Endurecimento por indução - aplicação, processo físico, tipos e métodos de endurecimento

Este artigo terá como foco o endurecimento por indução — um dos tipos de tratamento térmico de metais que oferece a possibilidade de transformações de fase, ou seja, a transformação da perlita em austenita. As peças de aço, devido ao endurecimento por indução, adquirem propriedades mecânicas superiores, pois a qualidade do aço aumenta significativamente como resultado desse tratamento.

Assim, para o tratamento térmico de metais, com o objetivo de endurecer sua superfície, eles usam aquecimento por indução... A tecnologia permite escolher diferentes profundidades da camada endurecida, além disso, o processo é facilmente automatizado, por isso esse método é considerado progressivo. É possível solidificar peças com diferentes formas.

O endurecimento por indução de superfície é de dois tipos: superfície e superfície a granel.

Endurecimento da superfície com aquecimento da superfície, isso resulta no aquecimento da peça de trabalho até a temperatura de endurecimento até a profundidade da camada endurecida, enquanto o núcleo permanece intacto. O tempo de aquecimento é de 1,5 a 20 segundos, a velocidade de aquecimento é de 30 a 300 ° C por segundo.

O endurecimento volumétrico da superfície é caracterizado pelo aquecimento de uma camada maior que uma camada com estrutura martensítica, este é o aquecimento profundo. O aço é recozido a uma profundidade menor que a espessura da camada aquecida, que é determinada pelo endurecimento do aço.

Em zonas profundas mais profundas que a estrutura martensítica, que são aquecidas à temperatura de solidificação, formam-se zonas solidificadas com a estrutura de sorbitol solidificado ou troostita. O tempo de cura aumenta para 20-100 segundos, a taxa de aquecimento diminui para 2-10 ° C por segundo em comparação com a cura da superfície.

Eixos pesados, engrenagens, cruzetas, etc. são submetidos a endurecimento superficial volumétrico. A principal diferença entre o aquecimento por indução e outros métodos de aquecimento é a liberação de calor diretamente no volume da peça de trabalho.

Basicamente o processo é o seguinte. A parte endurecida é colocada no indutor, que é alimentado por corrente alternada. Um campo magnético variável induz um EMF correntes parasitas ocorrem na camada superficial da peça de trabalho, aquecendo a peça de trabalho. Essas áreas, afetadas por um campo magnético alternado, são aquecidas a altas temperaturas.

A velocidade de aquecimento é alta e existe a opção de aquecimento local. A densidade de corrente é maior na superfície da peça de trabalho devido ao efeito de superfície, e é por isso que o aquecimento só é possível até a profundidade necessária. O núcleo aquece ligeiramente.87% da energia transmitida pelas correntes parasitas da peça de trabalho está na profundidade de penetração.

Como a profundidade de penetração da corrente é diferente em diferentes temperaturas do metal, o processo ocorre em várias etapas. Em primeiro lugar, a camada superficial do metal frio é rapidamente aquecida, depois a camada é aquecida mais profundamente e a primeira camada não é aquecida tão rapidamente, então a terceira camada é aquecida.

No processo de aquecimento de cada uma das camadas, a taxa de aquecimento de cada camada diminui com a perda de propriedades magnéticas da camada correspondente. Ou seja, o calor se espalha devido a mudanças nas propriedades magnéticas do metal de camada para camada. Este é o aquecimento ativo por corrente, dura literalmente segundos.

O aquecimento por indução, dependendo da distribuição de temperatura na seção da peça, difere do aquecimento por condução térmica. Na camada aquecida, a temperatura é significativamente maior do que no centro, há uma queda acentuada, porque na parte central da parte, as propriedades magnéticas ainda não são perdidas até que a corrente ativa externa já tenha superaquecido o metal. Ao alterar a frequência da corrente e a duração do aquecimento, a peça de trabalho é aquecida até a profundidade necessária.

O projeto do indutor geralmente determina a qualidade de solidificação da peça. O indutor é feito de tubos de cobre através dos quais a água passa para resfriá-lo. Uma certa distância, medida em unidades de milímetros, é mantida entre o indutor e a peça, e a mesma em todos os lados.

A têmpera é feita de várias maneiras, dependendo da forma e tamanho da peça, bem como dos requisitos de têmpera. As peças pequenas são primeiro aquecidas e depois resfriadas.No resfriamento do chuveiro, um meio de resfriamento, como água, é alimentado através de orifícios no indutor. Se a peça for longa, o indutor se move ao longo dela durante a têmpera e a água é alimentada pelos orifícios do chuveiro após seu movimento. É um método de cura sequencial contínuo.

Na cura sequencial contínua, o indutor se move a uma velocidade de 3 a 30 mm por segundo e partes da peça caem sucessivamente em seu campo magnético. Como resultado, a peça é sucessivamente, seção por seção, aquecida e resfriada. Desta forma, peças individuais da peça de trabalho também podem ser endurecidas, se necessário, por exemplo, mancais do virabrequim ou os dentes de uma grande roda dentada. As ferramentas de automação permitem alinhar a peça uniformemente e mover o indutor com alta precisão.

Dependendo da marca do aço e do método de pré-tratamento, as propriedades após o endurecimento são diferentes. Os modos de aquecimento por indução, resfriamento e baixa têmpera também afetam os resultados.

Ao contrário do endurecimento convencional, o endurecimento por indução torna o aço 1-2 HRC mais duro, mais forte, reduz menos tenacidade e aumenta o limite de resistência. Isso se deve à moagem dos grãos de austenita.

Uma alta taxa de aquecimento leva a um aumento nos centros de transformação perlita-austenita. O grão inicial de austenita acaba sendo pequeno, o crescimento não ocorre devido à alta taxa de aquecimento e falta de exposição.

Os cristais de martensita são menores. O grão de austenita é 12-15 pontos. Ao usar aços com pouca tendência a crescer grãos austeníticos, obtém-se um grão fino.Peças com uma estrutura inicial ligeiramente dispersa são obtidas como resultado de melhor qualidade.

Como resultado da distribuição das tensões residuais, o limite de resistência aumenta. As tensões compressivas residuais estão presentes na camada endurecida, enquanto as tensões de tração estão presentes fora dela. Falhas por fadiga estão relacionadas a tensões de tração. Tensões compressivas irão enfraquecer as forças de tração destrutivas sob a ação de forças externas durante a operação da peça. É por isso que o limite de resistência aumenta como resultado do endurecimento por indução.

A importância decisiva no endurecimento por indução são: taxa de aquecimento, taxa de resfriamento, modo de endurecimento em baixas temperaturas.