У цій статті мова піде про індукційної загартуванню - одному з видів термічної обробки металів, що забезпечує можливість протікання фазових перетворень, тобто перетворення перліту в аустеніт. Сталеві деталі, завдяки індукційному гартуванню, набувають більш високі механічні властивості, бо якість стали значно підвищується внаслідок такої обробки.
Отже, для термічної обробки металів, з метою їх поверхневого гарту, застосовують індукційний нагрів. Технологія дозволяє вибрати різну глибину загартованого шару, до того ж процес легко автоматизується, а тому цей метод відноситься до прогресивних. Можлива гарт деталей різної форми.
Поверхнева індукційна гарт буває двох видів: поверхнева і об'ємно-поверхнева.
Поверхневе загартування при поверхневому нагріванні призводить до прогріванню деталі до температури гарту на глибину загартованого шару, а серцевина залишається незайманою. Час нагріву становить від 1,5 до 20 секунд, швидкість нагріву - від 30 до 300 ° С за секунду.
Об'ємно-поверхневого гарту піддають тяжелонагнуженние осі, шестерні, хрестовини і т. П. Головна відмінність індукційного нагріву від інших способів нагріву - виділення тепла безпосередньо всередині обсягу деталі.
Принципово процес відбувається наступним чином. В індуктор, який харчується змінним струмом, поміщають гартувати деталь. Змінне магнітне поле наводить ЕРС в поверхневому шарі деталі, виникають вихрові струми, що нагрівають деталь. Ті ділянки, на які діє змінне магнітне поле, нагріваються до високої температури.
Швидкість нагріву висока, і є можливість для місцевого нагріву. Щільність струму більше у поверхні деталі внаслідок поверхневого ефекту, тому можливий нагрів лише на необхідну глибину. Серцевина нагрівається незначно. 87% потужності, що передається вихровими струмами деталі, доводиться на глибину проникнення.
Так як при різній температурі металу глибина проникнення струму різна, процес протікає в кілька стадій. В першу чергу швидко прогрівається поверхневий шар холодного металу, потім нагрівається шар глибше, причому перший шар далі не нагрівається так швидко, потім прогрівається третій шар.
В процесі нагрівання кожного з шарів, швидкість прогрівання кожного шару знижується з втратою відповідним шаром магнітних властивостей. Тобто тепло поширюється в зв'язку зі зміною магнітних властивостей металу від шару до шару. Це активний нагрівання струмом, він триває буквально секунди.
Індукційний нагрів, за розподілом температури в перетині деталі, відрізняється від нагрівання шляхом теплопровідності. В межах нагрітого шару температура значно вище, ніж в центрі, маєте місце крутий перепад, оскільки в центральній частині деталі магнітні властивості ще не губляться в той час, як зовні активний струм вже перегрів метал. Варіюючи частоту струму і тривалість нагрівання, домагаються прогріву деталі на необхідну глибину.
Конструкція індуктора, як правило, визначає якість гарту деталі. Індуктор виготовляється з мідних трубок, по яких пропускається вода з метою його охолодження. Між індуктором і деталлю витримується певну відстань, що вимірюється одиницями міліметрів, і однакове з усіх боків.
Загартування здійснюють різними шляхами, в залежності від форми і розмірів деталі, а також від вимог до загартування. Невеликі деталі спочатку нагрівають, потім охолоджують. При душовому охолодженні, через отвори в індукторі подається гартівна середу, наприклад вода. Якщо деталь довга, то індуктор переміщається в процесі загартування уздовж неї, а вода подається через душові отвори слідом за його рухом. Це безперервно-послідовний спосіб гарту.
При безперервно-послідовної загартування індуктор рухається зі швидкістю від 3 до 30 мм в секунду, і ділянки деталі потрапляють по черзі в його магнітне поле. В результаті деталь послідовно, ділянка за ділянкою, нагрівається і охолоджується. Так можна загартувати і окремі частини деталі, якщо буде потрібно, наприклад шийки коленвала або зубці великого зубчастого колеса. Засоби автоматизації дозволяють виставити деталь рівно і переміщати індуктор з високою точністю.
Залежно від марки стали і режиму її попередньої обробки, властивості після гарту виходять різними. Режими індукційного нагріву, охолодження і низького відпустки також впливають на результати.
На відміну від звичайної гарту, індукційна гарт робить сталь більш твердою 1-2 HRC, міцної, менше знижується в'язкість, підвищується межа витривалості. Це пов'язано з подрібненням аустенітних зерен.
Висока швидкість нагріву призводить до зростання центрів перлито-аустенітного перетворення. Початкове зерно аустеніту виходить дрібним, зростання не відбувається через високу швидкість нагріву і відсутності витримки.
В результаті розподілу залишкових напружень підвищується межа витривалості. Залишкові напруги стиснення присутні в загартованому шарі, а напруги розтягу - за його межами. Втомні руйнування пов'язані з розтягують напруженнями. Напруження стиску будуть послаблювати руйнівні розтягують під дією зовнішніх сил при роботі деталі. Ось чому в результаті індукційного загартування підвищується межа витривалості.
Визначальне значення при індукційному гартуванню мають: швидкість нагріву, швидкість охолодження, режим низькотемпературного відпустки.