Änderungen möglich, die nur die physikalische Struktur betreffen. Dies können Veränderungen des Spannungszustandes des Materials, Veränderungen der Größe, Form, Kristallstruktur und Orientierung seiner Kristallkörner sein. Zum anderen kann sich auch die chemische Struktur des Metalls ändern. Dies kann sich in der Glättung von Inhomogenitäten in der Zusammensetzung und der Bildung von Ausscheidungen einer anderen Phase in Wechselwirkung mit der umgebenden Atmosphäre äußern, die erzeugt werden, um das Metall zu reinigen oder ihm bestimmte Oberflächeneigenschaften zu verleihen. Änderungen beider Typen können gleichzeitig auftreten.

Linderung von Stress. Kaltverformung erhöht die Härte und Sprödigkeit der meisten Metalle. Manchmal ist diese "Arbeitshärtung" wünschenswert. Nichteisenmetalle und deren Legierungen werden in der Regel durch Kaltwalzen gehärtet. Baustähle werden auch oft kaltverfestigt gehärtet. Kaltgewalzte oder kaltgezogene Stähle mit hohem Kohlenstoffgehalt, die beispielsweise für die Herstellung von Federn auf die erforderliche erhöhte Festigkeit gebracht wurden, werden in der Regel spannungsarm geglüht und auf eine relativ niedrige Temperatur erhitzt, bei der das Material fast so hart bleibt wie zuvor , aber darin verschwindet Inhomogenität der Verteilung der inneren Spannungen. Dadurch wird die Rissneigung insbesondere in korrosiven Umgebungen verringert. Ein solcher Spannungsabbau erfolgt in der Regel durch lokales plastisches Fließen im Material, das nicht zu Veränderungen der Gesamtstruktur führt.

Umkristallisation. Bei verschiedenen Verfahren der Metallumformung durch Druck ist es oft erforderlich, die Form des Werkstücks stark zu verändern. Soll im kalten Zustand umgeformt werden (was oft aus praktischen Erwägungen bedingt ist), muss das Verfahren in mehrere Stufen mit dazwischenliegender Rekristallisation zerlegt werden. Nach der ersten Umformstufe, wenn das Material soweit gehärtet ist, dass eine weitere Umformung zum Bruch führen kann, wird das Werkstück auf eine Temperatur oberhalb der Spannungsarmglühtemperatur erwärmt und zur Rekristallisation gehalten. Durch die schnelle Diffusion bei dieser Temperatur entsteht durch atomare Umlagerung eine völlig neue Struktur. In der Kornstruktur des verformten Materials beginnen neue Körner zu wachsen, die es im Laufe der Zeit vollständig ersetzen. An den Stellen, an denen das alte Gefüge am stärksten gestört ist, nämlich an den alten Korngrenzen, bilden sich zunächst kleine neue Körner. Beim weiteren Glühen werden die Atome des verformten Gefüges neu angeordnet, so dass sie auch Teil neuer Körner werden, die wachsen und schließlich das gesamte alte Gefüge aufnehmen. Das Werkstück behält seine bisherige Form bei, besteht aber nun aus einem weichen, spannungsfreien Material, das einem neuen Umformzyklus unterzogen werden kann. Dieser Vorgang kann bei gegebenem Verformungsgrad bei Bedarf mehrmals wiederholt werden.

Kaltumformen ist eine Verformung bei einer Temperatur, die für eine Rekristallisation zu niedrig ist. Für die meisten Metalle erfüllt die Raumtemperatur diese Definition. Wenn die Verformung bei einer ausreichend hohen Temperatur durchgeführt wird, damit die Rekristallisation der Verformung des Materials folgen kann, wird diese Behandlung als heiß bezeichnet. Solange die Temperatur hoch genug bleibt, kann es beliebig verformt werden. Der heiße Zustand eines Metalls wird hauptsächlich dadurch bestimmt, wie nahe seine Temperatur am Schmelzpunkt liegt. Die hohe Formbarkeit von Blei bedeutet, dass es leicht rekristallisiert, dh seine "heiße" Verarbeitung kann bei Raumtemperatur durchgeführt werden.

