Värmebehandling av stål. (Värmebehandling av metall). Härdning och HDTV. Installation av HDTV - principen för arbete för härdning. Lampa induktionsugn

Induktionsuppvärmning sker genom att arbetsstycket placeras nära en växelströmsledare som kallas en induktor. När en högfrekvent ström (HFC) passerar genom induktorn skapas ett elektromagnetiskt fält och, om en metallprodukt finns i detta fält, exciteras en elektromotorisk kraft i den, vilket orsakar en växelström med samma frekvens som induktorström för att passera genom produkten.

Således induceras en termisk effekt, som får produkten att värmas upp. Värmeeffekten P, som frigörs i den uppvärmda delen, kommer att vara lika med:

där K är en koefficient beroende på produktens konfiguration och storleken på gapet som bildas mellan produktens ytor och induktorn; Iin - strömstyrka; f - strömfrekvens (Hz); r - elektrisk resistivitet (Ohm · cm); m - magnetisk permeabilitet (H / E) av stål.

Induktionsuppvärmningsprocessen påverkas avsevärt av ett fysiskt fenomen som kallas yt- (hud) -effekten: strömmen induceras huvudsakligen i ytskikten och vid höga frekvenser är strömtätheten i delens kärna låg. Djupet av det uppvärmda skiktet uppskattas med formeln:

Genom att öka frekvensen för strömmen kan du koncentrera betydande effekt i en liten volym av den uppvärmda delen. På grund av detta uppnås höghastighetsuppvärmning (upp till 500 C / sek).

Induktionsuppvärmningsparametrar

Induktionsvärme kännetecknas av tre parametrar: specifik effekt, uppvärmningstid och strömfrekvens. Specifik effekt är effekten som omvandlas till värme per 1 cm2 av ytan på den uppvärmda metallen (kW / cm2). Uppvärmningshastigheten för produkten beror på värdet på den specifika effekten: ju högre den är, desto snabbare utförs uppvärmningen.

Uppvärmningstiden bestämmer den totala mängden överförd värmeenergi och därmed den uppnådda temperaturen. Det är också viktigt att ta hänsyn till strömens frekvens, eftersom djupet på det härdade skiktet beror på det. Strömens frekvens och det uppvärmda skiktets djup är i motsatt relation (andra formeln). Ju högre frekvens, desto mindre uppvärmd metallvolym. Genom att välja värdet för den specifika effekten, uppvärmningstiden och den aktuella frekvensen är det möjligt att variera de sista parametrarna för induktionsvärme inom ett brett område - hårdheten och djupet för det härdade lagret under släckning eller den uppvärmda volymen när den upphettas för stansning .

I praktiken är de kontrollerade värmeparametrarna elektriska parametrar för strömgeneratorn (effekt, ström, spänning) och uppvärmningstiden. Med hjälp av pyrometrar kan även metallens uppvärmningstemperatur registreras. Men oftare finns det inget behov av konstant temperaturkontroll, eftersom det optimala värmeläget är valt, vilket säkerställer en konstant kvalitet vid härdning eller uppvärmning av HFC. Det optimala härdningsläget väljs genom att ändra de elektriska parametrarna. På detta sätt härdas flera delar. Vidare utsätts delarna för laboratorieanalys med fixering av hårdhet, mikrostruktur, fördelning av det härdade skiktet i djup och plan. Vid underkylning observeras resterande ferrit i strukturen hos hypoeutektoidstål; grov acicular martensit uppstår vid överhettning. Tecken på defekter när HDTV: n värms upp är desamma som när klassisk teknik värmebehandling.

Vid ythärdning med HFC utförs uppvärmning till en högre temperatur än vid konventionell bulkhärdning. Detta beror på två skäl. För det första, vid en mycket hög uppvärmningshastighet, ökar temperaturen på de kritiska punkterna vid vilka övergången av pearlit till austenit sker, och för det andra måste denna omvandling ha tid att slutföra på en mycket kort uppvärmnings- och hålltid.

Trots det faktum att uppvärmning under högfrekvent kylning utförs till en högre temperatur än vid normal kylning, överhettas inte metallen. Detta beror på att kornet i stål helt enkelt inte hinner växa på mycket kort tid. Det bör också noteras att, i jämförelse med volymkylning, är hårdheten efter härdning med HFC högre med cirka 2–3 HRC -enheter. Detta ger en högre slitstyrka och ythårdhet hos delen.

Fördelar med högfrekvent släckning

hög processproduktivitet
enkel att justera tjockleken på det härdade skiktet
minimal vridning
nästan fullständig frånvaro av skala
möjligheten att helt automatisera hela processen
möjligheten att placera en härdningsenhet i bearbetningsflödet.

Oftast utsätts delar av kolstål med ett innehåll av 0,4-0,5% C för ythögfrekvent härdning. Dessa stål har, efter släckning, en ythårdhet på HRC 55-60. Vid högre kolhalt finns det risk för sprickor på grund av plötslig kylning. Tillsammans med kolstål används också låglegerat krom, krom-nickel, krom-kisel och andra stål.

Utrustning för att utföra induktionshärdning (HFC)

Induktionshärdning kräver speciell teknisk utrustning, som innehåller tre huvudenheter: en strömkälla - en generator för högfrekventa strömmar, en induktor och en enhet för rörliga delar i maskinen.

En högfrekvent strömgenerator är elektriska maskiner som skiljer sig åt i de fysiska principerna för bildandet av en elektrisk ström i dem.

Elektroniska enheter som fungerar enligt principen för elektroniska rör som omvandlar likström till växelström för ökade frekvensrörgeneratorer.
Elektriska maskinanordningar som arbetar enligt principen att rikta en elektrisk ström i en ledare, röra sig i ett magnetfält, omvandla en trefasström av industriell frekvens till växelström för ökad frekvens - maskingeneratorer.
Halvledarenheter som fungerar enligt principen för tyristoranordningar som omvandlar likström till växelström med ökad frekvens - tyristoromvandlare (statiska generatorer).

Generatorer av alla typer skiljer sig åt i frekvens och effekt hos den genererade strömmen

Generatortyper Effekt, kW Frekvens, kHz Effektivitet

Rör 10 - 160 70 - 400 0,5 - 0,7

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

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

Ythärdning av små delar (nålar, kontakter, fjäderspetsar) utförs med mikroinduktionsgeneratorer. Frekvensen som genereras av dem når 50 MHz, uppvärmningstiden för härdning är 0,01-0,001 s.

