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2000年以来の誘導加熱

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高周波焼入れによる同時表面加熱の実現方法は?

高周波焼入れ誘導加熱にはXNUMXつの方法があります。XNUMXつ目は同時加熱と焼入れです。つまり、焼入れが必要なワークピースの表面が同時に加熱され、その後急激に冷却されます。 XNUMX つ目は連続焼入れです。つまり、ワークピースを上から下に移動させながら、ワークピースの表面の小さな部分を誘導加熱することにより、表面が連続的に加熱および冷却されます。

多品種少量部品の生産では、異なる材料は異なる焼入れ媒体を使用する必要がある場合があるため、同時加熱の焼入れ方法が主に採用されます。 焼入れ表面積が大きい部品が、設備の電力やその他の要因によって制限される場合は、焼入れのために連続加熱が考慮されます。

1. マルテンサイト系ステンレス鋼ワークの内孔の高周波表面焼入れ

(1) 処理の難しさ

マルテンサイト系ステンレス鋼ワークピースの内孔の高周波表面焼入れは、同時加熱の方法を採用しています。処理の難しさは、ステンレス鋼材料と内孔表面の焼入れにあります。

高周波誘導加熱の過程で、温度が材料の減磁点(鉄鋼の減磁点の温度は一般的に700〜800℃です)を超えると、材料の電磁誘導能力が低下し、加熱速度が数倍低下します。それ以上の加熱を困難にします。 ステンレス鋼の熱処理温度は高く、1000℃を超えており、材料の焼入れ温度まで加熱することはより困難です。 一方、熱処理温度が高く、材料の融点に近いため、磁点損失以上の加熱速度は低下しますが、それでも従来の熱処理よりも加熱速度が速く、制御しないと、表面が過熱して部品が溶ける危険性があります。

環状効果は、誘導加熱の XNUMX つの主要な効果の XNUMX つであり、穴内加熱が困難な理由でもあります。 ワークが誘導コイルによって加熱されると、誘導コイルを流れる電流は誘導コイルの内面に集中します。 ワークピースの外面を加熱する場合、誘導コイルの内面は、ワークピースの加熱を助長するワークピースの外面に対して相対的である必要がありますが、ワークピースの内側の穴の表面を加熱する場合は、方向は正反対であり、インダクタの電気効率を大幅に低下させ、ワークピースの加熱を助長しません。 また、内穴高周波焼入れを行う場合、加熱面がワークの内側にあるため、オペレーターが外側から直接観察することは容易ではなく、操作の難易度がある程度高くなります。

一部の製品の球面軸受には sf28mm の球面焼入れが必要で、材料はマルテンサイト ステンレス鋼 20Cr13 で、焼入れ硬度は 35 ~ 45HRC が必要です。これにより、必然的にセンサーとワークピースの加熱面との間のギャップが増加し、電気効率がさらに低下します。 ワークピースの加熱に対する環状効果の悪影響を克服するために、インダクタに磁気伝導性を設定して磁場の分布を変更し、電気の流れの方向を加熱するワークピースの表面分布に近づけます。 、加熱効果を向上させる。 ただし、ワークの内穴が小さいため、センサーとワークの隙間距離とセンサー自体のサイズが取り除かれます。 センサーの内径が13mm以下のため、磁気伝導体を搭載することはできません。 ワークピースの高周波焼入れは、プロセスパラメータを最適化し、ヒーリングプロセスを改善して装置の能力を最大化することによってのみ行うことができます。

(2) 焼入れ工程スキーム

クエンチ プロセス スキームには、加熱時間、クエンチ温度、およびクエンチ媒体が含まれます。

高周波焼入れは瞬間加熱で、数秒で焼入れ温度に達すると思っている方も多いと思います。 この理解は一般的な状況を反映していますが、包括的ではありません。 場合によっては、加熱速度が遅くなり、一部の特殊なケースでは、電圧出力を下げたり、その他の方法で部品の加熱速度を遅くしたりすることで、特殊なワークピースや特殊な技術要件のニーズを満たすことができます。 ワークピースの場合、多くの不利な要因が存在するため、急速加熱は現実的ではありません。視覚的な温度変化の必要性を考慮し、過熱または表面溶融現象を防止して、焼入れ品質を確保するために、より遅い加熱に基づいている必要があります。レート。 加熱速度が遅すぎると、表面焼入れの利点が失われ、熱伝導により硬化層が大きくなりすぎます。 実際には、ワークピースの加熱時間を 2.5 ~ 3 分以内に制御する方が適切であることが示されています。

