Endurecimiento por inducción: aplicación, proceso físico, tipos y métodos de endurecimiento

Este artículo se centrará en el endurecimiento por inducción, uno de los tipos de tratamiento térmico de metales que brinda la posibilidad de transformaciones de fase, es decir, la transformación de perlita en austenita. Las piezas de acero, debido al temple por inducción, adquieren mayores propiedades mecánicas, ya que la calidad del acero aumenta significativamente como resultado de dicho tratamiento.

Entonces, para el tratamiento térmico de metales, con el fin de endurecer su superficie, utilizan calentamiento por inducción... La tecnología permite elegir diferentes profundidades de la capa endurecida, además, el proceso se automatiza fácilmente, por lo que este método se considera progresivo. Es posible solidificar piezas con diferentes formas.

El endurecimiento por inducción superficial es de dos tipos: superficial y superficial.

Endurecimiento superficial con calentamiento superficial, esto da como resultado que la pieza de trabajo se caliente a la temperatura de endurecimiento hasta la profundidad de la capa endurecida, mientras que el núcleo permanece intacto. El tiempo de calentamiento es de 1,5 a 20 segundos, la velocidad de calentamiento es de 30 a 300 °C por segundo.

El endurecimiento volumétrico de la superficie se caracteriza por el calentamiento de una capa más grande que una capa con estructura martensítica, esto es un calentamiento profundo. El acero se recoce a una profundidad menor que el espesor de la capa calentada, que está determinada por el endurecimiento del acero.

En zonas profundas más profundas que la estructura martensítica, que se calientan a la temperatura de solidificación, se forman zonas solidificadas con la estructura de sorbitol solidificado o troostita. El tiempo de curado aumenta a 20-100 segundos, la velocidad de calentamiento disminuye a 2-10 °C por segundo en comparación con el curado superficial.

Los ejes, engranajes, cruces, etc. de servicio pesado se someten a un endurecimiento superficial volumétrico. La principal diferencia entre el calentamiento por inducción y otros métodos de calentamiento es la liberación de calor directamente en el volumen de la pieza de trabajo.

Básicamente el proceso es el siguiente. La parte endurecida se coloca en el inductor, que se alimenta con corriente alterna. Un campo magnético variable induce un EMF Las corrientes de Foucault se producen en la capa superficial de la pieza de trabajo, calentando la pieza de trabajo. Estas áreas, que se ven afectadas por un campo magnético alterno, se calientan a altas temperaturas.

La velocidad de calentamiento es alta y existe la opción de calefacción local. La densidad de corriente es mayor en la superficie de la pieza de trabajo debido al efecto de superficie, por lo que el calentamiento solo es posible hasta la profundidad requerida. El núcleo se calienta ligeramente.El 87% de la potencia transmitida por las corrientes de Foucault de la pieza de trabajo se encuentra en la profundidad de penetración.

Dado que la profundidad de penetración de la corriente es diferente a diferentes temperaturas del metal, el proceso se lleva a cabo en varias etapas. En primer lugar, la capa superficial del metal frío se calienta rápidamente, luego la capa se calienta más profundamente y la primera capa no se calienta tan rápido más, luego se calienta la tercera capa.

En el proceso de calentamiento de cada una de las capas, la tasa de calentamiento de cada capa disminuye con la pérdida de propiedades magnéticas de la capa correspondiente. Es decir, el calor se propaga debido a cambios en las propiedades magnéticas del metal de una capa a otra. Este es un calentamiento activo por corriente, dura literalmente segundos.

El calentamiento por inducción, dependiendo de la distribución de temperatura en la sección de la pieza, difiere del calentamiento por conducción térmica.En la capa calentada, la temperatura es significativamente más alta que en el centro, hay una fuerte caída, porque en la parte central de la parte, las propiedades magnéticas aún no se pierden hasta que la corriente activa exterior ya ha sobrecalentado el metal. Al cambiar la frecuencia de la corriente y la duración del calentamiento, la pieza de trabajo se calienta a la profundidad requerida.

El diseño del inductor suele determinar la calidad de solidificación de la pieza. El inductor está hecho de tubos de cobre a través de los cuales se hace pasar agua para enfriarlo. Se mantiene una cierta distancia, medida en unidades de milímetros, entre el inductor y la pieza, y la misma en todos los lados.

El enfriamiento se realiza de varias formas, según la forma y el tamaño de la pieza, así como los requisitos de enfriamiento. Las piezas pequeñas primero se calientan y luego se enfrían.En el enfriamiento por ducha, un medio de enfriamiento, como el agua, se alimenta a través de orificios en el inductor. Si la pieza es larga, el inductor se mueve a lo largo de ella durante el enfriamiento y el agua se alimenta a través de los orificios de ducha después de su movimiento. Es un método de curado secuencial continuo.

En el curado secuencial continuo, el inductor se mueve a una velocidad de 3 a 30 mm por segundo y porciones de la pieza caen sucesivamente en su campo magnético. Como resultado, la pieza se calienta y se enfría sucesivamente, sección por sección. De esta manera, las partes individuales de la pieza de trabajo también se pueden templar si es necesario, por ejemplo, los muñones del cigüeñal o los dientes de una rueda dentada grande. Las herramientas de automatización le permiten alinear la pieza de manera uniforme y mover el inductor con alta precisión.

Dependiendo de la marca de acero y el método de pretratamiento, las propiedades después del endurecimiento son diferentes. Los modos de calentamiento por inducción, enfriamiento y templado bajo también afectan los resultados.

A diferencia del endurecimiento convencional, el endurecimiento por inducción hace que el acero sea 1-2 HRC más duro, más fuerte, reduce menos la tenacidad y aumenta el límite de resistencia. Esto se debe a la molienda de los granos de austenita.

Una alta velocidad de calentamiento conduce a un aumento de los centros de transformación perlita-austenita. El grano de austenita inicial resulta ser pequeño, no se produce crecimiento debido a la alta velocidad de calentamiento y la falta de exposición.

Los cristales de martensita son más pequeños. El grano austenítico es de 12-15 puntos. Cuando se utilizan aceros con poca tendencia a desarrollar granos austeníticos, se obtiene un grano fino.Como resultado de una mejor calidad se obtienen piezas con una estructura inicial ligeramente dispersa.

Como resultado de la distribución de tensiones residuales, el límite de fatiga aumenta. Las tensiones de compresión residuales están presentes en la capa endurecida, mientras que las tensiones de tracción están presentes fuera de ella. Las fallas por fatiga están relacionadas con los esfuerzos de tracción. Los esfuerzos de compresión debilitarán las fuerzas destructivas de tracción bajo la acción de fuerzas externas durante la operación de la pieza. Esta es la razón por la cual el límite de fatiga aumenta como resultado del endurecimiento por inducción.

La importancia decisiva en el endurecimiento por inducción son: velocidad de calentamiento, velocidad de enfriamiento, modo de endurecimiento a bajas temperaturas.