Induktionshärtender Oberflächenprozess

Verfahrensprozesse für induktionshärtende Oberflächen

Was ist Induktionshärten?

Induktionshärten ist eine Form der Wärmebehandlung, bei der ein Metallteil mit ausreichendem Kohlenstoffgehalt im Induktionsfeld erhitzt und dann schnell abgekühlt wird. Dies erhöht sowohl die Härte als auch die Sprödigkeit des Teils. Durch Induktionserwärmung können Sie lokal auf eine vorgegebene Temperatur erwärmen und den Härtungsprozess präzise steuern. Die Wiederholbarkeit des Prozesses ist somit garantiert. Üblicherweise wird die Induktionshärtung auf Metallteile angewendet, die eine hohe Oberflächenverschleißfestigkeit aufweisen müssen, während gleichzeitig ihre mechanischen Eigenschaften erhalten bleiben. Nachdem der Induktionshärtungsprozess erreicht ist, muss das Metallwerkstück in Wasser, Öl oder Luft abgeschreckt werden, um spezifische Eigenschaften der Oberflächenschicht zu erhalten.

induktionshärtender Oberflächenprozess

Induktionshärten ist eine Methode zum schnellen und selektiven Härten der Oberfläche eines Metallteils. Eine Kupferspule, die einen signifikanten Wechselstrom führt, ist in der Nähe des Teils angeordnet (berührt dieses nicht). Wärme wird an und in der Nähe der Oberfläche durch Wirbelstrom- und Hystereseverluste erzeugt. Quench, normalerweise auf Wasserbasis mit einem Zusatz wie einem Polymer, wird auf das Teil gerichtet oder es wird eingetaucht. Dies wandelt die Struktur in Martensit um, was viel schwieriger als die vorherige Struktur ist.

Eine beliebte, moderne Art von Induktionshärtungsgeräten wird als Scanner bezeichnet. Das Teil wird zwischen den Zentren gehalten, gedreht und durch eine progressive Spule geführt, die sowohl Wärme als auch Abschrecken liefert. Das Abschrecken ist unter die Spule gerichtet, so dass jeder gegebene Bereich des Teils unmittelbar nach dem Erhitzen schnell abgekühlt wird. Leistungspegel, Verweilzeit, Scan- (Vorschub-) Rate und andere Prozessvariablen werden von einem Computer präzise gesteuert.

Einsatzhärtungsprozess zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit, Oberflächenhärte und Ermüdungslebensdauer durch Bildung einer gehärteten Oberflächenschicht unter Beibehaltung einer nicht betroffenen Kernmikrostruktur.

Induktionshärten wird verwendet, um die mechanischen Eigenschaften von Eisenkomponenten in einem bestimmten Bereich zu erhöhen. Typische Anwendungen sind Antriebsstrang, Federung, Motorkomponenten und Stanzteile. Das Induktionshärten eignet sich hervorragend zur Reparatur von Garantieansprüchen / Feldausfällen. Die Hauptvorteile sind Verbesserungen der Festigkeit, Ermüdung und Verschleißfestigkeit in einem lokalisierten Bereich, ohne dass das Bauteil neu konstruiert werden muss.

Prozesse und Branchen, die vom Induktionshärten profitieren können:

  • Wärmebehandlung

  • Kettenhärtung

  • Rohr- und Rohrhärtung

  • Schiffbau

  • LUFT- UND RAUMFAHRT

  • Eisenbahn

  • AUTOMOBIL

  • Erneuerbare Energien

Vorteile der Induktionshärtung:

Bevorzugt für Komponenten, die starker Belastung ausgesetzt sind. Die Induktion verleiht eine hohe Oberflächenhärte mit einem tiefen Gehäuse, das extrem hohe Lasten aufnehmen kann. Die Dauerfestigkeit wird durch die Entwicklung eines weichen Kerns erhöht, der von einer extrem zähen Außenschicht umgeben ist. Diese Eigenschaften sind für Teile mit Torsionsbelastung und Oberflächen mit Aufprallkräften wünschenswert. Die Induktionsverarbeitung wird Teil für Teil durchgeführt, was eine sehr vorhersehbare Dimensionsbewegung von Teil zu Teil ermöglicht.