HFC -härdningsmetoder

Enligt uppvärmningens prestanda särskiljs induktion kontinuerlig sekventiell härdning och samtidig härdning.

Kontinuerlig sekventiell härdning används för långa delar med konstant tvärsnitt (axlar, axlar, plana ytor på långa produkter). Den uppvärmda delen rör sig i induktorn. Den del av delen, som befinner sig vid ett visst ögonblick i induktorns påverkanszon, värms upp till härdningstemperaturen. Vid utgången från induktorn kommer sektionen in i spraykylzonen. Nackdelen med denna uppvärmningsmetod är processens låga produktivitet. För att öka tjockleken på det härdade skiktet är det nödvändigt att öka uppvärmningstiden genom att minska rörelseshastigheten för delen i induktorn. Samtidig härdning förutsätter en engångsuppvärmning av hela ytan som ska härdas.

Självhärdande effekt efter släckning

Efter avslutad uppvärmning kyls ytan av en dusch eller en ström av vatten direkt i induktorn eller i en separat kylanordning. Denna kylning tillåter släckning av alla konfigurationer. Genom att mäta kylningen och ändra dess varaktighet är det möjligt att inse effekten av självhärdning i stål. Denna effekt består i avlägsnande av värme som ackumulerats under uppvärmning i delens kärna till ytan. Med andra ord, när ytskiktet har svalnat och genomgått martensitisk transformation, lagras fortfarande en viss mängd värmeenergi i underlagsskiktet, vars temperatur kan nå den låga härdningstemperaturen. Efter kylningens slut kommer denna energi att tas bort till ytan på grund av temperaturskillnaden. Detta eliminerar behovet av ytterligare stålhärdningsoperationer.

Design och tillverkning av induktorer för HFC -härdning

Induktorn är gjord av kopparrör genom vilka vatten passerar under uppvärmning. Detta förhindrar överhettning och utbränning av induktorerna under drift. Induktorer tillverkas också, i kombination med en härdningsanordning - en spruta: på insidan av sådana induktorer finns hål genom vilka kylvätska strömmar till den uppvärmda delen.

För enhetlig uppvärmning är det nödvändigt att tillverka induktorn på ett sådant sätt att avståndet från induktorn till alla punkter på produktens yta är detsamma. Vanligtvis är detta avstånd 1,5-3 mm. När man släcker en produkt med enkel form uppfylls detta villkor lätt. För enhetlig härdning måste delen flyttas och (eller) roteras i induktorn. Detta uppnås genom att använda specialanordningar - center eller härdningsbord.

Utvecklingen av induktorns design förutsätter först och främst bestämning av dess form. I detta fall avvisas de från formen och måtten på den härdade produkten och härdningsmetoden. Vid tillverkning av induktorer tas dessutom hänsyn till arten av delens rörelse i förhållande till induktorn. Ekonomin och värmeeffekten beaktas också.

Delkylning kan användas på tre sätt: vattensprutning, vattenflöde, nedsänkning av delar i ett släckmedium. Duschkylning kan utföras både i induktionssprutor och i speciella släckkammare. Kylning med ett flöde gör det möjligt att skapa ett övertryck i storleksordningen 1 atm, vilket bidrar till en jämnare kylning av delen. För att säkerställa intensiv och enhetlig kylning är det nödvändigt att vattnet rör sig längs den kylda ytan med en hastighet av 5-30 m / s.

Enligt överenskommelse är värmebehandling och härdning av metall- och ståldelar med dimensioner större än i denna tabell möjlig.

Värmebehandling (värmebehandling av stål) av metaller och legeringar i Moskva är en tjänst som vår anläggning tillhandahåller sina kunder. Vi har alla nödvändig utrustning, för vilka kvalificerade specialister arbetar. Vi utför alla beställningar med hög kvalitet och i tid. Vi tar också emot och utför order för värmebehandling av stål och högfrekvent ström som kommer till oss och från andra regioner i Ryssland.

De viktigaste typerna av värmebehandling av stål

Typ I glödgning:

Diffusionsglödgning av första sorten (homogenisering) - Snabb uppvärmning upp till t 1423 K, lång hållbarhet och efterföljande långsam kylning. Inriktning av kemisk inhomogenitet av materialet i storformade legeringstålgjutningar

Omkristallisationsglödgning av det första slaget - Uppvärmning till en temperatur på 873-973 K, lång hållbarhet och efterföljande långsam kylning. Det finns en minskning av hårdheten och en ökning av plasticiteten efter kall deformation (bearbetning är interoperativ)

Glödgning av det första slaget, minskning av stress - Uppvärmning till en temperatur på 473-673 K och efterföljande långsam kylning. Det tar bort restspänningar efter gjutning, svetsning, plastisk deformation eller bearbetning.

Typ II glödgning:

Komplett glödgning av typ II - Uppvärmning till en temperatur över Ac3 -punkten med 20-30 K, hållning och efterföljande kylning. Det finns en minskning av hårdheten, förbättrad bearbetbarhet, avlägsnande av inre spänningar i hypoeutektoid- och eutektoidstål före härdning (se anmärkning till tabellen)

Glödgning av II -slaget är ofullständig - Uppvärmning till en temperatur mellan punkterna Ac1 och Ac3, hållning och efterföljande kylning. Det finns en minskning av hårdheten, förbättrad bearbetbarhet, avlägsnande av inre spänningar i hypereutektoid stål före härdning

Typ II isotermisk glödgning - Uppvärmning upp till en temperatur på 30-50 K över Ac3 -punkten (för hypereutektoidstål) eller över Ac1 -punkten (för hypereutektoidstål), hållning och efterföljande stegvis kylning. Accelererad bearbetning av små valsade produkter eller smide gjorda av legering och högkolstål för att minska hårdheten, förbättra bearbetbarheten, lindra intern stress

