Indurimento dei metalli mediante correnti ad alta frequenza. Attrezzatura Hfc per la tempra dell'acciaio

La corrente ad alta frequenza si genera nell'impianto grazie all'induttanza e permette di riscaldare il prodotto posto nelle immediate vicinanze dell'induttanza. La macchina ad induzione è ideale per la tempra di prodotti in metallo. È nell'installazione HDTV che è possibile programmare chiaramente: la profondità richiesta di penetrazione del calore, il tempo di indurimento, la temperatura di riscaldamento e il processo di raffreddamento.

Per la prima volta, l'attrezzatura a induzione è stata utilizzata per la tempra su proposta di V.P. Volodin nel 1923. Dopo lunghe prove e test, il riscaldamento HFC è stato utilizzato per la tempra dell'acciaio dal 1935. Gli impianti HFC per la tempra sono oggi il modo più produttivo di trattamento termico dei prodotti in metallo.

Perché una macchina a induzione è più adatta per la tempra

L'indurimento HFC delle parti metalliche viene eseguito per aumentare la resistenza dello strato superiore del prodotto ai danni meccanici, mentre il centro del pezzo ha una maggiore viscosità. È importante notare che il cuore del prodotto rimane completamente invariato durante l'indurimento degli HFC.
L'installazione a induzione presenta molti vantaggi molto importanti rispetto a tipi alternativi di riscaldamento: se le precedenti installazioni HFC erano più ingombranti e scomode, ora questo inconveniente è stato corretto e l'attrezzatura è diventata universale per il trattamento termico dei prodotti metallici.

Vantaggi dell'attrezzatura a induzione

Uno degli svantaggi di un'unità di tempra ad induzione è l'impossibilità di elaborare alcuni prodotti con una forma complessa.

Varietà di tempra dei metalli

Esistono diversi tipi di tempra dei metalli. Per alcuni prodotti è sufficiente riscaldare il metallo e raffreddarlo immediatamente, mentre per altri è necessario mantenerlo ad una certa temperatura.
Esistono i seguenti tipi di tempra:

Tempra stazionaria: solitamente utilizzata per parti con una piccola superficie piana. La posizione della parte e dell'induttore rimane invariata quando si utilizza questo metodo di tempra.
Tempra sequenziale continua: utilizzata per la tempra di prodotti cilindrici o piani. Con l'indurimento sequenziale continuo, la parte può muoversi sotto l'induttore o mantenere invariata la sua posizione.
Tempra tangenziale dei prodotti: ottima per la lavorazione di piccoli particolari cilindrici. L'indurimento sequenziale continuo tangenziale ruota il prodotto una volta durante l'intero processo di trattamento termico.
L'unità HFC per tempra è un'attrezzatura in grado di produrre tempra di alta qualità di un prodotto e allo stesso tempo risparmiare risorse di produzione.

Previo accordo, è possibile il trattamento termico e l'indurimento di parti metalliche e in acciaio con dimensioni maggiori rispetto a questa tabella.

Il trattamento termico (trattamento termico dell'acciaio) di metalli e leghe a Mosca è un servizio che il nostro stabilimento fornisce ai propri clienti. Disponiamo di tutte le attrezzature necessarie gestite da specialisti qualificati. Eseguiamo tutti gli ordini con alta qualità e in tempo. Accettiamo ed eseguiamo anche ordini per il trattamento termico di acciai e correnti ad alta frequenza provenienti da noi e da altre regioni della Russia.

I principali tipi di trattamento termico dell'acciaio

Ricottura di tipo I:

Ricottura per diffusione del primo tipo (omogeneizzazione) - Riscaldamento rapido fino a t 1423 K, lunga permanenza e successivo raffreddamento lento. Allineamento di disomogeneità chimica del materiale in getti di acciaio legato di grande forma

Ricottura di ricristallizzazione del primo tipo - Riscaldamento ad una temperatura di 873-973 K, lunga permanenza e successivo raffreddamento lento. C'è una diminuzione della durezza e un aumento della plasticità dopo la deformazione a freddo (la lavorazione è interoperativa)

Ricottura del primo tipo, riducendo lo stress - Riscaldamento ad una temperatura di 473-673 K e successivo raffreddamento lento. Rimuove le sollecitazioni residue dopo fusione, saldatura, deformazione plastica o lavorazione.

Ricottura di tipo II:

Ricottura completa di tipo II - Riscaldamento ad una temperatura superiore al punto Ac3 di 20-30 K, mantenimento e successivo raffreddamento. C'è una diminuzione della durezza, miglioramento della lavorabilità, rimozione delle sollecitazioni interne negli acciai ipoeutettoidi ed eutettoidi prima della tempra (vedi nota alla tabella)

La ricottura del II tipo è incompleta - Riscaldamento ad una temperatura compresa tra i punti Ac1 e Ac3, mantenimento e successivo raffreddamento. C'è una diminuzione della durezza, miglioramento della lavorabilità, rimozione delle sollecitazioni interne nell'acciaio ipereutettoide prima della tempra

Ricottura isotermica di tipo II - Riscaldamento fino a una temperatura di 30-50 K sopra il punto Ac3 (per acciaio ipereutettoide) o sopra il punto Ac1 (per acciaio ipereutettoide), mantenimento e successivo raffreddamento graduale. Lavorazione accelerata di piccoli laminati o forgiati in leghe e acciai ad alto tenore di carbonio per ridurre la durezza, migliorare la lavorabilità, alleviare le sollecitazioni interne

Ricottura sferoidale di tipo II - Riscaldamento a una temperatura superiore al punto Ac1 di 10-25 K, mantenimento e successivo raffreddamento graduale. C'è una diminuzione della durezza, un miglioramento della lavorabilità, un'eliminazione delle sollecitazioni interne nell'acciaio per utensili prima della tempra, un aumento della duttilità degli acciai a bassa lega e medio carbonio prima della deformazione a freddo

Ricottura leggera tipo II - Riscaldamento in ambiente controllato ad una temperatura superiore al punto Ac3 di 20-30 K, mantenimento e successivo raffreddamento in ambiente controllato. Si verifica la protezione della superficie dell'acciaio dall'ossidazione e dalla decarburazione

Ricottura del secondo tipo Normalizzazione (ricottura di normalizzazione) - Riscaldamento ad una temperatura superiore al punto Ac3 di 30-50 K, mantenimento e successivo raffreddamento in aria calma. C'è una correzione della struttura dell'acciaio riscaldato, la rimozione delle sollecitazioni interne nelle parti strutturali in acciaio e il miglioramento della loro lavorabilità, un aumento della profondità di temprabilità degli utensili. acciaio prima della tempra

Indurimento:

Tempra completa continua - Riscaldamento a una temperatura superiore al punto Ac3 di 30-50 K, mantenimento e successivo raffreddamento brusco. Ottenimento (in combinazione con il rinvenimento) di elevata durezza e resistenza all'usura di parti in acciai ipoeutettoidi ed eutettoidi

Tempra incompleta - Riscaldamento ad una temperatura compresa tra i punti Ac1 e Ac3, mantenimento e successivo raffreddamento brusco. Ottenimento (in combinazione con il rinvenimento) di elevata durezza e resistenza all'usura di parti in acciaio ipereutettoide

Tempra intermittente - Riscaldamento fino a t al di sopra del punto Ac3 di 30-50 K (per acciai ipoeutettoidi ed eutettoidi) o tra i punti Ac1 e Ac3 (per acciai ipereutettoidi), mantenimento e successivo raffreddamento in acqua, quindi in olio. Riduce le sollecitazioni e le deformazioni residue nelle parti in acciaio per utensili ad alto tenore di carbonio

Tempra isotermica - Riscaldamento ad una temperatura superiore al punto Ac3 di 30-50 K, mantenimento e successivo raffreddamento in sali fusi, e poi in aria. Si verifica Ottenere una deformazione minima (deformazione), aumentare la duttilità, il limite di resistenza e la resistenza alla flessione delle parti in acciaio per utensili in lega

Tempra graduale - La stessa (differisce dalla tempra isotermica in un tempo di permanenza più breve della parte nel mezzo di raffreddamento). Riduce le sollecitazioni, le deformazioni e previene la rottura in piccoli utensili in acciaio per utensili al carbonio, nonché in acciai per utensili in lega più grandi e utensili HSS