Texturkontrolle. Die physikalischen Eigenschaften eines Korns sind im Allgemeinen in verschiedenen Richtungen nicht gleich, da jedes Korn ein Einkristall mit seiner eigenen Kristallstruktur ist. Die Eigenschaften einer Metallprobe werden über alle Körner gemittelt. Bei zufälliger Kornorientierung sind die allgemeinen physikalischen Eigenschaften in allen Richtungen gleich. Sind bei den meisten Körnern einige Kristallebenen oder Atomreihen parallel, dann werden die Eigenschaften der Probe "anisotrop", dh richtungsabhängig. In diesem Fall hat der durch Tiefextrusion aus einer kreisförmigen Platte erhaltene Becher "Zungen" oder "Ausschnitte" am oberen Rand, da sich das Material in einigen Richtungen leichter verformt als in anderen. Bei der mechanischen Formgebung ist eine Anisotropie der physikalischen Eigenschaften im Allgemeinen unerwünscht. Bei Blechen aus magnetischen Materialien für Transformatoren und andere Geräte ist es jedoch sehr wünschenswert, dass die Richtung der leichten Magnetisierung, die bei Einkristallen durch die Kristallstruktur bestimmt wird, in allen Körnern mit der gegebenen Richtung des magnetischen Flusses übereinstimmt. Somit kann die "bevorzugte Orientierung" (Textur) je nach Verwendungszweck des Materials wünschenswert oder unerwünscht sein. Im Allgemeinen ändert sich, wenn ein Material rekristallisiert, seine bevorzugte Orientierung. Die Art dieser Orientierung hängt von der Zusammensetzung und Reinheit des Materials, von der Art und dem Grad der Kaltverformung sowie von der Dauer und Temperatur des Glühens ab.

Korngrößenkontrolle. Die physikalischen Eigenschaften einer Metallprobe werden maßgeblich durch die durchschnittliche Korngröße bestimmt. Eine feinkörnige Struktur entspricht fast immer den besten mechanischen Eigenschaften. Die Reduzierung der Korngröße ist oft eines der Ziele der Wärmebehandlung (sowie des Schmelzens und Gießens). Mit steigender Temperatur beschleunigt sich die Diffusion und daher die durchschnittliche größe Korn nimmt zu. Die Korngrenzen verschieben sich, so dass die größeren Körner auf Kosten der kleineren wachsen, die schließlich verschwinden. Daher werden die abschließenden Warmumformprozesse in der Regel bei möglichst niedriger Temperatur durchgeführt, um die Korngrößen möglichst gering zu halten. Die Warmumformung bei niedriger Temperatur wird oft bewusst in Erwägung gezogen, hauptsächlich um die Korngröße zu reduzieren, obwohl das gleiche Ergebnis durch Kaltumformung mit anschließender Rekristallisation erreicht werden kann.

Homogenisierung. Die oben genannten Prozesse finden sowohl in reinen Metallen als auch in Legierungen statt. Es gibt jedoch eine Reihe anderer Verfahren, die nur in metallischen Werkstoffen mit zwei oder mehr Komponenten möglich sind. So kommt es beispielsweise beim Gießen der Legierung mit ziemlicher Sicherheit zu Inhomogenitäten in der chemischen Zusammensetzung, die durch den ungleichmäßigen Erstarrungsprozess bedingt ist. In einer erstarrenden Legierung ist die Zusammensetzung der zu einem bestimmten Zeitpunkt gebildeten festen Phase nicht dieselbe wie in der flüssigen Phase, die mit ihr im Gleichgewicht steht. Folglich wird die Zusammensetzung des Festkörpers, die im ersten Moment der Erstarrung erscheint, eine andere sein als am Ende der Erstarrung, was zu einer räumlichen Inhomogenität der Zusammensetzung im mikroskopischen Maßstab führt. Diese Inhomogenität wird durch einfaches Erwärmen, insbesondere in Kombination mit mechanischer Verformung, beseitigt.