Sfäroidiserande glödgning av typ II - Uppvärmning till en temperatur över Ac1 -punkten med 10-25 K, hållning och efterföljande stegvis kylning. Det finns en minskning av hårdheten, en förbättring av bearbetbarheten, en eliminering av inre spänningar i verktygsstålet före härdning, en ökning av duktiliteten hos låglegerade och medelhaltiga stål före kall deformation

Ljusglödgning av typ II - Uppvärmning i en kontrollerad miljö till en temperatur över Ac3 -punkten med 20-30 K, hållning och efterföljande kylning i en kontrollerad miljö. Får skydd av stålytan mot oxidation och avkolning

Glödgning av det andra slaget Normalisering (normalisering av glödgning) - Uppvärmning till en temperatur över Ac3 -punkten med 30-50 K, hållning och efterföljande kylning i lugn luft. Det finns en korrigering av strukturen för uppvärmt stål, avlägsnande av inre spänningar i konstruktionsstålsdelar och förbättring av deras bearbetbarhet, en ökning av djupet för härdbarhet av verktyg. stål före härdning

Härdning:

Kontinuerlig fullkylning - Uppvärmning till en temperatur över Ac3 -punkten med 30-50 K, hållning och efterföljande skarp kylning. Erhåller (i kombination med härdning) hög hårdhet och slitstyrka hos delar av hypoeutektoid och eutektoidstål

Släckning ofullständig - Uppvärmning till en temperatur mellan punkterna Ac1 och Ac3, hållning och efterföljande skarp kylning. Erhåller (i kombination med härdning) hög hårdhet och slitstyrka hos delar av hypereutektoidstål

Intermittent härdning - Uppvärmning upp till t över Ac3 -punkten med 30-50 K (för hypoeutektoid- och eutektoidstål) eller mellan Ac1- och Ac3 -punkterna (för hypereutektoidstål), håll och efterföljande kylning i vatten och sedan i olja. Minskar kvarvarande påfrestningar och påfrestningar i högkolhaltiga verktygsstålsdelar

Isotermisk släckning - Uppvärmning till en temperatur över Ac3 -punkten med 30-50 K, hållning och efterföljande kylning i smälta salter och sedan i luft. Får uppnå minimal deformation (vridning), ökad smidighet, uthållighetsgräns och motstånd mot böjning av delar av legerat verktygsstål

Steghärdning - Samma (skiljer sig från isotermisk härdning vid en kortare uppehållstid för delen i kylmediet). Minskar påfrestningar, deformationer och förhindrar sprickbildning i små verktygsverktyg i kolstål samt större legeringsverktygsstål och HSS -verktyg

Ythärdning - Uppvärmning med elektrisk ström eller gasflamma av produktens ytskikt till släckande t, följt av snabb kylning av det uppvärmda skiktet. Det ökar ythårdheten till ett visst djup, slitstyrka och ökad uthållighet av maskindelar och verktyg

Självhärdande släckning-Uppvärmning till en temperatur över Ac3-punkten med 30-50 K, hållning och efterföljande ofullständig kylning. Värme kvarhållen inuti delen ger härdning av det härdade yttre lagret

Släckning med kallbehandling-Djupkylning efter kylning till en temperatur på 253-193 K. Det ökar hårdheten och erhåller stabila dimensioner av delar från höglegerat stål

Släckning med kylning - Innan nedsänkning i ett kylmedium kyls uppvärmda delar i luft under en tid eller förvaras i en termostat med reducerad t. Det finns en minskning av värmebehandlingscykeln för stål (används vanligtvis efter förkolning).

Lätt härdning - Uppvärmning i en kontrollerad miljö till en temperatur över Ac3 -punkten med 20-30 K, hållning och efterföljande kylning i en kontrollerad miljö. Får skydd mot oxidation och avkolning av komplexa delar av formar, formar och fixturer som inte utsätts för slipning

Semester låg - Uppvärmning i temperaturområdet 423-523 K och efterföljande accelererad kylning. Det frigörs interna påfrestningar och en minskning av skärbarheten hos skär- och mätverktyget efter ythärdning; för fallhärdade delar efter härdning

Genomsnittlig semester - Uppvärmning i intervallet t = 623-773 K och efterföljande långsam eller accelererad kylning. Det finns en ökning av den elastiska gränsen för fjädrar, fjädrar och andra elastiska element

Semester hög - Uppvärmning i temperaturintervallet 773-953 K och efterföljande långsam eller snabb kylning. Förekommer Ger hög duktilitet hos konstruktionsstål, som regel under termisk förbättring

Termisk förbättring - Släckning och efterföljande högt temperering. Fullständig avlägsnande av kvarvarande spänningar sker. Tillhandahåller en kombination av hög hållfasthet och formbarhet under den slutliga värmebehandlingen av konstruktionsstål som arbetar under stötar och vibrationer

Termomekanisk behandling - Uppvärmning, snabb kylning till 673-773 K, multipel plastisk deformation, släckning och härdning. Tillhandahållande av valsade produkter och delar av enkel form som inte är svetsade, ökad hållfasthet jämfört med hållfastheten som uppnås genom konventionell värmebehandling

Åldrande - Uppvärmning och lång exponering vid förhöjda temperaturer. Det finns en stabilisering av dimensionerna på delar och verktyg

Förkolning - Mättnad av ytskiktet av mjukt stål med kol (förkolning). Det följs av en efterföljande härdning med låg härdning. Djupet på det cementerade skiktet är 0,5-2 mm. Det ger produkten en hög ythårdhet samtidigt som den bibehåller en viskös kärna. Kol- eller legeringsstål med ett kolinnehåll utsätts för cementering: för små och medelstora produkter 0,08-0,15%, för större 0,15-0,5%. Kugghjul, kolvpinnar etc. utsätts för cementering.

Cyanidation-Termokemisk behandling av stålprodukter i en lösning av cyanidsalter vid en temperatur på 820. Ytskiktet av stål är mättat med kol och kväve (lager 0,15-0,3 mm.) Stål med låg kolhalt genomgår cyanid, vilket resulterar i att , tillsammans med en fast yta, har produkten en viskös kärna. Sådana produkter kännetecknas av hög slitstyrka och stöttålighet.

Nitrering (nitrering) - Kvävemättnad av ytskiktet av stålprodukter till ett djup av 0,2-0,3 mm. Ger en hög ythårdhet, ökat motståndskraft mot nötning och korrosion. Mätare, kugghjul, axeltidningar etc. utsätts för nitrering.