ワークピースの焼入れ温度は、鋼の種類、元の構造、および相変化ゾーンでの加熱速度に応じて決定する必要があります。 鋼の種類と元の構造の特定の条件下では、焼入れ温度は主に加熱速度によって決まります。 加熱速度が速いほど、高い焼入れ温度が必要になります。 高周波焼入れの加熱速度は従来の熱処理よりもはるかに速いため、高周波焼入れ温度は一般的に従来の熱処理よりも高くなります。 さまざまな理由により、球面軸受を加熱することには多くの困難があり、焼入れ温度は高すぎてはなりません。 急冷温度が高いほど達成が難しくなり、これも遅い加熱速度を選択する理由のXNUMXつです。 遅い加熱速度が選択されていますが、それでも速い加熱です。 遅い加熱速度を考慮すると、オーステナイト化時間は速い加熱時間よりも長くなります。 多くの要因を総合的に分析した結果、焼入れ温度は従来の熱処理と同等か、それよりもわずかに高くする必要があります。

マルテンサイト系ステンレス鋼は焼入れ性に優れ、ワークサイズはそれほど大きくなく、空冷で完全に焼入れできます。 球面軸受の有効厚さは10mm未満で、表面は焼き入れされています。 理論的には、空冷焼入れを選択する必要があります。 同時に、ワークの焼入れ効果を確保し、硬度要件を満たすために、低い焼入れ温度を選択するという特別な状況を考慮すると、空冷焼入れには必然的に特定の不確実な要因があるため、冷却速度が速い冷却媒体を使用して、冷却温度が低いという欠点を補います。 油の冷却速度は明らかに空冷よりも優れており、あらゆる種類の焼入れ媒体の中で一種の遅いものです。 ワークが焼入れ温度に加熱された直後にオイルを浸漬することにより、焼入れ効果が得られます。 冷却速度が遅いため、亀裂やその他の欠陥がなく、技術的要件を安定して効果的に満たすことができます。

(3) 実際の効果

上記のスキームに従って球面軸受を焼入れした後、球面硬度は45HRCを超えています。 480°Cで焼戻しした後、硬度はまだ40HRCを超えており、各ワークピースとワークピースのさまざまな部分の硬度分布は均一で安定しており、ワークピースが焼入れ要件を完全に満たしていることを示しています。 ワークの焼入れに成功したことで、加熱しにくいステンレス鋼ワークや内穴の表面焼入れの参考になります。

2. 大型部品の深部焼入れ層の高周波表面焼入れ

(1) 処理の難しさ

このワークの高周波焼入れも同時加熱方式を採用しています。 機械加工の難しさは、機器の電力と電流周波数の制限にあります。

高周波焼入れは短時間急速加熱であり、非常に短時間で非常に高い温度まで加熱する必要があり、基礎として十分な火力が必要です。 ワークピースを加熱する必要がある表面が大きいほど、必要な電力が大きくなります。 加熱面がある程度以上になると、設備電力の制限から同時加熱が難しくなります。

ワークが誘導加熱される場合、電流浸透深さは電流周波数によって決まります。 この原理により、現在の周波数が硬化層の深さを決定する主な要因になります。 高周波焼入れ装置の現在の周波数は一般的に固定されており、高周波装置の現在の周波数は200〜300kHzであり、対応する熱浸透深さは0.9〜1.1mmであり、硬化層の深さのさらなる深化を制限します。

製品の牽引ピンは製品の重要な部分であり、材料は 40Cr 合金構造用鋼です。 F 89mmの外円周面は高周波焼入れが必要で、焼入れ硬度は50~60HRC、硬化層深さは2.5~4.5mmが必要です。 ワークの焼入れ面が大きく、加熱に大きな電力が必要です。 また、加熱への影響が大きい問題は、焼入れ部分がワークの溝部分であり、インダクタの製作も大きな難点です。 従来の方法、つまりセンサーの内径が焼入れ面の直径よりもわずかに大きい方法によるセンサーの製造など、センサーを現場で製造する必要があり、非常に面倒であり、ワークの焼入れはセンサーをワークの各ワーク表面に損傷させる必要があります。高周波クエンチングはセンサーを対応させる必要があり、各センサーエラーの生成もあります。 インダクタの内径が隣接するセクションの直径よりも大きい場合、つまり 111mm を超える場合、インダクタとクエンチング部分の間の距離が 11mm 増加し、誘導加熱効率が大幅に低下します。 硬化層で言えば、2.5~4.5mmの深さ範囲は、通常の熱浸透深さの2.5~4.5倍です。 硬化層の深さを改善するために、熱伝導の原理を適切に使用することができます。つまり、表面から中心への熱伝導特性を使用して、加熱層の厚さを増やすことができます。 しかし、熱伝導のみに頼る方法では、表面と内部で大きな温度差が必要です。 硬化層の必要な深さが焼入れ温度に達すると、表面温度がすでに高すぎて、表面組織の過熱、過燃焼、およびその他の欠陥が発生します。