Reinigung. Obwohl die Reinheit des Metalls in erster Linie durch die Schmelz- und Gießbedingungen bestimmt wird, wird die Reinigung des Metalls oft durch eine Festkörperwärmebehandlung erreicht. Die im Metall enthaltenen Verunreinigungen reagieren an seiner Oberfläche mit der Atmosphäre, in der es erhitzt wird; somit kann eine Atmosphäre aus Wasserstoff oder einem anderen Reduktionsmittel einen erheblichen Teil der Oxide in reines Metall umwandeln. Die Tiefe einer solchen Reinigung hängt von der Fähigkeit der Verunreinigungen ab, aus dem Volumen an die Oberfläche zu diffundieren, und wird daher von der Dauer und Temperatur der Wärmebehandlung bestimmt.

Isolierung von Sekundärphasen. Ein wichtiger Effekt liegt den meisten Arten der Wärmebehandlung von Legierungen zugrunde. Dies hängt damit zusammen, dass die Löslichkeit der Legierungsbestandteile im festen Zustand von der Temperatur abhängt. Im Gegensatz zu reinem Metall, bei dem alle Atome gleich sind, gibt es in einer zweikomponentigen, beispielsweise festen, Lösung Atome zweier verschiedener Typen, die zufällig über die Plätze des Kristallgitters verteilt sind. Erhöht man die Zahl der Atome zweiter Art, so kann man einen Zustand erreichen, in dem sie die Atome erster Art nicht einfach ersetzen können. Überschreitet die Menge der zweiten Komponente diese Löslichkeitsgrenze im festen Zustand, treten im Gleichgewichtsgefüge der Legierung Einschlüsse der zweiten Phase auf, die sich in Zusammensetzung und Gefüge von den Ausgangskörnern unterscheiden und meist in der Form zwischen diesen eingestreut werden von getrennten Teilchen. Solche Partikel der zweiten Phase können einen tiefgreifenden Einfluss auf die physikalischen Eigenschaften des Materials haben, die von ihrer Größe, Form und Verteilung abhängen. Diese Faktoren können durch Wärmebehandlung (Wärmebehandlung) verändert werden.

Wärmebehandlung ist der Prozess der Verarbeitung von Metall- und Legierungsprodukten durch thermische Einwirkung, um ihre Struktur und Eigenschaften in eine bestimmte Richtung zu ändern. Dieser Effekt kann auch mit chemischen, Verformungen, magnetischen usw. kombiniert werden.