Kall behandling - Kyld efter kylning till minusgrader. Det är en förändring i den inre strukturen hos härdade stål. Den används för verktygsstål, härdade produkter, några höglegerade stål.

METALER VÄRMEBEHANDLING (VÄRMEBEHANDLING), en viss tidscykel för uppvärmning och kylning, som metaller utsätts för att ändra sina fysiska egenskaper. Värmebehandling i ordets vanliga mening utförs vid temperaturer under smältpunkten. Smält- och gjutprocesser som har en betydande effekt på metallens egenskaper ingår inte i detta koncept. Förändringar i fysiska egenskaper som orsakas av värmebehandling beror på förändringar i den inre strukturen och kemiska samband som uppstår i ett fast material. Värmebehandlingscykler är olika kombinationer av uppvärmning, hållning vid en viss temperatur och snabb eller långsam kylning, motsvarande de strukturella och kemiska förändringar som måste orsakas.

Granulär struktur av metaller. Varje metall består vanligtvis av många kristaller i kontakt med varandra (kallade korn), vanligtvis mikroskopiska i storlek, men ibland synliga för blotta ögat. Atomer inuti varje korn är ordnade på ett sådant sätt att de bildar ett vanligt tredimensionellt geometriskt gitter. Typen av gitter, kallad kristallstruktur, är en egenskap hos materialet och kan bestämmas med röntgendiffraktionsanalysmetoder. Rätt placering av atomer bevaras i hela spannmålen, förutom små kränkningar, till exempel enskilda gitterplatser som av misstag visar sig vara lediga. Alla korn har samma kristallstruktur, men är i regel orienterade olika i rymden. Därför, vid gränsen för två korn, är atomer alltid mindre ordnade än inuti dem. Detta förklarar i synnerhet att spannmålsgränserna är lättare att etsa med kemiska reagenser. En polerad plan metallyta som behandlats med en lämplig etsare uppvisar vanligtvis ett tydligt gränsmönster. Ett materials fysikaliska egenskaper bestäms av egenskaperna hos enskilda korn, deras effekt på varandra och egenskaperna hos korngränser. Egenskaperna hos ett metalliskt material är väsentligen beroende av kornens storlek, form och orientering, och syftet med värmebehandling är att kontrollera dessa faktorer.

Atomprocesser under värmebehandling. När temperaturen på ett fast kristallint material stiger blir det lättare för dess atomer att flytta från ett ställe i kristallgitteret till ett annat. Det är på denna diffusion av atomer som värmebehandling är baserad. Den mest effektiva mekanismen för förflyttning av atomer i ett kristallgitter kan föreställas som rörelsen av lediga gitterplatser, som alltid finns i vilken kristall som helst. Vid förhöjda temperaturer, på grund av en ökning av diffusionshastigheten, accelereras processen för övergången av en jämviktsstruktur för ett ämne till en jämvikt. Temperaturen vid vilken diffusionshastigheten märkbart ökar är inte densamma för olika metaller. Det är vanligtvis högre för metaller med hög smältpunkt. I volfram, med dess smältpunkt lika med 3387 C, sker omkristallisation inte ens med röd värme, medan värmebehandling av aluminiumlegeringar smälter vid låga temperaturer, i vissa fall är det möjligt att utföra vid rumstemperatur.

I många fall innebär värmebehandling en mycket snabb kylning, kallad släckning, för att bevara strukturen som bildas vid förhöjd temperatur. Även om en sådan struktur strikt sett inte kan anses vara termodynamiskt stabil vid rumstemperatur, är den i praktiken ganska stabil på grund av den låga diffusionshastigheten. Många användbara legeringar har denna "metastabila" struktur.

De förändringar som orsakas av värmebehandling kan vara av två huvudtyper. För det första, i både rena metaller och legeringar, är förändringar som bara påverkar den fysiska strukturen möjliga. Dessa kan vara förändringar i materialets spänningstillstånd, förändringar i storlek, form, kristallstruktur och orientering av dess kristallkorn. För det andra kan metallens kemiska struktur också förändras. Detta kan uttryckas i utjämning av inhomogeniteter i kompositionen och bildning av fällningar från en annan fas, i interaktion med den omgivande atmosfären, skapad för att rena metallen eller ge den specifika ytegenskaper. Ändringar av båda typerna kan ske samtidigt.

Avlastning av stress. Kall deformation ökar hårdheten och sprödheten hos de flesta metaller. Ibland är denna "stamhärdning" önskvärd. Icke-järnmetaller och deras legeringar ges vanligtvis en viss hårdhet genom kallvalsning. Mjukt stål är också ofta kallbearbetat. Högkolstål som har kallvalsats eller kallt dragits till den ökade hållfastheten som krävs, till exempel för tillverkning av fjädrar, utsätts vanligtvis för spänningsavlastande glödgning, uppvärmd till en relativt låg temperatur, vid vilken materialet förblir nästan lika hårt som innan, men försvinner i den. inhomogenitet i fördelningen av inre spänningar. Detta minskar tendensen till sprickbildning, särskilt i korrosiva miljöer. Sådan spänningsavlastning uppstår som regel på grund av lokalt plastflöde i materialet, vilket inte leder till förändringar i den övergripande strukturen.

Omkristallisation. Med olika metoder för metallformning genom tryck krävs det ofta att kraftigt ändra formen på arbetsstycket. Om formning ska utföras i kallt tillstånd (som ofta dikteras av praktiska överväganden), måste processen brytas ner i ett antal steg, med omkristallisering emellan. Efter det första deformationssteget, när materialet härdas i en sådan utsträckning att ytterligare deformation kan leda till sprickbildning, upphettas arbetsstycket till en temperatur över spänningsavlastningens glödgningstemperatur och hålls för omkristallisation. På grund av snabb diffusion vid denna temperatur uppstår en helt ny struktur på grund av atomarrangemang. Nya korn börjar växa inuti kornstrukturen i det deformerade materialet, som med tiden helt ersätter det. Först bildas små nya korn på de platser där den gamla strukturen störs mest, nämligen vid de gamla spannmålsgränserna. Vid ytterligare glödgning arrangeras atomerna i den deformerade strukturen så att de också blir en del av nya korn, som växer och så småningom absorberar hela den gamla strukturen. Arbetsstycket behåller sin tidigare form, men det är nu tillverkat av ett mjukt, spänningsfritt material som kan utsättas för en ny deformationscykel. Denna process kan upprepas flera gånger om det krävs av en viss deformationsgrad.

