Härten von Metallen durch hochfrequente Ströme. HFC-Anlage zum Härten von Stahl

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 können Sie übersichtlich 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. Es ist wichtig zu beachten, dass der Kern des Produkts während der HFC-Härtung völlig unverändert bleibt.
Die Induktionsanlage hat im Vergleich zu alternativen Heizarten viele sehr wichtige Vorteile: Waren frühere HFKW-Anlagen umständlicher und unbequemer, wurde dieser Nachteil nun behoben und die Anlage ist universell für die Wärmebehandlung von Metallprodukten geworden.

Vorteile von Induktionsgeräten

Einer der Nachteile einer Induktionshärteanlage 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 normalerweise 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 sequenziellen 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. Beim tangentialen kontinuierlichen sequenziellen Härten wird das Produkt während des gesamten Wärmebehandlungsprozesses einmal rotiert.
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.

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 verfügen über alle notwendigen Geräte, die von qualifizierten Fachkräften bedient werden. 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 Typ I:

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

Glühen zweiter Art, Sphäroidisieren - Aufheizen 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) von 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 dem Ac3-Punkt um 30-50 K (bei untereutektoiden und eutektoiden Stählen) bzw. zwischen den Ac1- und Ac3-Punkten (bei übereutektoiden Stählen), Halten und anschließendes Abkühlen 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 - Tiefkühlung nach dem Abschrecken auf eine Temperatur von 253-193 K. Es kommt zu einer Erhöhung der Härte und zum Erhalten 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 kommt zu einem Abbau von Eigenspannungen und einer Abnahme der Sprödigkeit von Schneid- und Messwerkzeugen nach dem Oberflächenhärten; 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 Zementschicht 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 korrekte Anordnung der Atome bleibt im gesamten Korn erhalten, bis auf kleine Verletzungen, wie zum Beispiel 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 entscheidend 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 bei Raumtemperatur streng genommen 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 Veränderungen 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 "Verfestigungsverfestigung" 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 zum Beispiel für die Herstellung von Federn auf die erforderliche erhöhte Festigkeit gebracht wurden, werden normalerweise einem Spannungsarmglühen unterzogen, das auf eine relativ niedrige Temperatur erhitzt wird, wobei das Material fast so hart bleibt wie Inhomogenität der Verteilung der inneren Spannungen vor, verschwindet aber darin. Dies verringert die Rissneigung, insbesondere in korrosiven Umgebungen. 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 absorbieren. 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 einige Kristallebenen oder Atomreihen der meisten Körner parallel, dann werden die Eigenschaften der Probe "anisotrop", dh richtungsabhängig. In diesem Fall hat der durch Tiefpressen 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 damit die durchschnittliche Korngröße. 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 entstanden ist, eine andere sein als am Ende der Erstarrung, was zu einer räumlichen Heterogenität 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 Form von Partikel trennen. 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. " 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, 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 von 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 anderer Basis (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, u Kraftstoffausrüstung usw.).
Lit.: Minkevich A.N., Chemische Wärmebehandlung von Metallen und Legierungen, 2. Aufl., M., 1965: Gulyaev A.P. Metallovedenie, 4. Aufl., M., 1966.

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 der gleichen Frequenz wie der Induktorstrom, der 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 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 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 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; Bei Überhitzung entsteht grober nadelförmiger Martensit. 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 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, wird 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.

Konstruktion 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.

Induktionserwärmung ist ein Verfahren zur berührungslosen Erwärmung durch hochfrequente Ströme (RFH - Radio-Frequency Heating) von elektrisch leitfähigen Materialien.

Beschreibung der Methode.