Historische Informationen zur Wärmebehandlung.
Seit der Antike wendet der Mensch die Wärmebehandlung von Metallen an. Schon in der Chalkolithikum sah sich der primitive Mensch durch Kaltschmieden von einheimischem Gold und Kupfer mit dem Phänomen der Kaltverfestigung konfrontiert, was die Herstellung von Produkten mit dünnen Klingen und scharfen Spitzen erschwerte, und um die Plastizität wiederherzustellen, musste der Schmied erhitzen kalt geschmiedetes Kupfer im Herd. Die frühesten Belege für die Anwendung des Erweichungsglühens von gehärtetem Metall stammen aus dem Ende des 5. Jahrtausends v. NS. Ein solches Glühen war in seiner Entstehungszeit der erste Vorgang der Wärmebehandlung von Metallen. Bei der Herstellung von Waffen und Werkzeugen aus im Rohblasverfahren gewonnenem Eisen erhitzte der Schmied den Eisenknüppel zum Warmschmieden in einer Holzkohleschmiede. Gleichzeitig wurde das Eisen aufgekohlt, dh es fand eine Zementierung statt, eine der Arten der chemisch-thermischen Behandlung. Beim Abkühlen eines Schmiedeprodukts aus aufgekohltem Eisen in Wasser entdeckte der Schmied eine starke Zunahme seiner Härte und eine Verbesserung anderer Eigenschaften. Das Wasserabschrecken von aufgekohltem Eisen wird seit dem Ende des 2. frühen 1. Jahrtausends v. Chr. verwendet. NS. Homers Odyssee (8.-7. Jahrhundert v. Chr.) enthält die folgenden Zeilen: "Wie ein Schmied eine glühende Axt oder eine Axt in kaltes Wasser taucht und das eiserne Zischen mit einem Gurgeln stärker ist als Eisen, das in Feuer und Wasser getempert wird ." Im 5. Jahrhundert. BC NS. Etrusker löschten Bronzespiegel mit hohem Zinngehalt in Wasser (höchstwahrscheinlich um die Brillanz beim Polieren zu verbessern). Die Zementierung von Eisen in Holzkohle oder organischem Material, das Härten und Anlassen von Stahl war im Mittelalter bei der Herstellung von Messern, Schwertern, Feilen und anderen Werkzeugen weit verbreitet. Die mittelalterlichen Handwerker, die das Wesen der inneren Umwandlungen in Metall nicht kannten, schrieben die Erzielung hoher Eigenschaften bei der Wärmebehandlung von Metallen oft der Manifestation übernatürlicher Kräfte zu. Bis Mitte des 19. Jahrhunderts. Das menschliche Wissen über die Wärmebehandlung von Metallen war eine Reihe von Rezepturen, die auf der Grundlage jahrhundertelanger Erfahrung entwickelt wurden. Der Bedarf an der Entwicklung der Technologie und vor allem für die Entwicklung der Stahlkanonenproduktion führte zur Umwandlung der Wärmebehandlung von Metallen von der Kunst in die Wissenschaft. Als die Armee Mitte des 19. Jahrhunderts versuchte, die Kanonen aus Bronze und Gusseisen durch stärkere Stahlkanonen zu ersetzen, war das Problem der Herstellung von Kanonenrohren mit hoher und garantierter Festigkeit äußerst akut. Obwohl Metallurgen die Rezepte zum Schmelzen und Gießen von Stahl kannten, platzten die Waffenrohre sehr oft ohne ersichtlichen Grund. DKChernov in den Obukhov Steel Works in St. Petersburg, die geätzte Dünnschliffe, die aus den Mündungen von Waffen unter einem Mikroskop hergestellt wurden, untersuchte und die Struktur von Brüchen an der Bruchstelle unter einer Lupe beobachtete, kam zu dem Schluss, dass Stahl umso fester ist, je feiner er ist Struktur. Im Jahr 1868 entdeckte Chernov innere Gefügeumwandlungen im Kühlstahl, die bei bestimmten Temperaturen auftreten. die er die kritischen Punkte a und b nannte. Wird der Stahl auf Temperaturen unter Punkt a erhitzt, kann er nicht gehärtet werden, und um ein feinkörniges Gefüge zu erhalten, muss der Stahl auf Temperaturen über Punkt b erhitzt werden. Die Entdeckung der kritischen Punkte der Strukturumwandlungen in Stahl durch Chernov ermöglichte die wissenschaftliche Auswahl des Wärmebehandlungsmodus, um die erforderlichen Eigenschaften von Stahlprodukten zu erhalten.

1906 entdeckte A. Wilm (Deutschland) die Alterung nach dem Härten auf dem von ihm erfundenen Duraluminium (siehe Altern von Metallen) der wichtigste weg Verfestigung von Legierungen auf verschiedenen Untergründen (Aluminium, Kupfer, Nickel, Eisen usw.). In den 30er Jahren. 20. Jahrhundert thermomechanische Behandlung von alternden Kupferlegierungen und in den 50er Jahren thermomechanische Behandlung von Stählen, die es ermöglichte, die Festigkeit der Produkte erheblich zu erhöhen. Zu den kombinierten Arten der Wärmebehandlung gehört die thermomagnetische Behandlung, die es ermöglicht, durch das Abkühlen von Produkten in einem Magnetfeld einige ihrer magnetischen Eigenschaften zu verbessern.

Das Ergebnis zahlreicher Studien über die Veränderungen des Gefüges und der Eigenschaften von Metallen und Legierungen unter thermischer Einwirkung war eine harmonische Theorie der Wärmebehandlung von Metallen.