Kallbearbetning är deformation vid en för låg temperatur för omkristallisation. För de flesta metaller uppfyller rumstemperatur denna definition. Om deformationen utförs vid en tillräckligt hög temperatur så att omkristallisation hinner följa materialets deformation, kallas denna behandling varm. Så länge temperaturen förblir tillräckligt hög kan den deformeras så mycket du vill. En metals heta tillstånd bestäms främst av hur nära dess temperatur är till dess smältpunkt. Den höga formbarheten hos bly innebär att det lätt omkristalliserar, det vill säga dess "heta" bearbetning kan utföras vid rumstemperatur.

Texturkontroll. Kornets fysikaliska egenskaper är i allmänhet inte desamma i olika riktningar, eftersom varje korn är en enda kristall med sin egen kristallstruktur. Egenskaperna hos ett metallprov beräknas i genomsnitt över alla korn. Vid slumpmässig kornorientering är de allmänna fysikaliska egenskaperna desamma i alla riktningar. Om några kristallplan eller atomrader av de flesta kornen är parallella, blir provets egenskaper "anisotropa", dvs beroende på riktningen. I detta fall kommer koppen, som erhålls genom djup extrudering från en cirkulär platta, att ha "tungor" eller "kammusslor" på överkanten, på grund av att materialet deformeras lättare i andra riktningar än i andra. Vid mekanisk formning är anisotropi av fysikaliska egenskaper i allmänhet oönskad. Men i ark av magnetmaterial för transformatorer och andra anordningar är det mycket önskvärt att riktningen för enkel magnetisering, som i enstaka kristaller bestäms av kristallstrukturen, i alla korn sammanfaller med den givna riktningen för magnetflödet. Således kan "föredragen orientering" (textur) vara önskvärd eller oönskad beroende på materialets syfte. Generellt sett, när ett material omkristalliseras, ändras dess föredragna orientering. Typen av denna orientering beror på materialets sammansättning och renhet, på typen och graden av kall deformation, liksom på glödgningens varaktighet och temperatur.

Kornstorlekskontroll. De metalliska provets fysikaliska egenskaper bestäms till stor del av den genomsnittliga kornstorleken. En finkornig struktur motsvarar nästan alltid de bästa mekaniska egenskaperna. Att minska kornstorleken är ofta ett av målen med värmebehandling (liksom smältning och gjutning). När temperaturen stiger accelererar diffusionen och därför den genomsnittliga storleken spannmål ökar. Korngränserna skiftar så att de större kornen växer på bekostnad av de mindre, som så småningom försvinner. Därför utförs de sista heta arbetsprocesserna vanligtvis vid lägsta möjliga temperatur så att kornstorleken hålls på ett minimum. Varmbearbetning vid låg temperatur är ofta avsiktligt planerad, främst för att minska kornstorleken, även om samma resultat kan uppnås genom kallbearbetning följt av omkristallisation.

Homogenisering. De ovan nämnda processerna sker både i rena metaller och i legeringar. Men det finns ett antal andra processer som endast är möjliga i metalliska material som innehåller två eller flera komponenter. Så, till exempel, vid gjutningen av legeringen kommer det nästan säkert att finnas inhomogeniteter i den kemiska sammansättningen, vilket bestäms av den ojämna stelningsprocessen. I en stelnande legering är sammansättningen av den fasta fasen som bildas vid varje givet ögonblick inte densamma som i vätskefasen, som är i jämvikt med den. Följaktligen kommer sammansättningen av det fasta ämnet som uppträder vid den första stelningens ögonblick att vara annorlunda än vid slutet av stelningen, och detta leder till rumslig inhomogenitet hos kompositionen i mikroskopisk skala. Denna inhomogenitet elimineras genom enkel uppvärmning, särskilt i kombination med mekanisk deformation.

Rengöring. Även om metallens renhet i första hand bestäms av smältnings- och gjutningsförhållandena, uppnås ofta rening av metallen genom värmebehandling i fast tillstånd. Föroreningarna i metallen reagerar på dess yta med atmosfären i vilken den värms; sålunda kan en atmosfär av väte eller annat reduktionsmedel omvandla en betydande del av oxiderna till ren metall. Djupet för sådan rengöring beror på föroreningarnas förmåga att diffundera från volymen till ytan, och bestäms därför av värmebehandlingens varaktighet och temperatur.

Isolering av sekundära faser. En viktig effekt ligger till grund för de flesta värmebehandlingsmetoder för legeringar. Det är kopplat till det faktum att lösligheten i legeringskomponenternas fasta tillstånd beror på temperaturen. Till skillnad från ren metall, där alla atomer är desamma, i en tvåkomponent, till exempel en fast lösning, finns det atomer av två olika typer, slumpmässigt fördelade över kristallgitterets platser. Om du ökar antalet atomer av det andra slaget kan du nå ett tillstånd där de inte helt enkelt kan ersätta atomerna av det första slaget. Om mängden av den andra komponenten överskrider denna löslighetsgräns i fast tillstånd visas inneslutningar av den andra fasen i legeringens jämviktsstruktur, som skiljer sig i sammansättning och struktur från de ursprungliga kornen och är vanligtvis spridda mellan dem i formen av separata partiklar. Sådana andra faspartiklar kan ha en djupgående effekt på materialets fysikaliska egenskaper, vilket beror på deras storlek, form och fördelning. Dessa faktorer kan ändras genom värmebehandling (värmebehandling).

Värmebehandling är processen för bearbetning av metall- och legeringsprodukter med hjälp av termisk verkan för att ändra deras struktur och egenskaper i en given riktning. Denna effekt kan också kombineras med kemikalier, deformationer, magnetiska etc.