Induktionserwärmung ist die Erwärmung von Materialien durch elektrische Ströme, die durch ein magnetisches Wechselfeld induziert werden. Folglich ist dies die Erwärmung von Produkten aus leitfähigen Materialien (Leiter) durch das Magnetfeld von Induktoren (Quellen eines magnetischen Wechselfeldes). Die Induktionserwärmung wird wie folgt durchgeführt. Ein elektrisch leitfähiges Werkstück (Metall, Graphit) wird in einen sogenannten Induktor gelegt, der aus einer oder mehreren Drahtwindungen (meist Kupfer) besteht. Im Induktor werden mit Hilfe eines speziellen Generators starke Ströme verschiedener Frequenzen (von zehn Hz bis mehrere MHz) induziert, wodurch um den Induktor ein elektromagnetisches Feld entsteht. Das elektromagnetische Feld induziert Wirbelströme im Werkstück. Wirbelströme erhitzen das Werkstück unter dem Einfluss der Jouleschen Wärme (siehe Joule-Lenz-Gesetz).

Das Werkstückinduktorsystem ist ein eisenloser Transformator, bei dem der Induktor die Primärwicklung ist. Das Werkstück ist eine kurzgeschlossene Sekundärwicklung. Der magnetische Fluss zwischen den Wicklungen ist in der Luft geschlossen.

Wirbelströme werden mit hoher Frequenz durch das von ihnen gebildete Magnetfeld in die dünnen Randschichten des Werkstücks Δ verdrängt (Surface-Effekt), wodurch ihre Dichte stark ansteigt und sich das Werkstück erwärmt. Die darunterliegenden Metallschichten werden aufgrund der Wärmeleitfähigkeit erhitzt. Nicht der Strom ist wichtig, sondern die hohe Stromdichte. In der Hautschicht Δ nimmt die Stromdichte relativ zur Stromdichte an der Oberfläche des Werkstücks um den Faktor e ab, während in der Hautschicht 86,4 % der Wärme freigesetzt wird (der gesamten Wärmeabgabe. Die Tiefe der Haut Schicht hängt von der Strahlungsfrequenz ab: je höher die Frequenz, desto dünner die Hautschicht Sie hängt auch von der relativen magnetischen Permeabilität μ des Werkstückmaterials ab.

Für Eisen, Kobalt, Nickel und magnetische Legierungen hat μ bei Temperaturen unterhalb des Curie-Punktes einen Wert von mehreren Hundert bis Zehntausenden. Bei anderen Materialien (Schmelzen, Buntmetalle, flüssige niedrigschmelzende Eutektika, Graphit, Elektrolyte, elektrisch leitfähige Keramiken etc.) ist µ ungefähr gleich Eins.

Bei einer Frequenz von 2 MHz beträgt die Tiefe der Hautschicht beispielsweise für Kupfer etwa 0,25 mm, für Eisen 0,001 mm.

Der Induktor wird im Betrieb sehr heiß, da er seine eigene Strahlung absorbiert. Außerdem absorbiert es die Wärmestrahlung eines heißen Werkstücks. Induktoren bestehen aus wassergekühlten Kupferrohren. Wasser wird abgesaugt - dies sorgt für Sicherheit bei Durchbrennen oder sonstigem Druckentlasten des Induktors.

Anwendung:
Hochreines berührungsloses Schmelzen, Löten und Schweißen von Metallen.
Herstellung von Prototypen von Legierungen.
Biegen und Wärmebehandlung von Maschinenteilen.
Schmuckherstellung.
Bearbeitung von Kleinteilen, die durch Flammen- oder Lichtbogenerwärmung beschädigt werden können.
Oberflächenhärtung.
Abschrecken und Wärmebehandlung von komplex geformten Teilen.
Desinfektion von medizinischen Instrumenten.

Vorteile.

Hochgeschwindigkeitserhitzen oder -schmelzen von elektrisch leitfähigen Materialien.

Das Erhitzen ist in einer Schutzgasatmosphäre, in einer oxidierenden (oder reduzierenden) Umgebung, in einer nicht leitenden Flüssigkeit, im Vakuum möglich.

Heizung durch die Wände einer Schutzkammer aus Glas, Zement, Kunststoff, Holz - diese Materialien absorbieren elektromagnetische Strahlung sehr schwach und bleiben während des Betriebs der Anlage kalt. Es wird nur elektrisch leitfähiges Material erhitzt - Metall (einschließlich geschmolzener), Kohlenstoff, leitfähige Keramik, Elektrolyte, flüssige Metalle usw.

