Processo di tempra a induzione superficiale

Applicazioni del processo di tempra a induzione superficiale

Cos'è la tempra a induzione?

Tempra ad induzione è una forma di trattamento termico in cui una parte metallica con sufficiente contenuto di carbonio viene riscaldata nel campo di induzione e quindi raffreddata rapidamente. Ciò aumenta sia la durezza che la fragilità della parte. Il riscaldamento a induzione consente di avere un riscaldamento localizzato a una temperatura predeterminata e consente di controllare con precisione il processo di tempra. La ripetibilità del processo è così garantita. Solitamente, la tempra ad induzione viene applicata a parti metalliche che devono avere una grande resistenza all'usura superficiale, mantenendo allo stesso tempo le loro proprietà meccaniche. Dopo aver ottenuto il processo di tempra a induzione, il pezzo in metallo deve essere temprato in acqua, olio o aria per ottenere proprietà specifiche dello strato superficiale.

processo di tempra a induzione superficiale

Tempra ad induzione è un metodo per indurire rapidamente e selettivamente la superficie di una parte metallica. Una bobina di rame che trasporta un livello significativo di corrente alternata è posizionata vicino (senza toccare) la parte. Il calore viene generato sulla e vicino alla superficie da correnti parassite e perdite di isteresi. Il quench, solitamente a base di acqua con un'aggiunta come un polimero, è diretto al pezzo o viene sommerso. Questo trasforma la struttura in martensite, che è molto più dura della struttura precedente.

Un tipo popolare e moderno di apparecchiatura di tempra a induzione è chiamato scanner. La parte è tenuta tra le punte, ruotata e fatta passare attraverso una bobina progressiva che fornisce sia calore che tempra. La tempra è diretta sotto la bobina, quindi qualsiasi data area della parte viene rapidamente raffreddata immediatamente dopo il riscaldamento. Livello di potenza, tempo di permanenza, velocità di scansione (avanzamento) e altre variabili di processo sono controllate con precisione da un computer.

Processo di cementazione utilizzato per aumentare la resistenza all'usura, la durezza superficiale e la vita a fatica attraverso la creazione di uno strato superficiale indurito mantenendo una microstruttura del nucleo inalterata.

Tempra ad induzione viene utilizzato per aumentare le proprietà meccaniche dei componenti ferrosi in un'area specifica. Le applicazioni tipiche sono powertrain, sospensioni, componenti del motore e stampaggi. La tempra a induzione è eccellente per riparare reclami in garanzia / guasti sul campo. I vantaggi principali sono il miglioramento della forza, della fatica e della resistenza all'usura in un'area localizzata senza dover riprogettare il componente.

Processi e industrie che possono beneficiare della tempra ad induzione:

  • Trattamento termico

  • Indurimento della catena

  • Tempra di tubi e tubature

  • Costruzione navale

  • Aerospaziale

  • Ferrovia

  • Automobilistico

  • Energie rinnovabili

Vantaggi della tempra a induzione:

Consigliato per componenti soggetti a carichi pesanti. L'induzione conferisce un'elevata durezza superficiale con una custodia profonda in grado di gestire carichi estremamente elevati. La resistenza alla fatica è aumentata dallo sviluppo di un nucleo morbido circondato da uno strato esterno estremamente resistente. Queste proprietà sono desiderabili per parti soggette a carico torsionale e superfici soggette a forze di impatto. L'elaborazione a induzione viene eseguita una parte alla volta consentendo un movimento dimensionale molto prevedibile da parte a parte.

  • Controllo preciso della temperatura e della profondità di tempra

  • Riscaldamento controllato e localizzato

  • Facilmente integrabile nelle linee di produzione

  • Processo veloce e ripetibile

  • Ogni pezzo può essere temprato da parametri ottimizzati precisi

  • Processo ad alta efficienza energetica

Componenti in acciaio e acciaio inossidabile che possono essere temprati con induzione:

Elementi di fissaggio, flange, ingranaggi, cuscinetti, tubi, piste interne ed esterne, alberi a gomiti, alberi a camme, gioghi, alberi di trasmissione, alberi di uscita, mandrini, barre di torsione, ralle, fili, valvole, perforatrici da roccia, ecc.

Resistenza all'usura aumentata

Esiste una correlazione diretta tra durezza e resistenza all'usura. La resistenza all'usura di una parte aumenta in modo significativo con la tempra a induzione, assumendo che lo stato iniziale del materiale sia stato ricotto o trattato in una condizione più morbida.

Maggiore resistenza e durata a fatica grazie al nucleo morbido e allo stress di compressione residuo sulla superficie

La sollecitazione di compressione (generalmente considerata un attributo positivo) è il risultato della struttura indurita vicino alla superficie che occupa un volume leggermente superiore rispetto al nucleo e alla struttura precedente.

Le parti possono essere temperate dopo Indurimento ad induzione per regolare il livello di durezza, come desiderato

Come con qualsiasi processo che produce una struttura martensitica, la tempra ridurrà la durezza mentre diminuisce la fragilità.

