Calefacció d'alta velocitat per sistema de calefacció per inducció

Un dels últims desenvolupaments destacats en el camp del tractament tèrmic ha estat l'aplicació de escalfament per inducció a l'enduriment superficial localitzat. Els avenços contingents amb l'aplicació del corrent d'alta freqüència han estat fenomenals. Començant fa relativament poc temps com un mètode molt buscat per endurir les superfícies dels coixinets dels cigonyals (uns quants milions d'aquests s'utilitzen establint rècords de servei de sempre), avui troba aquest mètode d'enduriment de superfícies molt selectiu que produeix àrees endurides en una multiplicitat de parts. No obstant això, malgrat la seva amplitud d'aplicació actual, l'enduriment per inducció encara està en la seva etapa infantil. La seva probable utilització per al tractament tèrmic i l'enduriment de metalls, l'escalfament per a la forja o la soldadura, o la soldadura de metalls similars i diferents, és impredictible.

Indució d'enduriment resulta en la producció d'objectes d'acer endurit localment amb el grau de profunditat i duresa desitjats, estructura metal·lúrgica essencial del nucli, zona de demarcació i caixa endurida, amb una manca pràctica de distorsió i sense formació d'escala. Permet el disseny d'equips que garanteix la mecanització de tota l'operació per complir els requisits de la línia de producció. Els cicles de temps de només uns segons es mantenen mitjançant la regulació automàtica de la potència i els intervals d'escalfament i extinció de fracció de segon indispensables per a la creació de resultats de facsímil de fixacions especials exigents. L'equip d'enduriment per inducció permet a l'usuari endurir a la superfície només la part necessària de la majoria de qualsevol objecte d'acer i així mantenir la ductilitat i la resistència originals; per endurir articles de disseny complex que no es poden tractar de cap altra manera; eliminar els costosos pretractaments habituals, com ara el coure i la cementació, i les costoses operacions posteriors de redreçat i neteja; reduir el cost del material disposant d'una àmplia selecció d'acers entre els quals triar; i endurir una peça totalment mecanitzada sense necessitat d'operacions d'acabat.

Per a l'observador casual sembla que l'enduriment per inducció és possible com a resultat d'alguna transformació d'energia que es produeix dins d'una regió inductiva de coure. El coure transporta un corrent elèctric d'alta freqüència i, en un interval d'uns pocs segons, la superfície d'una peça d'acer col·locada dins d'aquesta regió energitzada s'escalfa fins al seu rang crític i s'apaga fins a una duresa òptima. Per al fabricant d'equips per a aquest mètode d'enduriment significa l'aplicació dels fenòmens d'histèresi, corrents de Foucault i efecte pell a la producció eficaç d'enduriment superficial localitzat.

L'escalfament s'aconsegueix mitjançant l'ús de corrents d'alta freqüència. En l'actualitat s'estan utilitzant àmpliament freqüències escollides de 2,000 a 10,000 cicles i més de 100 cicles. El corrent d'aquesta naturalesa que flueix a través d'un inductor produeix un camp magnètic d'alta freqüència dins de la regió de l'inductor. Quan un material magnètic com l'acer es col·loca dins d'aquest camp, hi ha una dissipació d'energia a l'acer que produeix calor. Les molècules de l'acer intenten alinear-se amb la polaritat d'aquest camp, i amb aquest canvi milers de vegades per segon, es desenvolupa una enorme quantitat de fricció molecular interna com a resultat de la tendència natural de l'acer a resistir els canvis. D'aquesta manera l'energia elèctrica es transforma, per mitjà de la fricció, en calor.

Tanmateix, com que una altra característica inherent del corrent d'alta freqüència és concentrar-se a la superfície del seu conductor, només les capes superficials s'escalfen. Aquesta tendència, anomenada "efecte pell", és una funció de la freqüència i, en igualtat de coses, les freqüències més altes són efectives a menys profunditat. L'acció de fricció que produeix la calor s'anomena histèresi i, òbviament, depèn de les qualitats magnètiques de l'acer. Així, quan la temperatura ha passat el punt crític en què l'acer esdevé no magnètic, tot l'escalfament histerètic cessa.

Hi ha una font addicional de calor a causa dels corrents de Foucault que flueixen a l'acer com a resultat del canvi ràpid de flux al camp. Amb la resistència de l'acer augmentant amb la temperatura, la intensitat d'aquesta acció es redueix a mesura que l'acer s'escalfa, i és només una fracció del seu valor original "fred" quan s'arriba a la temperatura d'extinció adequada.

Quan la temperatura d'una barra d'acer escalfada inductivament arriba al punt crític, l'escalfament a causa dels corrents de Foucault continua a un ritme molt reduït. Com que tota l'acció té lloc a les capes superficials, només aquesta part es veu afectada. Es mantenen les propietats del nucli original, l'enduriment de la superfície s'aconsegueix mitjançant l'extinció quan s'ha aconseguit una solució completa de carbur a les zones superficials. L'aplicació continuada de potència provoca un augment de la profunditat de la duresa, ja que a mesura que cada capa d'acer arriba a la temperatura, la densitat de corrent es desplaça a la capa inferior, la qual ofereix una menor resistència. És obvi que la selecció de la freqüència adequada i el control de la potència i el temps d'escalfament permetran el compliment de les especificacions desitjades d'enduriment superficial.

Metal·lúrgia de Calefacció d'inducció

El comportament inusual de l'acer quan s'escalfa de manera inductiva i els resultats obtinguts mereixen una discussió sobre la metal·lúrgia implicada. Les taxes de solució de carbur de menys d'un segon, una duresa més alta que la produïda pel tractament del forn i un tipus nodular de martensita són punts a considerar.
que classifiquen la metal·lúrgia de l'enduriment per inducció com a "diferent". A més, la descarburació superficial i el creixement del gra no es produeixen a causa del cicle d'escalfament curt.

Calefacció d'inducció produeix una duresa que es manté al 80 per cent de la seva profunditat i, a partir d'aquí, una disminució gradual a través d'una zona de transició fins a la duresa original de l'acer tal com es troba al nucli que no s'ha vist afectada. Per tant, l'enllaç és ideal, eliminant qualsevol possibilitat d'esquinçament o control.

Es poden aconseguir una solució completa de carbur i una homogeneïtat, com demostra la duresa màxima, amb un temps d'escalfament total de 0.6 segons. D'aquest temps, només entre 0.2 i 0.3 segons està per sobre del crític inferior. És interessant assenyalar que l'equip d'enduriment per inducció funciona cada dia amb una solució de carbur completa, resultant d'un cicle d'escalfament i trempat, el temps total del qual és inferior a 0.2 segons.

La martensita nodular fina i més homogènia que resulta de l'enduriment per inducció és més evident amb els acers al carboni que amb l'acer aliat a causa de l'aspecte nodular de la majoria de la martensita d'aliatge. Aquesta estructura fina ha de tenir com a origen una austenita que és el resultat d'una difusió de carbur més completa que la que s'obté amb l'escalfament tèrmic. El desenvolupament pràcticament instantani de temperatures crítiques a tota la microestructura del ferro alfa i el carbur de ferro és particularment propici per a una ràpida solució de carbur i una distribució de components que té com a producte inevitable una austenita completament homogènia. A més, la conversió d'aquesta estructura a martensita produirà una martensita que posseeix característiques similars i una resistència corresponent al desgast o als instruments penetrants.

Escalfament d'alta velocitat per inducció

 

=