Durch die auftretenden MHD-Kräfte wird das flüssige Metall intensiv vermischt, bis es in Luft oder Schutzgas in Schwebe gehalten wird – so werden hochreine Legierungen in kleinen Mengen erhalten (Schwebeschmelzen, Schmelzen im elektromagnetischen Tiegel).

Da die Erwärmung mittels elektromagnetischer Strahlung erfolgt, kommt es zu keiner Kontamination des Werkstücks durch die Produkte der Brennerverbrennung bei der Gasflammenerwärmung oder durch das Elektrodenmaterial bei der Lichtbogenerwärmung. Einbringen der Proben in eine Inertgasatmosphäre und schnelle Geschwindigkeit Erhitzen verhindert die Bildung von Kalkablagerungen.

Einfache Handhabung aufgrund der geringen Größe des Induktors.

Der Induktor kann eine spezielle Form haben - dies ermöglicht eine gleichmäßige Erwärmung von Teilen mit komplexer Konfiguration über die gesamte Oberfläche, ohne dass sie sich verziehen oder örtlich nicht erwärmen.

Lokales und selektives Heizen ist einfach.

Da die Erwärmung in den dünnen oberen Lagen des Werkstücks am intensivsten ist und die darunter liegenden Lagen aufgrund der Wärmeleitfähigkeit schonender erwärmt werden, eignet sich das Verfahren ideal zur Oberflächenhärtung von Teilen (der Kern bleibt zähflüssig).

Einfache Automatisierung der Ausrüstung - Heiz- und Kühlzyklen, Temperaturkontrolle und -haltung, Zu- und Abfuhr von Werkstücken.

Induktionserwärmungsanlagen:

In Anlagen mit einer Betriebsfrequenz bis 300 kHz werden Wechselrichter auf IGBT-Baugruppen oder MOSFET-Transistoren eingesetzt. Solche Anlagen sind für die Erwärmung großer Teile ausgelegt. Zur Erwärmung von Kleinteilen werden hohe Frequenzen verwendet (bis 5 MHz, Bereich der Mittel- und Kurzwelle), Hochfrequenzanlagen werden auf Elektronenröhren aufgebaut.

Auch zum Erwärmen von Kleinteilen werden Anlagen mit erhöhter Frequenz auf MOSFET-Transistoren für Betriebsfrequenzen bis 1,7 MHz gebaut. Die Steuerung von Transistoren und deren Schutz bei höheren Frequenzen bereitet gewisse Schwierigkeiten, daher sind höhere Frequenzeinstellungen immer noch recht teuer.

Ein Induktor zum Erwärmen von Kleinteilen hat eine geringe Größe und eine geringe Induktivität, was zu einer Verringerung der Güte des arbeitenden Schwingkreises bei niedrigen Frequenzen und einer Verringerung des Wirkungsgrades führt und auch eine Gefahr für den Hauptoszillator darstellt (der Qualitätsfaktor des Schwingkreises ist proportional zu L/C, ein Schwingkreis mit geringer Güte ist zu gut mit Energie "gepumpt", bildet einen Kurzschluss in der Induktivität und schaltet den Masteroszillator ab). Um den Gütefaktor des Schwingkreises zu erhöhen, werden zwei Möglichkeiten verwendet:
- eine Erhöhung der Betriebsfrequenz, die zu einer Komplikation und einem Anstieg der Installationskosten führt;
- die Verwendung von ferromagnetischen Einsätzen im Induktor; Verkleben des Induktors mit Platten aus ferromagnetischem Material.

Da der Induktor bei hohen Frequenzen am effizientesten arbeitet, fand die Induktionserwärmung nach der Entwicklung und Produktionsaufnahme leistungsstarker Generatorlampen industrielle Anwendung. Vor dem Ersten Weltkrieg war die Induktionserwärmung von begrenztem Nutzen. Als Generatoren wurden damals Maschinengeneratoren mit erhöhter Frequenz (Arbeit von V.P. Vologdin) oder Funkenentladungsanlagen verwendet.