Historisk information om värmebehandling.
Människan har använt värmebehandling av metaller sedan antiken. Även under den eolitiska tiden, med kall smide av infödt guld och koppar, stod den primitiva mannen inför fenomenet härdning av arbetet, vilket gjorde det svårt att tillverka produkter med tunna blad och vassa spetsar, och för att återställa plasticiteten var smeden tvungen att värma kallsmidd koppar i härden. Det tidigaste beviset för användningen av mjukgörande glödgning av härdad metall går tillbaka till slutet av 500 -talet f.Kr. NS. Sådan glödgning var, när det gäller tidpunkten för dess utseende, den första operationen av värmebehandling av metaller. Vid tillverkning av vapen och verktyg från järn som erhållits med hjälp av råblåst process, värmde smeden järnfärgen för het smide i en kolsmedja. Samtidigt karboniserades järnet, det vill säga cementering ägde rum, en av sorterna av kemisk-termisk behandling. Smeden svalnade en smidd produkt gjord av kolsyrat järn i vatten och upptäckte en kraftig ökning av dess hårdhet och en förbättring av andra egenskaper. Vattenkylning av förkolvat järn har använts sedan slutet av 2: a tidiga 1: a årtusendet f.Kr. NS. Homers Odyssey (8: e-7: e århundradet f.Kr.) innehåller följande rader: "Hur en smed stöter ner en glödhet yxa eller en yxa i kallt vatten och järnvissningar med ett gurgle, starkare än järn, som tempereras i eld och vatten. " På 500 -talet. före Kristus NS. Etrusker släckte speglar av högt tennbrons i vatten (troligen kommer de att förbättra briljansen under polering). Cementering av järn i kol eller organiskt material, härdning och härdning av stål användes i stor utsträckning under medeltiden vid tillverkning av knivar, svärd, filer och andra verktyg. Medeltida hantverkare, som inte visste kärnan i inre omvandlingar i metall, tillskrev ofta uppnåendet av höga egenskaper under värmebehandlingen av metaller till manifestationen av övernaturliga krafter. Fram till mitten av 1800 -talet. mänsklig kunskap om värmebehandling av metaller var en uppsättning recept som utvecklats på grundval av århundraden erfarenhet. Kraven för teknikutveckling, och först och främst för utveckling av stålkanonproduktion, ledde till omvandling av värmebehandling av metaller från konst till vetenskap. I mitten av 1800-talet, när armén strävade efter att ersätta brons- och gjutjärnskanoner med mer kraftfulla stålkanter, var problemet med att göra pistolfat med hög och garanterad styrka extremt akut. Trots det faktum att metallurgerna kände till recepten för smältning och gjutning av stål, sprängde pistolfat ofta utan någon uppenbar anledning. DKChernov vid Obukhovs stålverk i S: t Petersburg, studerade etsade tunna sektioner förberedda från pistolmuskler under ett mikroskop och observerade strukturer av frakturer vid bristningsplatsen under ett förstoringsglas, drog slutsatsen att stål är starkare, desto finare dess strukturera. År 1868 upptäckte Chernov interna strukturella transformationer i kylstål som uppstår vid vissa temperaturer. som han kallade de kritiska punkterna a och b. Om stålet upphettas till temperaturer under punkt a, kan det inte härdas, och för att få en finkornig struktur måste stålet värmas till temperaturer över punkt b. Chernovs upptäckt av de kritiska punkterna vid strukturomvandlingar i stål gjorde det möjligt att vetenskapligt välja värmebehandlingsläge för att erhålla de nödvändiga egenskaperna hos stålprodukter.

År 1906 upptäckte A. Wilm (Tyskland) åldrande efter härdning av duraluminium som han uppfann (se Åldring av metaller) det viktigaste sättet härdning av legeringar på olika sätt (aluminium, koppar, nickel, järn, etc.). På 30 -talet. 1900 -talet termomekanisk behandling av åldrande kopparlegeringar dök upp och på 50 -talet termomekanisk behandling av stål, vilket gjorde det möjligt att avsevärt öka produkternas hållfasthet. De kombinerade typerna av värmebehandling inkluderar termomagnetisk behandling, som tillåter, som ett resultat av kylning av produkter i ett magnetfält, att förbättra några av deras magnetiska egenskaper.

Resultatet av många studier av förändringar i metaller och legeringars struktur och egenskaper under termisk verkan var en harmonisk teori om värmebehandling av metaller.

Klassificeringen av typerna av värmebehandling baseras på vilken typ av strukturella förändringar i metallen som uppstår när de utsätts för värme. Värmebehandling av metaller är indelad i själva termisk behandling, som endast består av den termiska effekten på metallen, kemisk-termisk behandling, som kombinerar termiska och kemiska effekter, och termomekanisk, som kombinerar termiska effekter och plastisk deformation. Den faktiska värmebehandlingen inkluderar följande typer: glödgning av det första slaget, glödgning av det andra slaget, släckning utan polymorf transformation och med polymorf transformation, åldrande och temperering.

Nitrering - mättnad av metaldelarnas yta med kväve för att öka hårdheten, slitstyrkan, trötthetsgränsen och korrosionsbeständigheten. Stål, titan, vissa legeringar, oftast legerade stål, särskilt krom-aluminium, samt stål som innehåller vanadin och molybden, utsätts för nitrering.
Stålnitrering förekommer vid t 500 650 C i ammoniak. Över 400 C börjar dissociationen av ammoniak enligt reaktionen NH3 '3H + N. Det bildade atomiska kvävet diffunderar in i metallen och bildar kvävefaser. Vid en nitreringstemperatur under 591 C består det nitrerade skiktet av tre faser (bild): Μ Fe2N-nitrid, ³ Fe4N-nitrid, ± kvävehaltig ferrit som innehåller cirka 0,01% kväve vid rumstemperatur. Och ³-fasen, som som en resultat av långsam kylning, sönderdelas vid 591 C till en eutektoid ± + ³ 1. Hårdheten hos det nitrerade lagret ökar till HV = 1200 (motsvarande 12 H / m2) och förblir vid upprepad uppvärmning upp till 500 600 C, vilket säkerställer hög slitstyrka hos delar vid förhöjda temperaturer. Nitrerat stål är avsevärt överlägset när det gäller slitstyrka mot fallhärdade och härdade stål. Nitrering är en lång process, det tar 20-50 timmar att få ett lager med en tjocklek på 0,2 0,4 mm. nitrering, tennplätering (för konstruktionsstål) och nickelplätering (för rostfritt och värmebeständigt stål) används. Hårdheten hos nitreringsskiktet av värmebeständiga stål utförs ibland i en blandning av ammoniak och kväve.
Nitrering av titanlegeringar utförs vid 850-950 C i kväve med hög renhet (nitrering i ammoniak används inte på grund av metallens ökade sprödhet).