Indurimento superficiale - Riscaldamento mediante corrente elettrica o fiamma di gas dello strato superficiale del prodotto a tempra t, seguito da un rapido raffreddamento dello strato riscaldato. C'è un aumento della durezza superficiale fino a una certa profondità, resistenza all'usura e una maggiore resistenza delle parti della macchina e degli strumenti

Tempra autotemprante - Riscaldamento a una temperatura superiore al punto Ac3 di 30-50 K, mantenimento e successivo raffreddamento incompleto. Il calore trattenuto all'interno della parte fornisce il rinvenimento dello strato esterno indurito

Tempra con trattamento a freddo - Raffreddamento profondo dopo la tempra a una temperatura di 253-193 K. Si verifica un aumento della durezza e l'ottenimento di dimensioni stabili delle parti in acciaio altolegato

Tempra con abbattimento - Prima dell'immersione in un mezzo di raffreddamento, le parti riscaldate vengono raffreddate in aria per qualche tempo o conservate in un termostato a t ridotta. Si ha una riduzione del ciclo di trattamento termico dell'acciaio (usato solitamente dopo la cementazione).

Fotoindurimento - Riscaldamento in ambiente controllato ad una temperatura superiore al punto Ac3 di 20-30 K, mantenimento e successivo raffreddamento in ambiente controllato. Si verifica Protezione contro l'ossidazione e la decarburazione di parti complesse di stampi, matrici e attrezzature che non sono soggette a rettifica

Vacanza bassa - Riscaldamento nell'intervallo di temperatura 423-523 K e successivo raffreddamento accelerato. C'è un rilascio di sollecitazioni interne e una diminuzione della fragilità degli strumenti di taglio e misurazione dopo l'indurimento superficiale; per pezzi cementati dopo la tempra

Vacanza media - Riscaldamento nell'intervallo t = 623-773 K e successivo raffreddamento lento o accelerato. C'è un aumento del limite elastico di molle, molle e altri elementi elastici

Vacanza alta - Riscaldamento nell'intervallo di temperatura 773-953 K e successivo raffreddamento lento o veloce. Si verifica Fornire un'elevata duttilità delle parti strutturali in acciaio, di regola, durante il miglioramento termico

Miglioramento termico - Tempra e successivo rinvenimento elevato. Si verifica la rimozione completa delle sollecitazioni residue. Fornire una combinazione di elevata resistenza e duttilità durante il trattamento termico finale delle parti strutturali in acciaio che operano sotto carichi di urti e vibrazioni

Trattamento termomeccanico - Riscaldamento, raffreddamento rapido a 673-773 K, deformazione plastica multipla, tempra e rinvenimento. Predisposizione per prodotti laminati e parti di forma semplice non saldate, maggiore resistenza rispetto alla resistenza ottenuta mediante trattamento termico convenzionale

Invecchiamento - Riscaldamento e lunga esposizione a temperature elevate. C'è una stabilizzazione delle dimensioni di parti e strumenti

Cementazione - Saturazione dello strato superficiale dell'acciaio dolce con carbonio (carburazione). Segue un successivo indurimento a basso rinvenimento. La profondità dello strato cementato è 0,5-2 mm. Conferisce al prodotto un'elevata durezza superficiale mantenendo un nucleo viscoso. Gli acciai al carbonio o legati con contenuto di carbonio sono sottoposti a cementazione: per prodotti di piccole e medie dimensioni 0,08-0,15%, per quelli più grandi 0,15-0,5%. Ruote dentate, spinotti dei pistoni, ecc. sono soggetti a cementazione.

cianurazione - Trattamento termochimico di prodotti siderurgici in una soluzione di sali di cianuro ad una temperatura di 820. Lo strato superficiale dell'acciaio è saturo di carbonio e azoto (strato 0,15-0,3 mm.) Gli acciai a basso tenore di carbonio subiscono cianurazione, a seguito della quale , insieme a una superficie solida, il prodotto ha un nucleo viscoso. Tali prodotti sono caratterizzati da elevata resistenza all'usura e resistenza agli urti.

Nitrurazione (nitrurazione) - Saturazione di azoto dello strato superficiale dei prodotti in acciaio a una profondità di 0,2-0,3 mm. Conferisce un'elevata durezza superficiale, una maggiore resistenza all'abrasione e alla corrosione. Calibri, ingranaggi, perni d'albero, ecc. sono soggetti a nitrurazione.

Trattamento a freddo - Raffreddato dopo la tempra a temperature sotto lo zero. C'è un cambiamento nella struttura interna degli acciai temprati. Viene utilizzato per acciai per utensili, prodotti cementati, alcuni acciai altolegati.

TRATTAMENTO TERMICO DEI METALLI (HEAT TREATMENT), un certo ciclo temporale di riscaldamento e raffreddamento, al quale i metalli sono sottoposti per modificare le loro proprietà fisiche. Il trattamento termico nel senso comune del termine viene effettuato a temperature inferiori al punto di fusione. I processi di fusione e colata che hanno un effetto significativo sulle proprietà del metallo non sono inclusi in questo concetto. I cambiamenti nelle proprietà fisiche causati dal trattamento termico sono dovuti a cambiamenti nella struttura interna e nelle relazioni chimiche che si verificano nel materiale solido. I cicli di trattamento termico sono varie combinazioni di riscaldamento, mantenimento ad una certa temperatura e raffreddamento veloce o lento, corrispondenti alle modifiche strutturali e chimiche che devono essere provocate.

Struttura granulare dei metalli. Qualsiasi metallo di solito è costituito da molti cristalli a contatto tra loro (chiamati grani), solitamente di dimensioni microscopiche, ma a volte visibili ad occhio nudo. Gli atomi all'interno di ciascun grano sono disposti in modo tale da formare un reticolo geometrico tridimensionale regolare. Il tipo di reticolo, chiamato struttura cristallina, è una caratteristica del materiale e può essere determinato mediante metodi di analisi di diffrazione dei raggi X. La corretta disposizione degli atomi è preservata in tutto il grano, tranne che per violazioni minori, come i singoli siti reticolari che sono accidentalmente vacanti. Tutti i grani hanno la stessa struttura cristallina, ma, di regola, sono orientati diversamente nello spazio. Pertanto, al confine di due grani, gli atomi sono sempre meno ordinati che al loro interno. Ciò spiega, in particolare, che i bordi dei grani sono più facili da incidere con reagenti chimici. Una superficie metallica piana lucidata trattata con un mordenzante adatto di solito mostra un chiaro schema di confine della grana. Le proprietà fisiche di un materiale sono determinate dalle proprietà dei singoli grani, dal loro effetto reciproco e dalle proprietà dei bordi dei grani. Le proprietà di un materiale metallico dipendono sostanzialmente dalle dimensioni, dalla forma e dall'orientamento dei grani e lo scopo del trattamento termico è controllare questi fattori.

Processi atomici durante il trattamento termico. Quando la temperatura di un materiale cristallino solido aumenta, diventa più facile per i suoi atomi spostarsi da un sito all'altro del reticolo cristallino. È su questa diffusione degli atomi che si basa il trattamento termico. Il meccanismo più efficace per il movimento degli atomi in un reticolo cristallino può essere immaginato come il movimento di siti reticolari vuoti, che sono sempre presenti in qualsiasi cristallo. A temperature elevate, a causa di un aumento della velocità di diffusione, viene accelerato il processo di transizione della struttura di non equilibrio di una sostanza in una struttura di equilibrio. La temperatura alla quale la velocità di diffusione aumenta notevolmente non è la stessa per metalli diversi. Di solito è più alto per i metalli con un alto punto di fusione. Nel tungsteno, con punto di fusione pari a 3387 C, la ricristallizzazione non avviene nemmeno con il calore rosso, mentre il trattamento termico delle leghe di alluminio che fondono a basse temperature, in alcuni casi, è possibile effettuarlo a temperatura ambiente.

