Индукционный нагрев металла
Сущность индукционного нагрева заключается в том, что электрический ток высокой частоты (ТВЧ) подводится от генератора ВЧ 5 и батареи конденсаторов 4 к индуктору 1, чаще всего изготовленному из медной трубки, охлаждаемой водой (рис. 18.6). При пропускании тока через индуктор 1 возникает магнитное поле 2. Если в это магнитное поле поместить металлическое изделие 3, то в нем возникнет э. д. с. и ток тон же частоты, но обратного сопротивления.
Глубина проникновения тока зависит также от расстояния между индуктором и деталью (эффект близости). Сущность этого явления заключается в том, что в случае системы из двух проводников, в которых течет переменный ток разного направления, наибольшая плотность тока будет в местах наиболее близко расположенных. Поэтому форма индуктора должна согласоваться с формой изделия.
Распределение температуры по сечению стального изделия при индукционном нагреве зависит от следующих факторов: глубины проникиовеиия тока в металл, теплопроводности, скорости нагрева, температуры поверхности, размеров и формы изделия.
Рисунок 18.6 – Схема нагрева ТВЧ
Часть тепловой энергии за счет теплопроводности отводится в глубь изделия. Количество отводимого в глубь металла тепла тем больше, чем медленнее нагрев. Чтобы обеспечить равномерное распределение температуры в нагреваемом слое и наименьший перегрев поверхности закаливаемого изделия, глубина закаленного слоя должна быть несколько меньше, чем глубина проникновения тока. Такой нагрев наиболее экономичен. Поэтому соответственно требуемой глубине закалки подбирается и частота тока. Для получения глубоких закаленных слоев применяется звуковая частота, для слоев менее 1,5 мм - радиочастота (кривая 1). При нагреве изделия на большую глубину или при сквозном нагреве частоту тока необходимо уменьшать. При этом значительная часть тепла передается изделию теплопроводностью из поверхностных слоев, где оно генерируется индукционным методом.
Процесс нагрева
Весь процесс нагрева от комнатной температуры до температуры нагрева под закалку делится на два этапа:
- от комнатной температуры до точки Кюри;
- от точки Кюри до температуры закалки
В зависимости от соотношения скорости нагрева в интервале до точки Кюри и в области температур выше этой точки при общем одинаковом времени нагрева до температуры закалки время, приходящееся на прохождение температурного-интервала, в котором идет основной процесс образования аустенита, различно. При небольшой скорости нагрева выше tK оно больше, чем при быстром нагреве.
Режимы обработки
Параметрами индукционного нагрева стали, определяющими формирование структуры, являются температура закалки и скорость нагрева в области фазовых превращений.
Для расчета скорости нагрева в том или ином интервале температур необходимо иметь кривую нагрева, полученную осциллографированием или построенную упрощенно по времени, необходимому для нагрева до заданной температуры. В результате быстрого нагрева аустенит при индукционном нагреве характеризуется мелким размером зерен, блоков, увеличением искажений второго рода, большей концентрационной неоднородностью, чем при обычном нагреве.
Однако и при этом нагреве возможен перегрев стали, рост зерна аустенита и при охлаждении соответственно крупно-игольчатый мартенсит. Выбирают такую температуру нагрева под закалку, которая обеспечила бы требуемую закалочную твердость и отсутствие перегрева.