  • Präzise Kontrolle über Temperatur und Härtungstiefe

  • Kontrollierte und lokalisierte Heizung

  • Einfach in Produktionslinien zu integrieren

  • Schneller und wiederholbarer Prozess

  • Jedes Werkstück kann durch präzise optimierte Parameter gehärtet werden

  • Energieeffizienter Prozess

Stahl- und Edelstahlbauteile, die durch Induktion gehärtet werden können:

Befestigungselemente, Flansche, Zahnräder, Lager, Rohre, Innen- und Außenringe, Kurbelwellen, Nockenwellen, Joche, Antriebswellen, Abtriebswellen, Spindeln, Torsionsstäbe, Schwenkringe, Drähte, Ventile, Gesteinsbohrer usw.

Erhöhte Verschleißfestigkeit

Es besteht ein direkter Zusammenhang zwischen Härte und Verschleißfestigkeit. Die Verschleißfestigkeit eines Teils nimmt mit dem Induktionshärten erheblich zu, vorausgesetzt, der Anfangszustand des Materials wurde entweder geglüht oder in einen weicheren Zustand gebracht.

Erhöhte Festigkeit und Ermüdungslebensdauer aufgrund des weichen Kerns und der verbleibenden Druckspannung an der Oberfläche

Die Druckspannung (normalerweise als positives Attribut angesehen) ist ein Ergebnis der gehärteten Struktur in der Nähe der Oberfläche, die etwas mehr Volumen einnimmt als der Kern und die vorherige Struktur.

Teile können nachgehärtet werden Induktionshärten um die Härte nach Wunsch anzupassen

Wie bei jedem Verfahren, das eine martensitische Struktur erzeugt, verringert das Tempern die Härte, während die Sprödigkeit verringert wird.

Tiefer Fall mit zähem Kern

Die typische Gehäusetiefe beträgt 030 bis 120 Zoll, was im Durchschnitt tiefer ist als bei Prozessen wie Aufkohlen, Carbonitrieren und verschiedenen Formen des Nitrierens, die bei unterkritischen Temperaturen durchgeführt werden. Bei bestimmten Projekten wie Achsen oder Teilen, die auch nach dem Abnutzen von viel Material noch nützlich sind, kann die Gehäusetiefe bis zu ½ Zoll oder mehr betragen.

Selektiver Härtungsprozess ohne Maskierung erforderlich

Bereiche mit Nachschweißen oder Nachbearbeitung bleiben weich - nur wenige andere Wärmebehandlungsverfahren können dies erreichen.

Relativ minimale Verzerrung

Beispiel: Eine Welle mit einer Länge von 1 Zoll Ø x 40 Zoll und zwei gleichmäßig verteilten Zapfen mit einer Länge von jeweils 2 Zoll, die die Unterstützung einer Last und Verschleißfestigkeit erfordern. Das Induktionshärten wird nur auf diesen Oberflächen mit einer Gesamtlänge von 4 Zoll durchgeführt. Mit einer herkömmlichen Methode (oder wenn wir die gesamte Länge induktionsgehärtet hätten) würde es deutlich mehr Verzug geben.

Ermöglicht die Verwendung von kostengünstigen Stählen wie 1045

Der beliebteste Stahl, der für induktionsgehärtete Teile verwendet wird, ist 1045. Er ist leicht zu bearbeiten, kostengünstig und kann aufgrund eines Kohlenstoffgehalts von nominal 0.45% auf 58 HRC + induktionsgehärtet werden. Es hat auch ein relativ geringes Risiko für Risse während der Behandlung. Andere beliebte Materialien für dieses Verfahren sind 1141/1144, 4140, 4340, ETD150 und verschiedene Gusseisen.