Under nitrering bildas ett övre tunt nitridskikt och en fast lösning av kväve i ± titan. Skiktdjupet på 30 timmar är 0,08 mm med en ythårdhet på HV = 800 850 (motsvarar 8 8,5 H / m2). Införandet av några legeringselement i legeringen (upp till 3% Al, 3 5% Zr, etc.) ökar kvävediffusionshastigheten, ökar djupet av det nitrerade skiktet och krom minskar diffusionshastigheten. Nitrering av titanlegeringar i sällsynt kväve gör det möjligt att få ett djupare lager utan en spröd nitridzon.
Nitriding används i stor utsträckning inom industrin, inklusive för delar som arbetar vid t upp till 500 600 C (cylinderfoder, vevaxlar, kugghjul, glidventilpar, delar bränsleutrustning och så vidare.).
Lit.: Minkevich A.N., Kemisk värmebehandling av metaller och legeringar, 2: a uppl., M., 1965: Gulyaev A.P. Metallovedenie, 4: e upplagan, M., 1966.

För första gången har V.P. Volodin. Det var nästan ett sekel sedan - 1923. Och 1935 började denna typ av värmebehandling användas för stålhärdning. Hårdhetens popularitet idag är svår att överskatta - den används aktivt i nästan alla grenar av maskinteknik, och HFC -installationer för härdning är också mycket efterfrågade.

För att öka hårdheten hos det härdade skiktet och öka segheten i mitten av ståldelen är det nödvändigt att använda en yta HDTV -härdning... I detta fall värms det övre lagret av delen till härdningstemperaturen och skarp kylning. Det är viktigt att egenskaperna hos delens kärna förblir oförändrade. Eftersom mitten av delen behåller sin seghet blir själva delen starkare.

Med hjälp av HFC-släckning är det möjligt att förstärka det inre lagret av den legerade delen; det används för medelkolstål (0,4-0,45% C).

Fördelar med HDTV -härdning:

Med induktionsvärme ändras endast den erforderliga delen av delen, denna metod är mer ekonomisk än konventionell uppvärmning. Dessutom tar HDTV -härdning mindre tid;
Med HFC -släckning av stål är det möjligt att undvika sprickor, samt minska risken för avslag på grund av skevhet;
Under HFC -uppvärmning sker inte kolutbrändhet och skalbildning;
Vid behov är det möjligt att ändra djupet på det härdade skiktet;
Med HFC -släckning är det möjligt att förbättra stålets mekaniska egenskaper;
När du använder induktionsvärme är det möjligt att undvika uppkomsten av deformationer;
Automatiseringen och mekaniseringen av hela uppvärmningsprocessen är på en hög nivå.

HDTV -härdning har dock också nackdelar. Så vissa komplexa delar är mycket problematiska att bearbeta, och i vissa fall är induktionsvärme helt oacceptabelt.

HFC stålhärdning - sorter:

Stationär HDTV -härdning. Den används för att härda små plana delar (ytor). I detta fall bibehålls ständigt positionen för delen och värmaren.

Kontinuerlig sekventiell HDTV -härdning... När denna härdning utförs rör sig delen antingen under värmaren eller förblir på plats. I det senare fallet rör sig själva värmaren i delens riktning. Sådan HFC -härdning är lämplig för bearbetning av plana och cylindriska delar och ytor.

Tangentiell kontinuerlig sekventiell HDTV-härdning... Den används för att värma extremt små cylindriska delar som rullar en gång.

Letar du efter kvalitetshärdningsutrustning? Kontakta sedan forsknings- och produktionsbolaget "Ambit". Vi garanterar att varje HDTV-härdningsenhet vi producerar är pålitlig och högteknologisk.

Induktionsuppvärmning av olika skär innan hårdlödning, släckning,
induktionsvärmeenhet IHM 15-8-50

Induktionslödning, härdning (reparation) av cirkelsågblad,
induktionsvärmeenhet IHM 15-8-50

Induktionsuppvärmning av olika skär innan hårdlödning, släckning

Elementens styrka är särskilt kritisk stålkonstruktioner beror till stor del på nodernas tillstånd. Delarnas yta spelar en viktig roll. För att ge den erforderliga hårdheten, hållbarheten eller segheten utförs värmebehandlingsoperationer. Delarnas yta härdas med olika metoder. En av dem härdar med högfrekventa strömmar, det vill säga högfrekvent ström. Det är ett av de vanligaste och högst produktiva sätten under produktionen av olika strukturelement med hög volym.

Sådan värmebehandling appliceras både på hela delarna och på deras enskilda områden. I detta fall är målet att uppnå vissa styrkor och därmed öka livslängden och prestandan.

Tekniken används för att stärka noderna för teknisk utrustning och transport, samt vid härdning av olika verktyg.

Kärnan i teknik

HFC -härdning är en förbättring av hållfasthetskarakteristiken hos en del på grund av förmågan hos en elektrisk ström (med variabel amplitud) att tränga in i delens yta och utsätta den för uppvärmning. Penetreringsdjupet på grund av magnetfältet kan vara annorlunda. Samtidigt med ytuppvärmning och härdning får aggregatets kärna kanske inte värmas alls eller bara öka dess temperatur något. Ytskiktet på arbetsstycket bildar den önskade tjockleken, tillräcklig för passage av elektrisk ström. Detta lager representerar penetrationsdjupet för den elektriska strömmen.

Experiment har bevisat det en ökning av strömens frekvens bidrar till en minskning av penetrationsdjupet... Detta faktum öppnar möjligheter för reglering och erhållande av delar med ett minimalt härdat lager.

Värmebehandling av HDTV utförs i speciella installationer - generatorer, multiplikatorer, frekvensomformare, som möjliggör justering i det önskade intervallet. Förutom frekvensegenskaper påverkas den slutliga härdningen av delens dimensioner och form, tillverkningsmaterialet och induktorn som används.