(2) 焼入れ工程スキーム

ワークの焼入れを終了させるために、特殊なインダクターを作り、工程管理を強化し、間欠加熱方式を採用。

多くの特徴は、牽引ピンの製造方法と組み合わせて、従来のセンサーを変更してセンサーの半円を作り、上記の問題の高周波焼入れ用の従来のセンサーを克服し、ワークピースはセンサーと加熱面の間の距離を可能な限り小さくすることができますからセンサーで簡単にワークの焼入れができます。 特定の操作では、ワークピースはインダクターに対して同心回転し、半円を瞬時に加熱し、すべての硬化面を全体として加熱するという特別な効果を実現します (図 3 を参照)。

先にも述べましたが、鋼材はある温度まで加熱すると磁力が失われ、加熱速度が数倍低下します。 実際の加熱過程では、磁気損失点を超える薄層が表面にある場合、薄層に隣接する内部接合部の渦電流強度が急激に上昇し、加熱速度が最も速い部分になります。高温面の昇温速度が低下し、接合部の温度が加速して内側に移動する現象。 この現象は硬化層の深さを増すのに有益ですが、高温領域の表面加熱速度は境界内の部品よりもはるかに速く、表面の過熱、過燃焼傾向は依然として非常に深刻です。 このとき、電圧や加熱速度などの最適な構成を見極め、加熱工程を厳密に管理し、可能な限り品質を確保して硬化層を深くする必要があります。

牽引ピンは、硬化層の深さが大きくなければならず、単純なパラメータ制御では技術的要件を完全に満たすにはまだ不十分であるため、他の技術を採用する必要があります。 断続的な加熱、つまり、焼入れ温度に達していない場合、一時的に加熱を停止し、ワークピースの表面の熱伝導がより内側になり、再び加熱を開始します。 これは、熱伝導時間を増やし、表面を内部温度勾配に減らし、数回繰り返すことに相当します。表面温度が高すぎず、過熱、過燃焼を引き起こすことはありません。 表面から2.5~4.5mm以内でより均一な焼入れ温度を実現。

(3) 実際の効果

センサー設計の改善、プロセスパラメーターの最適化、断続的な加熱などの対策を講じた後、高周波焼入れ後の牽引ピン表面の硬度は約55HRCに安定し、硬化層の深さは3mmを超え、中間周波数焼入れに適した硬化層の深さの要件を満たすための高周波焼入れの使用。 インダクターの改良により、ワークをXNUMX枚ずつ連続して焼入れすることができ、作業効率が大幅に向上します。

3. 注意事項

処理品質を確保するために、次の事項に注意する必要があります。

(1) 機器のメンテナンスは非常に重要です。 高周波インダクタとワークピースの間の距離は、その電力損失を減らし、同時加熱の電力需要を最大限に確保するために、できるだけ小さくする必要があります。

(2) インダクタの最も一般的な形は、赤い銅管を曲げてらせん状にすることです。 このようなインダクタを設計および作成するときは、できるだけ直径の大きい赤い銅管を使用し、誘導リアクタンスを減らして加熱効率を確保するために巻き数を減らす必要があります。

4。 結論

高周波誘導加熱焼入れは複雑な工程で、熱処理の中でも特殊熱処理の部類に入りますが、同時加熱の実現はより困難です。 特定の操作では、機器の電力、動作周波数、センサーと熱処理パラメーター、組織の変換、冷却方法などの焼入れ媒体と材料要因を考慮して、これらの要因の最適な適合を達成し、機器の可能性を可能な限り最大化する必要があります。多品種、小ロットワークの焼入れニーズを同時に満たします。

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