In molti casi il trattamento termico prevede un raffreddamento molto rapido, detto quenching, al fine di preservare la struttura formata alla temperatura elevata. Sebbene, a rigor di termini, una tale struttura non possa essere considerata termodinamicamente stabile a temperatura ambiente, in pratica è abbastanza stabile a causa della bassa velocità di diffusione. Molte leghe utili hanno questa struttura "metastabile".

I cambiamenti causati dal trattamento termico possono essere di due tipi principali. Innanzitutto, sia nei metalli puri che nelle leghe, sono possibili modifiche che interessano solo la struttura fisica. Questi possono essere cambiamenti nello stato di stress del materiale, cambiamenti nelle dimensioni, nella forma, nella struttura cristallina e nell'orientamento dei suoi grani cristallini. In secondo luogo, anche la struttura chimica del metallo può cambiare. Ciò può essere espresso nell'attenuazione di disomogeneità nella composizione e nella formazione di precipitati di un'altra fase, in interazione con l'atmosfera circostante, creati per purificare il metallo o conferire ad esso determinate proprietà superficiali. I cambiamenti di entrambi i tipi possono verificarsi contemporaneamente.

Sollievo dallo stress. La deformazione a freddo aumenta la durezza e la fragilità della maggior parte dei metalli. A volte questo "incrudimento" è desiderabile. Ai metalli non ferrosi e alle loro leghe viene solitamente conferito un certo grado di durezza mediante laminazione a freddo. Anche gli acciai dolci sono spesso temprati a freddo. Gli acciai ad alto tenore di carbonio che sono stati laminati a freddo o trafilati a freddo per la maggiore resistenza richiesta, ad esempio, per la produzione di molle, sono solitamente sottoposti a ricottura di distensione e riscaldati a una temperatura relativamente bassa alla quale il materiale rimane duro quasi quanto prima , ma scompare in esso la disomogeneità della distribuzione delle sollecitazioni interne. Ciò riduce la tendenza alla fessurazione, soprattutto in ambienti corrosivi. Tale distensione si verifica, di regola, a causa del flusso plastico locale nel materiale, che non porta a cambiamenti nella struttura generale.

Ricristallizzazione. Con diversi metodi di formatura del metallo mediante pressione, è spesso necessario modificare notevolmente la forma del pezzo. Se la formatura deve essere eseguita a freddo (che spesso è dettata da considerazioni pratiche), allora il processo deve essere suddiviso in più fasi, con la ricristallizzazione in mezzo. Dopo la prima fase di deformazione, quando il materiale è indurito a tal punto che un'ulteriore deformazione può portare alla frattura, il pezzo viene riscaldato a una temperatura superiore alla temperatura di ricottura di distensione e tenuto per la ricristallizzazione. A causa della rapida diffusione a questa temperatura, sorge una struttura completamente nuova a causa del riarrangiamento atomico. Nuovi grani iniziano a crescere all'interno della struttura granulare del materiale deformato, che nel tempo lo sostituiscono completamente. In primo luogo, si formano piccoli nuovi grani nei punti in cui la vecchia struttura è più disturbata, vale a dire ai vecchi bordi dei grani. Dopo un'ulteriore ricottura, gli atomi della struttura deformata vengono riorganizzati in modo che diventino anche parte di nuovi grani, che crescono e alla fine assorbono l'intera vecchia struttura. Il pezzo mantiene la sua forma precedente, ma ora è realizzato con un materiale morbido e privo di sollecitazioni che può essere sottoposto a un nuovo ciclo di deformazione. Questo processo può essere ripetuto più volte se richiesto da un dato grado di deformazione.

La lavorazione a freddo è una deformazione a una temperatura troppo bassa per la ricristallizzazione. Per la maggior parte dei metalli, la temperatura ambiente soddisfa questa definizione. Se la deformazione viene eseguita a una temperatura sufficientemente elevata in modo che la ricristallizzazione abbia il tempo di seguire la deformazione del materiale, questo trattamento viene chiamato caldo. Finché la temperatura rimane abbastanza alta, può essere deformata quanto vuoi. Lo stato caldo di un metallo è determinato principalmente da quanto la sua temperatura è vicina al suo punto di fusione. L'elevata malleabilità del piombo significa che si ricristallizza facilmente, cioè la sua lavorazione "a caldo" può essere effettuata a temperatura ambiente.

Controllo della trama. Le proprietà fisiche di un grano, in generale, non sono le stesse in direzioni diverse, poiché ogni grano è un singolo cristallo con una propria struttura cristallina. Le proprietà di un campione di metallo sono mediate su tutti i grani. Nel caso dell'orientamento casuale dei grani, le proprietà fisiche generali sono le stesse in tutte le direzioni. Se alcuni piani cristallini o righe atomiche della maggior parte dei grani sono paralleli, allora le proprietà del campione diventano "anisotropiche", cioè dipendenti dalla direzione. In questo caso la coppa, ottenuta per estrusione profonda da una lastra circolare, presenterà delle "lingue" o "capesante" sul bordo superiore, dovute al fatto che in alcune direzioni il materiale si deforma più facilmente che in altre. Nella formatura meccanica, l'anisotropia delle proprietà fisiche è generalmente indesiderabile. Ma in fogli di materiali magnetici per trasformatori e altri dispositivi, è molto desiderabile che la direzione di facile magnetizzazione, che nei singoli cristalli è determinata dalla struttura cristallina, in tutti i grani coincida con la direzione data del flusso magnetico. Pertanto, l'"orientamento preferito" (trama) può essere desiderabile o indesiderabile a seconda dello scopo del materiale. In generale, quando un materiale si ricristallizza, il suo orientamento preferito cambia. La natura di questo orientamento dipende dalla composizione e dalla purezza del materiale, dal tipo e dal grado di deformazione a freddo, nonché dalla durata e dalla temperatura di ricottura.

Controllo della granulometria. Le proprietà fisiche di un campione di metallo sono in gran parte determinate dalla dimensione media dei grani. Una struttura a grana fine corrisponde quasi sempre alle migliori proprietà meccaniche. La riduzione della granulometria è spesso uno degli obiettivi del trattamento termico (oltre che della fusione e della colata). All'aumentare della temperatura, la diffusione accelera e quindi la granulometria media aumenta. I bordi dei grani si spostano in modo che i grani più grandi crescano a spese di quelli più piccoli, che alla fine scompaiono. Pertanto, i processi finali di lavorazione a caldo vengono solitamente eseguiti alla temperatura più bassa possibile in modo che le dimensioni dei grani siano mantenute al minimo. La lavorazione a caldo a bassa temperatura è spesso prevista deliberatamente, principalmente per ridurre la granulometria, anche se lo stesso risultato può essere ottenuto con la lavorazione a freddo seguita dalla ricristallizzazione.

Omogeneizzazione. I processi sopra citati avvengono sia nei metalli puri che nelle leghe. Ma ci sono una serie di altri processi che sono possibili solo in materiali metallici contenenti due o più componenti. Quindi, ad esempio, nella colata della lega, ci saranno quasi sicuramente disomogeneità nella composizione chimica, che è determinata dal processo di solidificazione irregolare. In una lega solidificante, la composizione della fase solida che si forma in un dato momento non è la stessa della fase liquida, che è in equilibrio con essa. Di conseguenza, la composizione del solido che si è formata al momento iniziale della solidificazione sarà diversa da quella alla fine della solidificazione, e questo porta ad una eterogeneità spaziale della composizione su scala microscopica. Questa disomogeneità viene eliminata dal semplice riscaldamento, specialmente in combinazione con la deformazione meccanica.

Pulizia. Sebbene la purezza del metallo sia determinata principalmente dalle condizioni di fusione e colata, la purificazione del metallo è spesso ottenuta mediante trattamento termico allo stato solido. Le impurità contenute nel metallo reagiscono sulla sua superficie con l'atmosfera in cui viene riscaldato; così, un'atmosfera di idrogeno o altro agente riducente può convertire una porzione significativa degli ossidi in metallo puro. La profondità di tale pulizia dipende dalla capacità delle impurità di diffondersi dal volume alla superficie, ed è quindi determinata dalla durata e dalla temperatura del trattamento termico.