Die Einteilung der Wärmebehandlungsarten richtet sich danach, welche Gefügeveränderungen des Metalls bei Wärmeeinwirkung auftreten. Die Wärmebehandlung von Metallen wird unterteilt in die Wärmebehandlung selbst, die nur aus der thermischen Wirkung auf das Metall besteht, die chemisch-thermische, die thermische und chemische Wirkungen kombiniert, und die thermomechanische, die thermische Wirkungen und plastische Verformung kombiniert. Die eigentliche Wärmebehandlung umfasst folgende Arten: Glühen 1. Art, Glühen 2. Art, Abschrecken ohne polymorphe Umwandlung und mit polymorpher Umwandlung, Altern und Anlassen.

Nitrieren - Sättigung der Oberfläche von Metallteilen mit Stickstoff zur Erhöhung der Härte, Verschleißfestigkeit, Ermüdungsgrenze und Korrosionsbeständigkeit. Stahl, Titan, einige Legierungen, am häufigsten legierte Stähle, insbesondere Chrom-Aluminium, sowie Vanadium- und Molybdän enthaltende Stähle werden nitriert.
Das Nitrieren von Stahl erfolgt bei t 500 650 C in Ammoniak. Oberhalb von 400 C beginnt die Dissoziation von Ammoniak nach der Reaktion NH3 '3H + N. Der gebildete atomare Stickstoff diffundiert in das Metall und bildet stickstoffhaltige Phasen. Bei einer Nitriertemperatur unter 591 C besteht die Nitrierschicht aus drei Phasen (Abb.): Μ Fe2N-Nitrid, ³ Fe4N-Nitrid, ± stickstoffhaltiger Ferrit mit ca. 0,01 % Stickstoff bei Raumtemperatur und der ³-Phase, die als a durch langsames Abkühlen, zersetzt sich bei 591 C in ein Eutektoide ± + ³ 1. Die Härte der Nitrierschicht steigt auf HV = 1200 (entspricht 12 H/m2) und bleibt bei mehrmaligem Erhitzen bis 500 600 C erhalten, was für hohe Verschleißfestigkeit von Teilen bei erhöhten Temperaturen Nitrierte Stähle sind einsatzgehärteten und gehärteten Stählen in der Verschleißfestigkeit deutlich überlegen Nitrieren ist ein langer Prozess, es dauert 20-50 Stunden, um eine Schicht mit einer Dicke von 0,2 0,4 mm zu erhalten Nitrieren, Verzinnen (für Baustähle) und Vernickeln (für nichtrostende und hitzebeständige Stähle) kommen zum Einsatz. Die Härte der Nitrierschicht von hitzebeständigen Stählen wird manchmal in einem Gemisch aus Ammoniak und Stickstoff durchgeführt.
Das Nitrieren von Titanlegierungen erfolgt bei 850-950 °C in hochreinem Stickstoff (Nitrieren in Ammoniak wird wegen der erhöhten Sprödigkeit des Metalls nicht verwendet).

Beim Nitrieren bilden sich eine obere dünne Nitridschicht und eine feste Lösung von Stickstoff in ± Titan. Die Schichttiefe in 30 h beträgt 0,08 mm bei einer Oberflächenhärte von HV = 800 850 (entspricht 8 8,5 H/m2). Das Einbringen einiger Legierungselemente in die Legierung (bis zu 3 % Al, 35 % Zr usw.) erhöht die Stickstoffdiffusionsrate, erhöht die Tiefe der Nitrierschicht und Chrom verringert die Diffusionsrate. Das Nitrieren von Titanlegierungen in verdünntem Stickstoff ermöglicht eine tiefere Schicht ohne spröde Nitridzone.
Nitrieren ist in der Industrie weit verbreitet, auch für Teile, die bei Temperaturen bis 500 600 C betrieben werden (Zylinderlaufbuchsen, Kurbelwellen, Getriebe, Schieberpaare, Teile Kraftstoffausrüstung usw.).
Lit.: Minkevich A.N., Chemische Wärmebehandlung von Metallen und Legierungen, 2. Aufl., M., 1965: Gulyaev A.P. Metallovedenie, 4. Aufl., M., 1966.