Följande regelbundenhet avslöjades också - ju mindre produkten och ju enklare dess form, desto bättre går härdningsprocessen. Detta minskar också installationens totala strömförbrukning.

Kopparinduktor. Det finns ofta ytterligare hål på den inre ytan för vattentillförsel under kylning. I detta fall åtföljs processen av primärvärme och efterföljande kylning utan strömförsörjning. Induktorernas konfigurationer är olika. Den valda enheten är direkt beroende av arbetsstycket som bearbetas. Vissa enheter saknar hål. I en sådan situation kyls delen i en speciell släckningstank.

Huvudkravet för HFC -härdningsprocessen är att upprätthålla ett konstant gap mellan induktorn och produkten. Medan det angivna intervallet bibehålls blir härdningskvaliteten högst.

Förstärkning kan göras på ett av sätten:

Kontinuerlig sekventiell: delen är stationär och induktorn rör sig längs sin axel.
Samtidigt: produkten rör sig och induktorn är tvärtom.
Sekventiell: de olika delarna bearbetas i sekvens.

Funktioner för induktionsinstallationen

HFC-härdningsenheten är en högfrekvent generator tillsammans med en induktor. Arbetsstycket som ska bearbetas finns både i induktorn själv och bredvid den. Det är en spole på vilken ett kopparrör är lindat.

En växelström, när den passerar genom en induktor, skapar ett elektromagnetiskt fält som tränger igenom arbetsstycket. Det provocerar utvecklingen av virvelströmmar (Foucault -strömmar), som passerar in i delens struktur och ökar dess temperatur.

Huvuddragen i tekniken- penetration av virvelström i metallens ytstruktur.

Att öka frekvensen öppnar möjligheter för att koncentrera värme i ett litet område av delen. Detta ökar temperaturhöjningen och kan nå upp till 100 - 200 grader / sek. Hårdhetsgraden ökar till 4 enheter, vilket utesluts vid bulkhärdning.

Induktionsvärme - egenskaper

Graden av induktionsvärme beror på tre parametrar - specifik effekt, uppvärmningstid, frekvens av elektrisk ström. Effekt bestämmer hur lång tid det tar att värma upp delen. Följaktligen spenderas mindre tid med ett större värde.

Uppvärmningstiden kännetecknas av den totala mängden förbrukad värme och den utvecklade temperaturen. Frekvens, som nämnts ovan, bestämmer penetrationsdjupet för strömmar och det bildade härdbara skiktet. Dessa egenskaper är omvänt besläktade. När frekvensen ökar minskar bulkdensiteten för den uppvärmda metallen.

Det är dessa 3 parametrar som gör det möjligt att inom ett brett område justera lagrets hårdhet och djup samt värmevolymen.

Övning visar att egenskaperna hos generatoruppsättningen (spänning, effekt och strömvärden) styrs, liksom uppvärmningstiden. Uppvärmningsgraden för delen kan övervakas med hjälp av en pyrometer. I allmänhet krävs emellertid inte kontinuerlig temperaturkontroll eftersom det finns optimala uppvärmningslägen för HDTV som säkerställer stabil kvalitet. Lämpligt läge väljs med hänsyn till de ändrade elektriska egenskaperna.

Efter släckning skickas produkten till laboratoriet för forskning. Det distribuerade härdade skiktets hårdhet, struktur, djup och plan studeras.

HFC ythärdning åtföljs av stor uppvärmning jämfört med den konventionella processen. Detta förklaras enligt följande. Först och främst tenderar den höga temperaturhöjningen att öka de kritiska punkterna. För det andra är det nödvändigt i kortsiktigt för att säkerställa slutförandet av omvandlingen av pearlite till austenit.

Högfrekvent härdning, jämfört med den konventionella processen, åtföljs av högre uppvärmning. Metallen överhettas dock inte. Detta förklaras av det faktum att de granulära elementen i stålkonstruktionen inte hinner växa på minsta tid. Dessutom har volymetrisk härdning en styrka lägre än 2-3 enheter. Efter HFC -härdning har delen högre slitstyrka och hårdhet.

Hur väljs temperaturen?

Överensstämmelse med tekniken måste åtföljas av rätt val av temperaturintervall. I huvudsak beror allt på metallen som bearbetas.

Stål klassificeras i flera typer:

Hypoeutektoid - kolhalt upp till 0,8%;
Hypereutektoid - mer än 0,8%.

Hypereutektoidstål upphettas till ett något högre värde än nödvändigt för att omvandla pearlit och ferrit till austenit. Sträcker sig från 800 till 850 grader. Sedan delen med hög hastighet svalnade. Efter abrupt kylning omvandlas austenit till martensit, som har hög hårdhet och styrka. Med en kort exponeringstid erhålls austenit med en finkornig struktur samt finkornig martensit. Stålet får hög hårdhet och låg sprödhet.

Hypereutektoidstål värms upp mindre. Räckvidd är 750 till 800 grader. I detta fall utförs ofullständig härdning. Detta förklaras av det faktum att en sådan temperatur gör det möjligt att bibehålla en viss volym cementit i strukturen, som har en högre hårdhet jämfört med martensit. Vid snabb kylning omvandlas austenit till martensit. Cementit bevaras av små inneslutningar. Zonen behåller också oupplöst kol, som har förvandlats till fast hårdmetall.

Tekniska fördelar

Kontrolllägen;
Byte av legerat stål mot kolstål;
Enhetlig process för uppvärmning av produkten;
Möjligheten att inte värma upp hela delen helt. Minskad energiförbrukning;
Hög erhållen hållfasthet hos det bearbetade arbetsstycket;
Oxidationsprocessen sker inte, kol bränns inte;
Inga mikrosprickor;
Det finns inga snedställda punkter;
Uppvärmning och härdning av vissa produktområden;
Minska den tid som läggs ner på proceduren;
Implementering vid tillverkning av delar till HFC -installationer i tekniska linjer.

nackdelar

Den största nackdelen med denna teknik är de betydande kostnaderna för installationen. Det är av den anledningen att tillämpningsförmågan är motiverad endast i storskalig produktion och utesluter möjligheten att utföra arbete med egna händer hemma.

Läs mer om hur installationen fungerar och hur den fungerar i de presenterade videorna.