Isolamento delle fasi secondarie. Un effetto importante è alla base della maggior parte delle modalità di trattamento termico delle leghe. È legato al fatto che la solubilità allo stato solido dei componenti della lega dipende dalla temperatura. A differenza del metallo puro, in cui tutti gli atomi sono uguali, in una soluzione a due componenti, ad esempio solida, ci sono atomi di due tipi diversi, distribuiti casualmente sui siti del reticolo cristallino. Se aumenti il numero di atomi del secondo tipo, puoi raggiungere uno stato in cui non possono semplicemente sostituire gli atomi del primo tipo. Se la quantità del secondo componente supera questo limite di solubilità allo stato solido, nella struttura di equilibrio della lega compaiono inclusioni della seconda fase, che differiscono per composizione e struttura dai grani iniziali e sono solitamente sparse tra loro sotto forma di particelle separate. Tali particelle di seconda fase possono avere un profondo effetto sulle proprietà fisiche di un materiale, che dipende dalla loro dimensione, forma e distribuzione. Questi fattori possono essere modificati mediante trattamento termico (trattamento termico).

Il trattamento termico è il processo di lavorazione di prodotti in metallo e leghe mediante azione termica al fine di modificarne la struttura e le proprietà in una determinata direzione. Questo effetto può anche essere combinato con prodotti chimici, deformativi, magnetici, ecc.

Cenni storici sul trattamento termico.
L'uomo ha utilizzato il trattamento termico dei metalli fin dall'antichità. Già in epoca eneolitica, utilizzando la forgiatura a freddo dell'oro e del rame autoctoni, l'uomo primitivo affrontava il fenomeno dell'incrudimento, che rendeva difficile la fabbricazione di manufatti con lame sottili e punte acuminate, e per ripristinare la plasticità il fabbro doveva riscaldare rame forgiato a freddo nel focolare. Le prime testimonianze dell'uso della ricottura di rammollimento del metallo indurito risalgono alla fine del V millennio a.C. NS. Tale ricottura è stata, in termini di tempo della sua comparsa, la prima operazione di trattamento termico dei metalli. Nella fabbricazione di armi e strumenti dal ferro ottenuto mediante il processo di soffiatura a crudo, il fabbro riscaldava la billetta di ferro per la forgiatura a caldo in una fucina a carbone. Allo stesso tempo, il ferro veniva cementato, cioè avveniva la cementazione, una delle varietà di trattamento chimico-termico. Raffreddando in acqua un prodotto forgiato di ferro cementato, il fabbro ha scoperto un forte aumento della sua durezza e un miglioramento di altre proprietà. La tempra ad acqua del ferro cementato è stata utilizzata dalla fine del II all'inizio del I millennio a.C. NS. L'Odissea di Omero (VIII-VII secolo a.C.) contiene le seguenti righe: "Come un fabbro immerge un'ascia rovente o un'ascia nell'acqua fredda, e il ferro sibila con un gorgoglio, più forte del ferro accade, essendo temperato nel fuoco e nell'acqua. " Nel V sec. AVANTI CRISTO NS. Gli Etruschi spegnevano in acqua gli specchi di bronzo ad alto contenuto di stagno (molto probabilmente miglioravano la brillantezza durante la lucidatura). La cementazione del ferro nel carbone o nella materia organica, la tempra e la tempra dell'acciaio erano ampiamente utilizzate nel Medioevo nella produzione di coltelli, spade, lime e altri strumenti. Non conoscendo l'essenza delle trasformazioni interne nel metallo, gli artigiani medievali spesso attribuivano l'ottenimento di elevate proprietà durante il trattamento termico dei metalli alla manifestazione di forze soprannaturali. Fino alla metà del XIX secolo. la conoscenza umana sul trattamento termico dei metalli era un insieme di ricette sviluppate sulla base di secoli di esperienza. Le esigenze di sviluppo della tecnologia e, prima di tutto, dello sviluppo della produzione di cannoni in acciaio, hanno portato alla trasformazione del trattamento termico dei metalli da arte a scienza. A metà del XIX secolo, quando l'esercito cercò di sostituire i cannoni in bronzo e in ghisa con cannoni in acciaio più potenti, il problema di realizzare canne di fucile di elevata e garantita robustezza era estremamente acuto. Nonostante il fatto che i metallurgisti conoscessero le ricette per la fusione e la fusione dell'acciaio, le canne dei fucili molto spesso scoppiano senza una ragione apparente. DKChernov presso l'Obukhov Steel Works di San Pietroburgo, studiando al microscopio sezioni sottili incise preparate con le canne delle pistole e osservando la struttura delle fratture nel sito di rottura sotto una lente d'ingrandimento, ha concluso che l'acciaio è più forte, più fine è il suo struttura. Nel 1868 Chernov scoprì le trasformazioni strutturali interne nell'acciaio di raffreddamento che si verificano a determinate temperature. che chiamò i punti critici a e b. Se l'acciaio viene riscaldato a temperature inferiori al punto a, allora non può essere indurito e per ottenere una struttura a grana fine, l'acciaio deve essere riscaldato a temperature superiori al punto b. La scoperta da parte di Chernov dei punti critici delle trasformazioni strutturali in acciaio ha permesso di selezionare scientificamente la modalità di trattamento termico per ottenere le proprietà richieste dei prodotti in acciaio.

Nel 1906 A. Wilm (Germania) scoprì l'invecchiamento dopo l'indurimento sul duralluminio da lui inventato (vedi Invecchiamento dei metalli) il modo più importante rinforzo di leghe su diverse basi (alluminio, rame, nichel, ferro, ecc.). Negli anni '30. 20 ° secolo è apparso il trattamento termomeccanico delle leghe di rame invecchiate e negli anni '50 il trattamento termomeccanico degli acciai, che ha permesso di aumentare significativamente la resistenza dei prodotti. I tipi combinati di trattamento termico includono il trattamento termomagnetico, che consente, a seguito del raffreddamento dei prodotti in un campo magnetico, di migliorare alcune delle loro proprietà magnetiche.

Il risultato di numerosi studi sui cambiamenti nella struttura e nelle proprietà di metalli e leghe sotto l'azione termica è stata una teoria armoniosa del trattamento termico dei metalli.

La classificazione dei tipi di trattamento termico si basa sul tipo di modifiche strutturali che si verificano nel metallo quando esposto al calore. Il trattamento termico dei metalli si suddivide in trattamento termico vero e proprio, che consiste solo nell'effetto termico sul metallo, chimico-termico, che combina effetti termici e chimici, e termomeccanico, che combina effetti termici e deformazione plastica. Il trattamento termico vero e proprio comprende le seguenti tipologie: ricottura di 1° tipo, ricottura di 2° tipo, tempra senza trasformazione polimorfa e con trasformazione polimorfa, invecchiamento e rinvenimento.

Nitrurazione - saturazione della superficie delle parti metalliche con azoto al fine di aumentare la durezza, la resistenza all'usura, il limite di fatica e la resistenza alla corrosione. Acciaio, titanio, alcune leghe, più spesso acciai legati, in particolare cromo-alluminio, nonché acciaio contenente vanadio e molibdeno, sono soggetti a nitrurazione.
La nitrurazione dell'acciaio avviene a t 500 650 C in ambiente ammoniacale. Al di sopra di 400 C, inizia la dissociazione dell'ammoniaca secondo la reazione NH3 '3H + N. L'azoto atomico formatosi diffonde nel metallo, formando fasi azotate. Ad una temperatura di nitrurazione inferiore a 591 C, lo strato nitrurato è costituito da tre fasi (Fig.): Nitruro Fe2N, ³ Nitruro Fe4N, ± ferrite azotata contenente circa lo 0,01% di azoto a temperatura ambiente e la fase , che come risultato del lento raffreddamento, si decompone a 591 C in un eutettoide ± + ³ 1. La durezza dello strato nitrurato aumenta a HV = 1200 (corrispondente a 12 H / m2) e rimane a riscaldamento ripetuto fino a 500 600 C, che garantisce un'elevata resistenza all'usura di parti a temperature elevate.Gli acciai nitrurati sono significativamente superiori nella resistenza all'usura degli acciai da cementazione e temprati.La nitrurazione è un processo lungo, sono necessarie 20-50 ore per ottenere uno strato con uno spessore di 0,2 0,4 mm. vengono utilizzate nitrurazione, stagnatura (per acciai strutturali) e nichelatura (per acciai inossidabili e resistenti al calore). La durezza dello strato di nitrurazione degli acciai resistenti al calore viene talvolta effettuata in una miscela di ammoniaca e azoto.
La nitrurazione delle leghe di titanio viene eseguita a 850-950 C in azoto ad alta purezza (la nitrurazione in ammoniaca non viene utilizzata a causa della maggiore fragilità del metallo).