Custodia profonda con nucleo resistente

La profondità tipica del case è .030 "- .120", che è mediamente più profonda rispetto a processi come la cementazione, la carbonitrurazione e varie forme di nitrurazione eseguite a temperature subcritiche. Per alcuni progetti come gli assi o le parti che sono ancora utili anche dopo che molto materiale si è consumato, la profondità del case può essere fino a ½ pollice o maggiore.

Processo di indurimento selettivo senza necessità di mascheratura

Le aree con post-saldatura o post-lavorazione rimangono morbide: pochissimi altri processi di trattamento termico sono in grado di raggiungere questo obiettivo.

Distorsione relativamente minima

Esempio: un albero di 1 "Ø x 40" di lunghezza, che ha due perni equidistanti, ciascuno lungo 2 "che richiede il supporto di un carico e resistenza all'usura. La tempra ad induzione viene eseguita solo su queste superfici, per un totale di 4 ”di lunghezza. Con un metodo convenzionale (o se induriamo a induzione l'intera lunghezza per quella materia), ci sarebbe una deformazione significativamente maggiore.

Consente l'utilizzo di acciai a basso costo come il 1045

L'acciaio più diffuso utilizzato per le parti da temprare a induzione è il 1045. È facilmente lavorabile a macchina, a basso costo e, grazie a un contenuto di carbonio dello 0.45% nominale, può essere temprato a induzione a 58 HRC +. Ha anche un rischio relativamente basso di screpolature durante il trattamento. Altri materiali popolari per questo processo sono 1141/1144, 4140, 4340, ETD150 e varie ghise.

Limitazioni della tempra ad induzione

Richiede una bobina di induzione e un utensile correlato alla geometria della parte

Poiché la distanza di accoppiamento tra la parte e la bobina è fondamentale per l'efficienza del riscaldamento, le dimensioni e il contorno della bobina devono essere accuratamente selezionati. Mentre la maggior parte dei trattori ha un arsenale di bobine di base per riscaldare forme rotonde come alberi, perni, rulli ecc., Alcuni progetti potrebbero richiedere una bobina personalizzata, a volte costando migliaia di dollari. Su progetti di volume medio-alto, il vantaggio di un costo di trattamento ridotto per parte può facilmente compensare il costo della bobina. In altri casi, i vantaggi ingegneristici del processo possono superare le preoccupazioni in termini di costi. Altrimenti, per progetti a basso volume, il costo della bobina e degli utensili di solito rende il processo poco pratico se è necessario costruire una nuova bobina. La parte deve anche essere supportata in qualche modo durante il trattamento. La corsa tra i centri è un metodo diffuso per le parti di tipo albero, ma in molti altri casi è necessario utilizzare utensili personalizzati.

Maggiore probabilità di screpolature rispetto alla maggior parte dei processi di trattamento termico

Ciò è dovuto al rapido riscaldamento e tempra, anche alla tendenza a creare punti caldi su caratteristiche / bordi quali: chiavette, scanalature, fori trasversali, filettature.

Distorsione con tempra ad induzione

I livelli di distorsione tendono ad essere maggiori rispetto a processi come la nitrurazione ionica o gassosa, a causa del rapido riscaldamento / raffreddamento e della conseguente trasformazione martensitica. Detto questo, l'indurimento a induzione può produrre meno distorsioni rispetto al trattamento termico convenzionale, in particolare quando viene applicato solo a un'area selezionata.

Limitazioni dei materiali con la tempra a induzione

Poiché l' processo di tempra ad induzione normalmente non comporta la diffusione di carbonio o altri elementi, il materiale deve contenere abbastanza carbonio insieme ad altri elementi per fornire temprabilità supportando la trasformazione martensitica al livello di durezza desiderato. Questo in genere significa che il carbonio è nella gamma dello 0.40% +, producendo una durezza di 56-65 HRC. È possibile utilizzare materiali a basso tenore di carbonio come 8620 con una conseguente riduzione della durezza ottenibile (40-45 HRC in questo caso). Acciai come 1008, 1010, 12L14, 1117 in genere non vengono utilizzati a causa del limitato aumento della durezza ottenibile.

Dettagli del processo di tempra a induzione della superficie

Tempra ad induzione è un processo utilizzato per l'indurimento superficiale di acciaio e altri componenti in lega. Le parti da trattare termicamente vengono poste all'interno di una serpentina in rame e quindi riscaldate al di sopra della loro temperatura di trasformazione applicando alla bobina una corrente alternata. La corrente alternata nella bobina induce un campo magnetico alternato all'interno del pezzo da lavorare che fa riscaldare la superficie esterna del pezzo a una temperatura superiore all'intervallo di trasformazione.

I componenti vengono riscaldati mediante un campo magnetico alternato ad una temperatura all'interno o al di sopra dell'intervallo di trasformazione seguito da un immediato spegnimento. È un processo elettromagnetico che utilizza una bobina di induttore in rame, che viene alimentata con una corrente a una frequenza e un livello di potenza specifici.