Die Generatorschaltung kann im Prinzip jede beliebige sein (Multivibrator, RC-Generator, Generator mit unabhängiger Erregung, verschiedene Relaxationsgeneratoren), die mit einer Last in Form einer Spuleninduktivität betrieben wird und eine ausreichende Leistung aufweist. Es ist auch notwendig, dass die Vibrationsfrequenz hoch genug ist.

Um beispielsweise einen Stahldraht mit einem Durchmesser von 4 mm in wenigen Sekunden zu „schneiden“, ist eine Schwingleistung von mindestens 2 kW bei einer Frequenz von mindestens 300 kHz erforderlich.

Wählen Sie ein Schema nach folgende Kriterien: Verlässlichkeit; Stabilität von Schwankungen; Stabilität der im Werkstück freigesetzten Leistung; einfache Herstellung; einfache Anpassung; die minimale Anzahl von Teilen, um die Kosten zu senken; die Verwendung von Teilen, die zusammen eine Reduzierung von Gewicht und Abmessungen ergeben usw.

Als Generator für hochfrequente Schwingungen wurde jahrzehntelang ein induktiver Dreipunkt verwendet (Hartley-Generator, Generator mit Spartransformator-Rückkopplung, Schaltung auf einem Induktionsschleifen-Spannungsteiler). Dies ist eine selbsterregte Schaltung aus paralleler Stromversorgung der Anode und einer frequenzselektiven Schaltung auf einem Schwingkreis. Es wurde und wird erfolgreich in Labors, Schmuckwerkstätten, Industrieunternehmen sowie in der Amateurpraxis. Während des Zweiten Weltkriegs wurde beispielsweise an solchen Anlagen eine Oberflächenhärtung der Walzen des T-34-Panzers durchgeführt.

Nachteile der drei Punkte:

Geringer Wirkungsgrad (weniger als 40% bei Verwendung einer Lampe).

Eine starke Frequenzabweichung beim Erhitzen von Werkstücken aus magnetischen Materialien über den Curie-Punkt (≈700C) (μ-Änderungen), die die Tiefe der Hautschicht verändert und den Wärmebehandlungsmodus unvorhersehbar ändert. Bei der Wärmebehandlung kritischer Teile kann dies inakzeptabel sein. Außerdem sollten leistungsstarke Fernsehgeräte in einem engen Frequenzbereich betrieben werden, der von Rossvyazokhrankultura zugelassen wird, da sie bei schlechter Abschirmung tatsächlich Radiosender sind und Fernseh- und Radiosendungen, Küsten- und Rettungsdienste stören können.

Beim Werkstückwechsel (z. B. ein kleineres gegen ein größeres) ändert sich die Induktivität des Systems Induktor-Werkstück, was auch zu einer Änderung der Frequenz und Tiefe der Hautschicht führt.

Beim Wechsel von Singleturn-Induktivitäten zu Multiturn-Induktivitäten, zu größeren oder kleineren, ändert sich auch die Frequenz.

Unter der Leitung von Babat, Lozinsky und anderen Wissenschaftlern wurden zwei- und dreikreisige Generatorschaltungen entwickelt, die einen höheren Wirkungsgrad (bis zu 70 %) aufweisen und die Betriebsfrequenz besser halten. Ihr Funktionsprinzip ist wie folgt. Aufgrund der Verwendung gekoppelter Schaltungen und der Schwächung der Verbindung zwischen ihnen führt eine Änderung der Induktivität des Arbeitskreises nicht zu einer starken Änderung der Frequenz des Frequenzeinstellkreises. Funksender sind nach dem gleichen Prinzip aufgebaut.

Moderne TVF-Generatoren sind Wechselrichter auf Basis von IGBT-Baugruppen oder leistungsstarken MOSFET-Transistoren, die normalerweise in einem Brücken- oder Halbbrückenschema hergestellt werden. Betrieb bei Frequenzen bis 500 kHz. Die Gates der Transistoren werden über eine Mikrocontroller-Steuerung geöffnet. Das Steuerungssystem ermöglicht es Ihnen, je nach Aufgabenstellung, automatisch zu halten

A) konstante Frequenz
b) konstante Leistung im Werkstück freigesetzt
c) höchstmögliche Effizienz.