Durante la nitrurazione si formano uno strato superiore di nitruro sottile e una soluzione solida di azoto in ± titanio. La profondità dello strato in 30 h è di 0,08 mm con una durezza superficiale di HV = 800 850 (corrisponde a 8 8,5 H/m2). L'introduzione di alcuni elementi di lega nella lega (fino al 3% Al, 3 5% Zr, ecc.) Aumenta la velocità di diffusione dell'azoto, aumentando la profondità dello strato nitrurato e il cromo riduce la velocità di diffusione. La nitrurazione delle leghe di titanio in azoto rarefatto consente di ottenere uno strato più profondo senza una zona fragile di nitruro.
La nitrurazione è ampiamente utilizzata nell'industria, anche per parti operanti a t fino a 500 600 C (camicie dei cilindri, alberi a gomiti, ingranaggi, coppie di valvole, parti attrezzatura per il carburante e così via.).
Lett.: Minkevich A.N., Trattamento termico chimico di metalli e leghe, 2a ed., M., 1965: Gulyaev A.P. Metallovedenie, 4a ed., M., 1966.

Il riscaldamento a induzione avviene posizionando il pezzo in lavorazione vicino a un conduttore di corrente elettrica alternata chiamato induttore. Quando una corrente ad alta frequenza (HFC) passa attraverso l'induttore, viene creato un campo elettromagnetico e, se un prodotto metallico si trova in questo campo, viene eccitata una forza elettromotrice in esso, che provoca una corrente alternata della stessa frequenza di la corrente dell'induttore per passare attraverso il prodotto.

Pertanto, viene indotto un effetto termico, che provoca il riscaldamento del prodotto. La potenza termica P, rilasciata nella parte riscaldata, sarà pari a:

dove K è un coefficiente dipendente dalla configurazione del prodotto e dall'ampiezza dello spazio formato tra le superfici del prodotto e l'induttore; Iin - forza attuale; f - frequenza corrente (Hz); r - resistività elettrica (Ohm · cm); m - permeabilità magnetica (H / E) dell'acciaio.

Il processo di riscaldamento a induzione è significativamente influenzato da un fenomeno fisico chiamato effetto superficie (pelle): la corrente è indotta principalmente negli strati superficiali e alle alte frequenze la densità di corrente nel nucleo della parte è bassa. La profondità dello strato riscaldato è stimata dalla formula:

L'aumento della frequenza della corrente consente di concentrare una potenza significativa in un piccolo volume della parte riscaldata. A causa di ciò, viene realizzato un riscaldamento ad alta velocità (fino a 500 C / sec).

Parametri di riscaldamento a induzione

Il riscaldamento a induzione è caratterizzato da tre parametri: potenza specifica, durata del riscaldamento e frequenza di corrente. La potenza specifica è la potenza convertita in calore per 1 cm2 della superficie del metallo riscaldato (kW/cm2). La velocità di riscaldamento del prodotto dipende dal valore della potenza specifica: più è alta, più veloce è il riscaldamento.

Il tempo di riscaldamento determina la quantità totale di energia termica trasferita, e quindi la temperatura raggiunta. È anche importante tenere conto della frequenza della corrente, poiché la profondità dello strato indurito dipende da essa. La frequenza della corrente e la profondità dello strato riscaldato sono in relazione opposta (seconda formula). Maggiore è la frequenza, minore è il volume del metallo riscaldato. Scegliendo il valore della potenza specifica, la durata del riscaldamento e la frequenza corrente, è possibile variare i parametri finali del riscaldamento a induzione entro un ampio intervallo: la durezza e la profondità dello strato indurito durante la tempra o il volume riscaldato quando riscaldato per lo stampaggio .

In pratica i parametri di riscaldamento controllati sono i parametri elettrici del generatore di corrente (potenza, corrente, tensione) e la durata del riscaldamento. Con l'aiuto di pirometri è possibile registrare anche la temperatura di riscaldamento del metallo. Ma più spesso non è necessario un controllo costante della temperatura, poiché viene selezionata la modalità di riscaldamento ottimale, che garantisce una qualità costante di indurimento o riscaldamento dell'HFC. La modalità di indurimento ottimale viene selezionata modificando i parametri elettrici. In questo modo, diverse parti vengono indurite. Inoltre, le parti vengono sottoposte ad analisi di laboratorio con fissazione della durezza, microstruttura, distribuzione dello strato indurito in profondità e piano. Quando sottoraffreddato, si osserva ferrite residua nella struttura degli acciai ipoeutettoidi; martensite aciculare grossolana si forma quando surriscaldata. I segni di difetti quando l'HDTV è riscaldato sono gli stessi di quando tecnologie classiche trattamento termico.

Nel caso dell'indurimento superficiale con HFC, il riscaldamento viene effettuato ad una temperatura più elevata rispetto al caso dell'indurimento in massa convenzionale. Ciò è dovuto a due ragioni. In primo luogo, ad una velocità di riscaldamento molto elevata, le temperature dei punti critici in cui avviene la transizione della perlite ad austenite aumentano, e in secondo luogo, questa trasformazione deve avere il tempo di completarsi in un tempo di riscaldamento e mantenimento molto breve.

Nonostante il riscaldamento durante la tempra ad alta frequenza venga effettuato a una temperatura più elevata rispetto alla normale tempra, non si verifica il surriscaldamento del metallo. Ciò è dovuto al fatto che il grano in acciaio semplicemente non ha il tempo di crescere in un periodo di tempo molto breve. Va inoltre notato che, rispetto alla tempra volumetrica, la durezza dopo l'indurimento con HFC è maggiore di circa 2-3 unità HRC. Ciò fornisce una maggiore resistenza all'usura e durezza superficiale della parte.

Vantaggi della tempra ad alta frequenza

elevata produttività di processo
facilità di regolazione dello spessore dello strato indurito
deformazione minima
quasi totale assenza di scala
la capacità di automatizzare completamente l'intero processo
la possibilità di inserire un'unità di tempra nel flusso di lavorazione.

Molto spesso, le parti in acciaio al carbonio con un contenuto di 0,4-0,5% C sono sottoposte a indurimento superficiale ad alta frequenza Questi acciai, dopo la tempra, hanno una durezza superficiale di HRC 55-60. A contenuti di carbonio più elevati, c'è il rischio di fessurazione a causa del raffreddamento improvviso. Insieme all'acciaio al carbonio, vengono utilizzati anche cromo bassolegato, cromo-nichel, cromo-silicio e altri acciai.

Attrezzature per l'esecuzione della tempra ad induzione (HFC)

La tempra a induzione richiede speciali attrezzatura tecnologica, che comprende tre unità principali: una fonte di alimentazione - un generatore di correnti ad alta frequenza, un induttore e un dispositivo per le parti mobili della macchina.

Un generatore di corrente ad alta frequenza sono macchine elettriche che differiscono nei principi fisici della formazione di una corrente elettrica in esse.

Dispositivi elettronici che funzionano secondo il principio dei tubi elettronici che convertono la corrente continua in corrente alternata di frequenza aumentata - generatori di tubi.
Dispositivi di elettromacchine che funzionano secondo il principio di dirigere una corrente elettrica in un conduttore, muovendosi in un campo magnetico, convertendo una corrente trifase di frequenza industriale in corrente alternata di maggiore frequenza - generatori di macchine.
Dispositivi a semiconduttore che funzionano secondo il principio dei dispositivi a tiristori che convertono la corrente continua in corrente alternata di frequenza aumentata - convertitori a tiristori (generatori statici).