Zum ersten Mal hat V. P. Wolodin. Es war vor fast einem Jahrhundert - im Jahr 1923. Und 1935 wurde diese Art der Wärmebehandlung zum Härten von Stahl eingesetzt. Die Popularität des Härtens ist heute kaum zu überschätzen - es wird in fast allen Bereichen des Maschinenbaus aktiv eingesetzt, und auch HFKW-Anlagen zum Härten sind sehr gefragt.

Um die Härte der gehärteten Schicht zu erhöhen und die Zähigkeit im Zentrum des Stahlteils zu erhöhen, ist es notwendig, eine Oberfläche zu verwenden HDTV-Härtung... In diesem Fall wird die obere Schicht des Teils auf die Härtetemperatur erhitzt und scharf abgekühlt. Es ist wichtig, dass die Eigenschaften des Kerns des Teils unverändert bleiben. Da die Mitte des Teils seine Zähigkeit behält, wird das Teil selbst stärker.

Mit Hilfe des HFKW-Abschreckens ist es möglich, die innere Schicht des legierten Teils zu verstärken; es wird für Stähle mit mittlerem Kohlenstoffgehalt (0,4-0,45 % C) verwendet.

Vorteile der HDTV-Härtung:

Bei der Induktionserwärmung ändert sich nur der benötigte Teil des Teils, diese Methode ist wirtschaftlicher als die konventionelle Erwärmung. Außerdem dauert die HDTV-Härtung weniger Zeit;
Durch das Abschrecken von HFC-Stahl ist es möglich, das Auftreten von Rissen zu vermeiden und das Risiko von Ausschuss durch Verzug zu reduzieren;
Während der HFKW-Erhitzung treten kein Kohlenstoffausbrand und keine Kesselsteinbildung auf;
Bei Bedarf sind Änderungen in der Tiefe der ausgehärteten Schicht möglich;
Durch HFC-Abschrecken ist es möglich, die mechanischen Eigenschaften von Stahl zu verbessern;
Bei der Verwendung von Induktionserwärmung ist es möglich, das Auftreten von Verformungen zu vermeiden;
Die Automatisierung und Mechanisierung des gesamten Heizprozesses ist auf hohem Niveau.

Allerdings hat die HDTV-Härtung auch Nachteile. Daher ist es sehr problematisch, einige komplexe Teile zu bearbeiten, und in einigen Fällen ist eine Induktionserwärmung völlig inakzeptabel.

Härten von HFC-Stahl - Sorten:

Stationäre HDTV-Härtung. Es wird zum Härten von kleinen flachen Teilen (Oberflächen) verwendet. Dabei wird die Position des Teils und der Heizung konstant gehalten.

Kontinuierliche sequentielle HDTV-Härtung... Bei dieser Art der Härtung wandert das Teil entweder unter die Heizung oder bleibt an Ort und Stelle. Im letzteren Fall bewegt sich die Heizung selbst in Richtung des Teils. Diese HFC-Härtung eignet sich zur Bearbeitung von flachen und zylindrischen Teilen und Oberflächen.

Tangentiale kontinuierlich-sequentielle HDTV-Härtung... Es wird verwendet, um extrem kleine zylindrische Teile zu erhitzen, die einmal scrollen.

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Die Stärke von Elementen 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 produktivsten Methoden bei der Massenproduktion verschiedener Strukturelemente.

Eine ähnliche Wärmebehandlung wird sowohl auf die Gesamtheit der Teile als auch auf ihre einzelnen 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 des Gerätes gar nicht oder nur geringfügig erwärmt werden. Die Oberflächenschicht des Werkstücks bildet die erforderliche Dicke, ausreichend für den Durchgang von elektrischem Strom. Diese Schicht repräsentiert die Eindringtiefe des elektrischen Stroms.

Experimente haben das bewiesen eine Erhöhung der Frequenz des Stroms 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 HFC-Härteeinheit 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 steigender 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%.

Übereutektoider 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 Haltezeit 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;
Ersetzen von legiertem Stahl durch Kohlenstoffstahl;
Gleichmäßiges Aufwärmen des Produkts;
Die Fähigkeit, das gesamte Teil nicht vollständig zu erhitzen. Reduzierter Energieverbrauch;
Hohe 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 Großserie 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.