Wenn beispielsweise ein magnetisches Material über den Curie-Punkt erhitzt wird, nimmt die Dicke der Hautschicht stark zu, die Stromdichte sinkt und das Werkstück beginnt sich schlechter zu erhitzen. Außerdem verschwinden die magnetischen Eigenschaften des Materials und der Prozess der Ummagnetisierung stoppt - das Werkstück beginnt sich stärker zu erwärmen, der Lastwiderstand nimmt schlagartig ab - dies kann zur "Trennung" des Generators und seinem Ausfall führen. Das Steuerungssystem überwacht den Übergang durch den Curie-Punkt und erhöht automatisch die Frequenz, wenn die Last plötzlich reduziert (oder die Leistung verringert) wird.

Bemerkungen.

Der Induktor sollte möglichst nahe am Werkstück positioniert werden. Dies erhöht nicht nur die Dichte des elektromagnetischen Feldes in der Nähe des Werkstücks (proportional zum Quadrat des Abstands), sondern erhöht auch den Leistungsfaktor Cos (φ).

Eine Erhöhung der Frequenz verringert den Leistungsfaktor dramatisch (proportional zur Kubikzahl der Frequenz).

Beim Erhitzen magnetischer Materialien wird durch die Ummagnetisierung zusätzlich Wärme freigesetzt, deren Erwärmung bis zum Curie-Punkt wesentlich effizienter ist.

Bei der Berechnung der Induktivität muss die Induktivität der Busse berücksichtigt werden, die die Induktivität versorgen, die viel höher sein kann als die Induktivität der Induktivität selbst (wenn die Induktivität in Form einer Windung mit kleinem Durchmesser hergestellt wird oder sogar ein Teil einer Kurve - ein Bogen).

Es gibt zwei Resonanzfälle in Schwingkreisen: Spannungsresonanz und Stromresonanz.
Parallelschwingkreis - Stromresonanz.
In diesem Fall ist die Spannung an der Spule und am Kondensator gleich der des Generators. Bei Resonanz wird der Schleifenwiderstand zwischen den Verzweigungspunkten maximal und der Strom (I total) durch den Lastwiderstand Rn wird minimal (der Strom in der Schleife I-1L und I-2c ist größer als der Generatorstrom).

Idealerweise ist die Schleifenimpedanz unendlich – die Schaltung zieht keinen Strom aus der Quelle. Wenn sich die Frequenz des Generators von der Resonanzfrequenz in eine Richtung ändert, sinkt der Gesamtwiderstand der Schaltung und der Leitungsstrom (I total) steigt.

Serieller Schwingkreis - Spannungsresonanz.

Das Hauptmerkmal eines Serienresonanzkreises besteht darin, dass seine Impedanz bei Resonanz minimal ist. (ZL + ZC - Minimum). Wenn die Frequenz auf einen Wert über oder unter der Resonanzfrequenz abgestimmt wird, erhöht sich die Impedanz.
Ausgabe:
In einer Parallelschaltung bei Resonanz ist der Strom durch die Klemmen der Schaltung 0 und die Spannung maximal.
In einer Reihenschaltung dagegen tendiert die Spannung gegen Null und der Strom ist maximal.

Der Artikel wurde der Seite http://dic.academic.ru/ entnommen und von der Firma "Prominductor" in einen für den Leser verständlicheren Text umgearbeitet.

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, die eine Hilfsfunktion trägt (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. Außer 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. Das Abschrecken wird wie folgt durchgeführt:

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.

HFC-Härten ist eine Art der Wärmebehandlung von Metall, wodurch die Härte deutlich erhöht wird und das Material seine Plastizität verliert. Der Unterschied zwischen der HFC-Härtung und anderen Härteverfahren besteht darin, dass die Erwärmung mit speziellen HDTV-Installationen die mit hochfrequenten Strömen auf das zu härtende 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, die Arbeit des Bedieners nur darin besteht, 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 HFC-Abschreckung wird durch den Einsatz spezieller Induktoren mit Wasserdurchführungen 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 Geräte erreicht und bessere Arbeitsbedingungen geschaffen 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.