I generatori di tutti i tipi differiscono per frequenza e potenza della corrente generata

Tipi di generatore Potenza, kW Frequenza, kHz Efficienza

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

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

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

L'indurimento superficiale di piccole parti (aghi, contatti, punte delle molle) viene effettuato utilizzando generatori di microinduzione. La frequenza da essi generata raggiunge i 50 MHz, il tempo di riscaldamento per l'indurimento è 0,01-0,001 s.

Metodi di tempra HFC

In base alle prestazioni del riscaldamento, si distinguono l'indurimento sequenziale continuo a induzione e l'indurimento simultaneo.

Tempra sequenziale continua utilizzato per parti lunghe di sezione costante (alberi, assi, superfici piane di prodotti lunghi). La parte riscaldata si muove nell'induttore. La parte del pezzo, che ad un certo momento si trova nella zona di influenza dell'induttore, viene riscaldata alla temperatura di indurimento. All'uscita dall'induttore, la sezione entra nella zona di raffreddamento spray. Lo svantaggio di questo metodo di riscaldamento è la bassa produttività del processo. Per aumentare lo spessore dello strato indurito, è necessario aumentare la durata del riscaldamento riducendo la velocità di movimento della parte nell'induttore. Indurimento simultaneo presuppone un riscaldamento una tantum dell'intera superficie da indurire.

Effetto autotemperante dopo la tempra

Dopo il completamento del riscaldamento, la superficie viene raffreddata da una doccia o da un getto d'acqua direttamente nell'induttore o in un dispositivo di raffreddamento separato. Questo raffreddamento consente l'estinzione di qualsiasi configurazione. Dosando il raffreddamento e modificandone la durata, è possibile realizzare l'effetto dell'autotempra dell'acciaio. Questo effetto consiste nella rimozione del calore accumulato durante il riscaldamento nel nucleo della parte in superficie. In altre parole, quando lo strato superficiale si è raffreddato e ha subito una trasformazione martensitica, una certa quantità di energia termica è ancora immagazzinata nello strato sottosuperficiale, la cui temperatura può raggiungere la bassa temperatura di rinvenimento. Dopo la cessazione del raffreddamento, questa energia verrà rimossa in superficie a causa della differenza di temperatura. Ciò elimina la necessità di ulteriori operazioni di tempra dell'acciaio.

Progettazione e produzione di induttori per tempra HFC

L'induttore è costituito da tubi di rame attraverso i quali viene fatta passare l'acqua durante il processo di riscaldamento. Ciò impedisce il surriscaldamento e il burnout degli induttori durante il funzionamento. Vengono anche realizzati induttori, combinati con un dispositivo di indurimento: uno spruzzatore: sulla superficie interna di tali induttori sono presenti fori attraverso i quali il refrigerante scorre verso la parte riscaldata.

Per un riscaldamento uniforme, è necessario fabbricare l'induttore in modo tale che la distanza dall'induttore a tutti i punti sulla superficie del prodotto sia la stessa. Di solito questa distanza è 1,5-3 mm. Quando si spegne un prodotto di forma semplice, questa condizione è facilmente soddisfatta. Per un indurimento uniforme, la parte deve essere spostata e (o) ruotata nell'induttore. Ciò si ottiene utilizzando dispositivi speciali: centri o tavoli di tempra.

Lo sviluppo del design dell'induttore presuppone innanzitutto la determinazione della sua forma. In questo caso, vengono respinti dalla forma e dalle dimensioni del prodotto indurito e dal metodo di indurimento. Inoltre, nella produzione di induttori, viene presa in considerazione la natura del movimento della parte rispetto all'induttore. Vengono presi in considerazione anche l'economia e le prestazioni di riscaldamento.

Il raffreddamento delle parti può essere utilizzato in tre modi: spruzzatura d'acqua, flusso d'acqua, immersione della parte in un mezzo di spegnimento. Il raffreddamento a doccia può essere effettuato sia in induttori-irroratori che in apposite camere di tempra. Il raffreddamento mediante flusso consente di creare una sovrapressione dell'ordine di 1 atm, che contribuisce ad un raffreddamento più uniforme del pezzo. Per garantire un raffreddamento intensivo e uniforme, è necessario che l'acqua si muova lungo la superficie raffreddata ad una velocità di 5-30 m / s.

Il riscaldamento a induzione è un metodo di riscaldamento senza contatto mediante correnti ad alta frequenza (RFH - riscaldamento a radiofrequenza) di materiali elettricamente conduttivi.

Descrizione del metodo.

Il riscaldamento a induzione è il riscaldamento di materiali mediante correnti elettriche indotte da un campo magnetico alternato. Di conseguenza, questo è il riscaldamento di prodotti fatti di materiali conduttivi (conduttori) dal campo magnetico di induttori (sorgenti di un campo magnetico alternato). Il riscaldamento a induzione viene eseguito come segue. Un pezzo elettricamente conduttivo (metallo, grafite) è posto in un cosiddetto induttore, che è uno o più giri di filo (il più delle volte rame). Nell'induttore, con l'aiuto di un generatore speciale, vengono indotte potenti correnti di varie frequenze (da dieci Hz a diversi MHz), a seguito delle quali si genera un campo elettromagnetico attorno all'induttore. Il campo elettromagnetico induce correnti parassite nel pezzo. Le correnti parassite riscaldano il pezzo sotto l'influenza del calore Joule (vedi legge Joule-Lenz).

Il sistema induttore del pezzo è un trasformatore senza nucleo in cui l'induttore è l'avvolgimento primario. Il pezzo è un avvolgimento secondario cortocircuitato. Il flusso magnetico tra gli avvolgimenti è chiuso nell'aria.

Ad alta frequenza, le correnti parassite vengono spostate dal campo magnetico da esse formato nei sottili strati superficiali del pezzo Δ (Effetto superficie), per cui la loro densità aumenta bruscamente e il pezzo si riscalda. Gli strati metallici sottostanti vengono riscaldati a causa della conduttività termica. Non è la corrente che è importante, ma l'elevata densità di corrente. Nello strato di pelle Δ, la densità di corrente diminuisce di un fattore e rispetto alla densità di corrente sulla superficie del pezzo, mentre l'86,4% del calore viene rilasciato nello strato di pelle (del rilascio totale di calore. La profondità della pelle strato dipende dalla frequenza di radiazione: maggiore è la frequenza, lo strato di pelle più sottile Dipende anche dalla permeabilità magnetica relativa μ del materiale del pezzo.

Per ferro, cobalto, nichel e leghe magnetiche a temperature inferiori al punto di Curie μ ha un valore da diverse centinaia a decine di migliaia. Per altri materiali (fondenti, metalli non ferrosi, eutettici liquidi a basso punto di fusione, grafite, elettroliti, ceramiche elettricamente conduttive, ecc.) μ è approssimativamente uguale all'unità.

Ad esempio, a una frequenza di 2 MHz, la profondità dello strato di pelle per il rame è di circa 0,25 mm, per il ferro 0,001 mm.

L'induttore diventa molto caldo durante il funzionamento, poiché assorbe la propria radiazione. Inoltre, assorbe la radiazione termica da un pezzo caldo. Gli induttori sono costituiti da tubi di rame raffreddati ad acqua. L'acqua viene fornita per aspirazione: ciò garantisce la sicurezza in caso di bruciatura o altra depressurizzazione dell'induttore.

Applicazione:
Fusione, brasatura e saldatura di metalli ultrapuri senza contatto.
Ottenere prototipi di leghe.
Piegatura e trattamento termico di parti di macchine.
Creazione di gioielli.
Lavorazione di piccole parti che possono essere danneggiate dalla fiamma o dal riscaldamento ad arco.
Indurimento superficiale.
Tempra e trattamento termico di parti di forma complessa.
Disinfezione di strumenti medici.

Vantaggi.

Riscaldamento o fusione ad alta velocità di qualsiasi materiale elettricamente conduttivo.

Il riscaldamento è possibile in atmosfera di gas protettivo, in ambiente ossidante (o riducente), in un liquido non conduttivo, sotto vuoto.

Riscaldamento attraverso le pareti di una camera protettiva in vetro, cemento, plastica, legno: questi materiali assorbono molto debolmente le radiazioni elettromagnetiche e rimangono freddi durante il funzionamento dell'impianto. Viene riscaldato solo il materiale elettricamente conduttivo: metallo (incluso fuso), carbonio, ceramica conduttiva, elettroliti, metalli liquidi, ecc.