Einschränkungen der Induktionshärtung

Benötigt eine Induktionsspule und ein Werkzeug, das sich auf die Geometrie des Teils bezieht

Da der Abstand zwischen Teil und Spule für die Heizleistung entscheidend ist, müssen Größe und Kontur der Spule sorgfältig ausgewählt werden. Während die meisten Behandler über ein Arsenal an Basisspulen verfügen, um runde Formen wie Wellen, Stifte, Rollen usw. zu erwärmen, erfordern einige Projekte möglicherweise eine kundenspezifische Spule, die manchmal Tausende von Dollar kostet. Bei Projekten mit mittlerem bis hohem Volumen kann der Vorteil reduzierter Behandlungskosten pro Teil die Spulenkosten leicht ausgleichen. In anderen Fällen können die technischen Vorteile des Prozesses die Kostenprobleme überwiegen. Andernfalls machen bei Projekten mit geringem Volumen die Spulen- und Werkzeugkosten den Prozess normalerweise unpraktisch, wenn eine neue Spule gebaut werden muss. Das Teil muss auch während der Behandlung auf irgendeine Weise unterstützt werden. Das Laufen zwischen Zentren ist eine beliebte Methode für Teile vom Wellentyp, in vielen anderen Fällen müssen jedoch kundenspezifische Werkzeuge verwendet werden.

Größere Wahrscheinlichkeit von Rissen im Vergleich zu den meisten Wärmebehandlungsprozessen

Dies ist auf das schnelle Erhitzen und Abschrecken sowie auf die Tendenz zurückzuführen, heiße Stellen an Merkmalen / Kanten wie Keilnuten, Rillen, Querlöchern und Gewinden zu erzeugen.

Verzerrung durch Induktionshärten

Aufgrund der schnellen Hitze / Abschreckung und der daraus resultierenden martensitischen Umwandlung sind die Verzerrungsgrade tendenziell größer als bei Prozessen wie Ionen- oder Gasnitrieren. Das Induktionshärten kann jedoch zu einer geringeren Verzerrung führen als die herkömmliche Wärmebehandlung, insbesondere wenn es nur auf einen ausgewählten Bereich angewendet wird.

Materialbeschränkungen beim Induktionshärten

Da der Induktionshärtungsprozess beinhaltet normalerweise keine Diffusion von Kohlenstoff oder anderen Elementen, das Material muss zusammen mit anderen Elementen genügend Kohlenstoff enthalten, um eine Härtbarkeit bereitzustellen, die die martensitische Umwandlung auf das gewünschte Härteniveau unterstützt. Dies bedeutet typischerweise, dass Kohlenstoff im Bereich von 0.40% + liegt und eine Härte von 56 bis 65 HRC erzeugt. Materialien mit niedrigerem Kohlenstoffgehalt wie 8620 können verwendet werden, was zu einer Verringerung der erreichbaren Härte führt (in diesem Fall 40-45 HRC). Stähle wie 1008, 1010, 12L14, 1117 werden aufgrund der begrenzten erreichbaren Erhöhung der Härte typischerweise nicht verwendet.

Details zum Prozess der induktionshärtenden Oberfläche

Induktionshärten ist ein Verfahren zur Oberflächenhärtung von Stahl und anderen Legierungskomponenten. Die zu wärmebehandelnden Teile werden in eine Kupferspule gegeben und dann durch Anlegen eines Wechselstroms an die Spule über ihre Umwandlungstemperatur erwärmt. Der Wechselstrom in der Spule induziert ein magnetisches Wechselfeld innerhalb des Werkstücks, wodurch sich die Außenfläche des Teils auf eine Temperatur oberhalb des Transformationsbereichs erwärmt.

Die Komponenten werden mittels eines magnetischen Wechselfeldes auf eine Temperatur innerhalb oder oberhalb des Transformationsbereichs erhitzt, gefolgt von sofortigem Abschrecken. Es ist ein elektromagnetischer Prozess unter Verwendung einer Kupferinduktivitätsspule, der ein Strom mit einer bestimmten Frequenz und Leistung zugeführt wird.