A causa delle forze MHD che si generano, il metallo liquido viene miscelato intensamente, fino a mantenerlo sospeso in aria o gas di protezione: si ottengono così leghe ultrapure in piccole quantità (fusione per levitazione, fusione in un crogiolo elettromagnetico).

Poiché il riscaldamento avviene per radiazione elettromagnetica, non vi è contaminazione del pezzo da parte dei prodotti della combustione della torcia in caso di riscaldamento a fiamma di gas, o dal materiale dell'elettrodo in caso di riscaldamento ad arco. Collocare i campioni in un'atmosfera di gas inerte e alta velocità il riscaldamento eliminerà la formazione di calcare.

Facilità d'uso grazie alle ridotte dimensioni dell'induttore.

L'induttore può essere realizzato con una forma speciale: ciò consentirà di riscaldare uniformemente parti di una configurazione complessa su tutta la superficie, senza portare alla loro deformazione o al mancato riscaldamento locale.

Il riscaldamento locale e selettivo è facile.

Poiché il riscaldamento è più intenso nei sottili strati superiori del pezzo e gli strati sottostanti vengono riscaldati più delicatamente a causa della conduttività termica, il metodo è ideale per l'indurimento superficiale delle parti (il nucleo rimane viscoso).

Facile automazione delle apparecchiature: cicli di riscaldamento e raffreddamento, controllo e ritenzione della temperatura, fornitura e rimozione dei pezzi.

Impianti di riscaldamento a induzione:

Nelle installazioni con una frequenza operativa fino a 300 kHz, gli inverter vengono utilizzati su gruppi IGBT o transistor MOSFET. Tali installazioni sono progettate per il riscaldamento di parti di grandi dimensioni. Per riscaldare piccole parti, vengono utilizzate alte frequenze (fino a 5 MHz, la gamma delle onde medie e corte), le installazioni ad alta frequenza sono costruite su tubi elettronici.

Inoltre, per il riscaldamento di piccole parti, vengono costruite installazioni di frequenza maggiore su transistor MOSFET per frequenze operative fino a 1,7 MHz. Controllare i transistor e proteggerli a frequenze più elevate presenta alcune difficoltà, pertanto le impostazioni di frequenza più elevate sono ancora piuttosto costose.

Un induttore per il riscaldamento di piccole parti ha dimensioni ridotte e bassa induttanza, il che porta a una diminuzione del fattore di qualità del circuito oscillante operativo a basse frequenze e a una diminuzione dell'efficienza, oltre a rappresentare un pericolo per l'oscillatore principale (il fattore di qualità del circuito oscillante è proporzionale a L / C, un circuito oscillante con un basso fattore di qualità è troppo "pompato" con energia, forma un cortocircuito nell'induttore e disabilita l'oscillatore principale). Per aumentare il fattore di qualità del circuito oscillatorio, vengono utilizzati due modi:
- un aumento della frequenza operativa, che porta alla complicazione e all'aumento del costo dell'impianto;
- l'uso di inserti ferromagnetici nell'induttore; incollaggio dell'induttore con pannelli in materiale ferromagnetico.

Poiché l'induttore funziona in modo più efficiente alle alte frequenze, il riscaldamento a induzione ha ricevuto un'applicazione industriale dopo lo sviluppo e l'inizio della produzione di potenti lampade per generatori. Prima della prima guerra mondiale, il riscaldamento a induzione era di uso limitato. A quel tempo, come generatori venivano utilizzati generatori di macchine di maggiore frequenza (opera di V.P. Vologdin) o impianti di scarica a scintilla.

Il circuito del generatore può essere, in linea di principio, qualsiasi (multivibratore, generatore RC, generatore con eccitazione indipendente, vari generatori di rilassamento), funzionante su un carico sotto forma di induttore a bobina e dotato di potenza sufficiente. È inoltre necessario che la frequenza di vibrazione sia sufficientemente elevata.

Ad esempio, per "tagliare" in pochi secondi un filo di acciaio del diametro di 4 mm è necessaria una potenza oscillatoria di almeno 2 kW ad una frequenza di almeno 300 kHz.

Scegli uno schema in base a seguenti criteri: affidabilità; stabilità delle fluttuazioni; stabilità della potenza rilasciata nel pezzo; facilità di fabbricazione; facilità di personalizzazione; il numero minimo di parti per ridurre i costi; l'uso di parti che insieme danno una riduzione di peso e dimensioni, ecc.

Per molti decenni, un tre punti induttivo è stato utilizzato come generatore di oscillazioni ad alta frequenza (generatore Hartley, generatore con retroazione dell'autotrasformatore, circuito su un partitore di tensione ad anello induttivo). Questo è un circuito autoeccitato di alimentazione parallela dell'anodo e un circuito selettivo in frequenza realizzato su un circuito oscillatorio. È stato utilizzato con successo e continua ad essere utilizzato in laboratori, laboratori di gioielleria, imprese industriali così come nella pratica amatoriale. Ad esempio, durante la seconda guerra mondiale, su tali impianti è stato effettuato l'indurimento superficiale dei rulli del serbatoio T-34.

Svantaggi dei tre punti:

Bassa efficienza (meno del 40% quando si utilizza una lampada).

Una forte deviazione di frequenza al momento del riscaldamento di pezzi realizzati con materiali magnetici sopra il punto di Curie (≈700C) (cambiamenti μ), che cambia la profondità dello strato di pelle e cambia in modo imprevedibile la modalità di trattamento termico. Quando si trattano a caldo parti critiche, questo potrebbe essere inaccettabile. Inoltre, i televisori potenti dovrebbero funzionare in una gamma ristretta di frequenze consentite da Rossvyazokhrankultura, poiché con una scarsa schermatura sono in realtà trasmettitori radio e possono interferire con le trasmissioni televisive e radiofoniche, i servizi costieri e di soccorso.

Quando si cambiano i pezzi (ad esempio, uno più piccolo per uno più grande), l'induttanza del sistema induttore-pezzo cambia, il che porta anche a un cambiamento nella frequenza e nella profondità dello strato di pelle.

Quando si passa da induttori monogiro a induttori multigiro, a quelli più grandi o più piccoli, cambia anche la frequenza.

Sotto la guida di Babat, Lozinsky e altri scienziati, sono stati sviluppati circuiti generatori a due e tre circuiti che hanno un'efficienza maggiore (fino al 70%), oltre a mantenere meglio la frequenza operativa. Il loro principio di funzionamento è il seguente. A causa dell'uso di circuiti accoppiati e dell'indebolimento della connessione tra di essi, un cambiamento nell'induttanza del circuito di lavoro non comporta un forte cambiamento nella frequenza del circuito di impostazione della frequenza. I trasmettitori radio sono progettati secondo lo stesso principio.

I moderni generatori TVF sono inverter basati su gruppi IGBT o potenti transistor MOSFET, solitamente realizzati in uno schema a ponte o semiponte. Operare a frequenze fino a 500 kHz. Le porte dei transistor vengono aperte utilizzando un sistema di controllo a microcontrollore. Il sistema di controllo, a seconda dell'attività da svolgere, consente di trattenere automaticamente

A) frequenza costante
b) potenza costante rilasciata nel pezzo
c) la massima efficienza possibile.

Ad esempio, quando un materiale magnetico viene riscaldato al di sopra del punto di Curie, lo spessore dello strato di pelle aumenta bruscamente, la densità di corrente diminuisce e il pezzo inizia a riscaldarsi peggio. Inoltre, le proprietà magnetiche del materiale scompaiono e il processo di inversione della magnetizzazione si interrompe - il pezzo inizia a riscaldarsi peggio, la resistenza di carico diminuisce bruscamente - questo può portare alla "separazione" del generatore e al suo guasto. Il sistema di controllo monitora la transizione attraverso il punto di Curie e aumenta automaticamente la frequenza quando il carico viene improvvisamente ridotto (o diminuisce la potenza).

Osservazioni.

L'induttore deve essere posizionato il più vicino possibile al pezzo in lavorazione. Ciò non solo aumenta la densità del campo elettromagnetico vicino al pezzo (proporzionale al quadrato della distanza), ma aumenta anche il fattore di potenza Cos (φ).

Aumentando la frequenza si riduce drasticamente il fattore di potenza (proporzionale al cubo della frequenza).

Quando i materiali magnetici vengono riscaldati, viene rilasciato anche calore aggiuntivo a causa dell'inversione della magnetizzazione; il loro riscaldamento al punto di Curie è molto più efficiente.

Quando si calcola l'induttore, è necessario tenere conto dell'induttanza dei bus che alimentano l'induttore, che può essere molto superiore all'induttanza dell'induttore stesso (se l'induttore è realizzato sotto forma di una spira di piccolo diametro o anche parte di un giro - un arco).

Esistono due casi di risonanza nei circuiti oscillatori: risonanza di tensione e risonanza di corrente.
Circuito oscillatorio parallelo - risonanza di corrente.
In questo caso la tensione sulla bobina e sul condensatore è uguale a quella del generatore. Alla risonanza, la resistenza del circuito tra i punti di derivazione diventa massima e la corrente (I totale) attraverso la resistenza di carico Rn sarà minima (la corrente all'interno del circuito I-1L e I-2c è maggiore della corrente del generatore).

Idealmente, l'impedenza del circuito è infinita: il circuito non assorbe corrente dalla sorgente. Quando la frequenza del generatore cambia in entrambe le direzioni rispetto alla frequenza di risonanza, la resistenza totale del circuito diminuisce e la corrente di linea (I totale) aumenta.

Circuito oscillatorio seriale - risonanza di tensione.

La caratteristica principale di un circuito risonante in serie è che la sua impedenza è minima alla risonanza. (ZL + ZC - minimo). Quando la frequenza è sintonizzata sopra o sotto la frequenza di risonanza, l'impedenza aumenta.
Produzione:
In un circuito parallelo a risonanza, la corrente attraverso i terminali del circuito è 0 e la tensione è massima.
In un circuito in serie, invece, la tensione tende a zero e la corrente è massima.

L'articolo è stato preso dal sito http://dic.academic.ru/ e rielaborato in un testo più comprensibile per il lettore dalla società Prominductor LLC.

Impianto di spegnimento per riscaldamento t. V. h. è costituito da un cosiddetto generatore. h.,

un trasformatore step-down, banchi di condensatori, un induttore, una macchina utensile (a volte la macchina viene sostituita con un dispositivo per l'azionamento di una parte o un induttore) e un'apparecchiatura che svolge un servizio ausiliario (relè temporizzatore, relè di controllo dell'alimentazione del liquido di spegnimento, segnalazione , dispositivi di blocco e regolazione).

Negli impianti considerati, tali generatori t.v.ch. alle medie frequenze (500-10000 Hz), generatori di macchine, e recentemente convertitori statici a tiristori; ad alte frequenze (60.000 Hz e oltre) generatori di tubi. Un tipo promettente di generatori sono i convertitori di ioni, i cosiddetti generatori di eccitroni. Consentono di ridurre al minimo le perdite di energia.

Nella fig. 5 mostra uno schema di un impianto con un generatore di macchina. Tranne il generatore della macchina 2 e motore 3 con l'eccitatore 1, l'installazione contiene un trasformatore step-down 4, banchi di condensatori 6 e induttore 5. Il trasformatore abbassa la tensione a un valore sicuro (30-50 V) e allo stesso tempo aumenta l'intensità della corrente 25-30 volte, portandola a 5000-8000 A.

Immagine 5 Immagine 6

Tabella 1 Tipi e modelli di induttori

Nella fig. 6 mostra un esempio di tempra con un induttore multigiro. L'indurimento viene effettuato come segue:

La parte è posizionata all'interno di un induttore fisso. Con il lancio dell'apparato HDTV, la parte inizia a ruotare attorno al proprio asse e allo stesso tempo si riscalda, quindi, con l'aiuto del controllo automatizzato, viene fornito liquido (acqua) e si raffredda. L'intero processo dura da 30-45 secondi.

La tempra HFC è un tipo di trattamento termico del metallo, a seguito del quale la durezza aumenta in modo significativo e il materiale perde la sua duttilità. La differenza tra l'indurimento HFC e altri metodi di indurimento è che il riscaldamento viene eseguito utilizzando speciali installazioni HDTV che agiscono sul pezzo da temprare con correnti ad alta frequenza. La tempra HFC presenta molti vantaggi, il principale dei quali è il pieno controllo del riscaldamento. L'utilizzo di questi complessi di tempra può migliorare notevolmente la qualità dei prodotti, poiché il processo di tempra viene eseguito in modo completamente automatico, il lavoro dell'operatore consiste solo nel fissare l'albero e avviare il ciclo di funzionamento della macchina.

5.1 Vantaggi dei complessi di tempra a induzione (impianti di riscaldamento a induzione):

La tempra HFC può essere eseguita con una precisione di 0,1 mm

Fornendo un riscaldamento uniforme, la tempra a induzione consente di ottenere una distribuzione ideale della durezza lungo l'intera lunghezza dell'albero

L'elevata durezza della tempra HFC si ottiene attraverso l'uso di speciali induttori con condotti d'acqua, che raffreddano l'albero immediatamente dopo il riscaldamento.

Le apparecchiature di tempra HFC (forni di tempra) sono selezionate o prodotte in stretta conformità con le specifiche tecniche.

6. Decalcificazione in macchine di granigliatura

Nelle granigliatrici, le parti vengono pulite dalle incrostazioni con un getto di ghisa o graniglia d'acciaio. Il getto è creato da aria compressa con una pressione di 0,3-0,5 MPa (pallinatura pneumatica) o da giranti a rotazione rapida (pulizia meccanica con lame di granigliatura).

In granigliatura pneumatica nelle installazioni possono essere utilizzate sia sabbia di quarzo che graniglia. Tuttavia, in quest'ultimo caso, si forma una grande quantità di polvere, che raggiunge il 5-10% della massa delle parti da pulire. Entrando nei polmoni del personale di manutenzione, la polvere di quarzo provoca una malattia professionale: la silicosi. Pertanto, questo metodo viene utilizzato in casi eccezionali. Durante la sabbiatura, la pressione dell'aria compressa dovrebbe essere 0,5-0,6 MPa. La graniglia di ghisa viene prodotta colando ferro liquido in acqua spruzzando un flusso di ghisa con aria compressa, seguito da una cernita su setacci. Il tiro deve avere la struttura in ghisa bianca con una durezza di 500 HB, le sue dimensioni sono nell'intervallo 0,5-2 mm. Il consumo di graniglia di ghisa è solo lo 0,05-0,1% della massa delle parti. Quando si pulisce con pallini, si ottiene una superficie più pulita della parte, si ottiene una maggiore produttività dei dispositivi e si ottengono condizioni di lavoro migliori rispetto alla pulizia con sabbia. Per proteggere l'atmosfera ambientale dalla polvere, le granigliatrici sono dotate di cappe chiuse con ventilazione di scarico potenziata. Secondo gli standard sanitari, la concentrazione di polvere massima consentita non deve superare i 2 mg / m3. Il trasporto di pallini nelle moderne installazioni è completamente meccanizzato.

La parte principale dell'impianto pneumatico è una granigliatrice, che può essere iniezione e gravità. La granigliatrice a iniezione a camera singola più semplice (Fig. 7) è un cilindro 4, con un imbuto per il tiro in alto, chiuso ermeticamente con un coperchio 5. In basso, il cilindro termina con un imbuto, la cui apertura conduce alla camera di miscelazione 2. Il colpo è alimentato da un flap rotante 3. L'aria compressa viene fornita alla camera di miscelazione attraverso la valvola 1, che cattura il colpo e lo trasporta attraverso un tubo flessibile 7 e un ugello 6 per dettagli. Il colpo è sotto la pressione dell'aria compressa fino a quando non esce dall'ugello, il che aumenta l'efficienza del getto abrasivo. Nell'apparato del design a camera singola descritto, l'aria compressa deve essere temporaneamente spenta quando viene reintegrata con il colpo.