Indukcijska instalacija za kaljenje visokofrekventnih elemenata. Indukcijsko grijanje, osnovni principi i tehnologije

Peć za topljenje metala kod kuće može se koristiti i za brzo zagrijavanje metalnih elemenata, na primjer, prilikom njihovog kalajisanja ili oblikovanja. Radne karakteristike predstavljenih instalacija mogu se prilagoditi određenom zadatku promjenom parametara induktora i izlaznog signala agregata - na taj način ih možete postići maksimalna efikasnost.

Mnogi kritični dijelovi podliježu abraziji i istovremeno su izloženi udarna opterećenja. Takvi dijelovi moraju imati visoku površinsku tvrdoću, dobru otpornost na habanje i istovremeno ne biti lomljivi, tj. da ne budu uništeni udarima.

Visoka površinska tvrdoća dijelova uz zadržavanje žilave i jake jezgre postiže se površinskim kaljenjem.

Od savremenim metodama Površinsko stvrdnjavanje se najčešće koristi u mašinstvu: otvrdnjavanje kada se zagreje visokofrekventne struje (HFC); stvrdnjavanje plamenom i stvrdnjavanje elektrolitom.

Izbor jedne ili druge metode površinskog očvršćavanja određen je tehnološkim i ekonomska izvodljivost.

Stvrdnjavanje zagrijavanjem strujama visoke frekvencije. Ova metoda je jedna od najučinkovitijih metoda površinsko otvrdnjavanje metali Otkriće ove metode i razvoj njenih tehnoloških osnova pripada talentovanom ruskom naučniku V. P. Vologdinu.

Visokofrekventno grijanje se zasniva na sljedećem fenomenu. Kada naizmjenična električna struja visoke frekvencije prolazi kroz bakreni induktor, oko potonjeg se formira magnetsko polje koje prodire u čelični dio koji se nalazi u induktoru i inducira Foucaultove vrtložne struje u njemu. Ove struje uzrokuju zagrijavanje metala.

Funkcija grijanja HDTV je da se vrtložne struje inducirane u čeliku ne raspoređuju ravnomjerno po poprečnom presjeku dijela, već se potiskuju prema površini. Neravnomjerna raspodjela vrtložnih struja dovodi do neravnomjernog zagrijavanja: površinski slojevi se vrlo brzo zagrijavaju do visokih temperatura, a jezgro se ili uopće ne zagrijava ili se lagano zagrijava zbog toplinske provodljivosti čelika. Debljina sloja kroz koji prolazi struja naziva se dubina prodiranja i označava se slovom δ.

Debljina sloja uglavnom zavisi od frekvencije naizmenične struje, otpornosti metala i magnetne permeabilnosti. Ova zavisnost je određena formulom

δ = 5,03-10 4 korijen (ρ/μν) mm,

gdje je ρ električna otpornost, ohm mm 2 /m;

μ, - magnetska permeabilnost, gs/e;

v - frekvencija, Hz.

Iz formule se može vidjeti da se s povećanjem frekvencije dubina prodiranja indukcijskih struja smanjuje. Struja visoke frekvencije za indukcijsko zagrijavanje dijelova dobiva se iz generatora.

Prilikom odabira frekvencije struje, pored zagrijanog sloja, potrebno je uzeti u obzir oblik i dimenzije dijela kako bi se postiglo kvalitetno površinsko očvršćivanje i ekonomična upotreba električna energija visokofrekventne instalacije.

Bakarni induktori su od velike važnosti za kvalitetno zagrijavanje dijelova.

Najčešći induktori imaju sistem malih rupa na unutrašnjoj strani kroz koje se dovodi rashladna voda. Takav induktor je i uređaj za grijanje i hlađenje. Čim se dio smješten u induktoru zagrije na zadatu temperaturu, struja će se automatski isključiti i voda će teći iz otvora induktora i rashlađivati ​​površinu dijela mlazom (vodeni tuš).

Dijelovi se mogu zagrijati i u induktorima koji nemaju uređaje za tuširanje. U takvim induktorima, nakon zagrijavanja, dijelovi se bacaju u spremnik za gašenje.

Visokofrekventno očvršćavanje se uglavnom izvodi simultanim i kontinuirano-sekvencijskim metodama. Kod simultane metode, dio koji se kaljuje rotira unutar stacionarnog induktora čija je širina jednaka površini koja se kaljuje. Kada istekne navedeno vrijeme grijanja, vremenski relej isključuje struju iz generatora, a drugi relej, povezan s prvim, uključuje dovod vode, koja izbija iz otvora induktora u malim ali jakim mlazovima i hladi dio. .

Kod kontinuirano-sekventne metode, dio je nepomičan, a induktor se kreće duž njega. U tom slučaju dolazi do uzastopnog zagrijavanja očvrslog dijela dijela, nakon čega dio pada pod mlaz vode iz uređaja za tuširanje koji se nalazi na određenoj udaljenosti od induktora.

Plosnati dijelovi kaljeni su u petljastim i cik-cak induktorima, a zupčanici sa malim modulom se istovremeno kaljuju u prstenastim induktorima. Makrostruktura kaljenog sloja finomodulnog zupčanika automobila od čelika marke PPZ-55 (čelik smanjene kaljivosti). Mikrostruktura očvrslog sloja je fino igličasti martenzit.

Tvrdoća površinskog sloja dijelova kaljenih visokofrekventnim zagrijavanjem iznosi 3-4 jedinice H.R.C. veća od tvrdoće sa konvencionalnim volumetrijskim kaljenjem.

Da bi se povećala čvrstoća jezgre, dijelovi se podvrgavaju poboljšanju ili normalizaciji prije očvršćavanja visokofrekventnom toplinom.

Upotreba visokofrekventnog grijanja za površinsko otvrdnjavanje dijelova strojeva i alata omogućava naglo smanjenje trajanja tehnološki proces termička obrada. Osim toga, ova metoda omogućava proizvodnju mehaniziranih i automatiziranih jedinica za kaljenje dijelova, koje se ugrađuju u opći tok obradbenih radionica. Kao rezultat toga, nema potrebe za transportom dijelova do posebnih termičkih radnji i osiguran je ritmičan rad proizvodnih linija i montažnih transportera.

Površinsko stvrdnjavanje plamenom. Ova metoda se sastoji od zagrijavanja površine čeličnih dijelova plamenom kisik-acetilen do temperature 50-60°C više od gornje kritične tačke A C 3 , nakon čega slijedi brzo hlađenje uz vodeni tuš.

Suština procesa stvrdnjavanja plamenom je da se toplina koju plinski plamen dovodi iz gorionika do dijela koji se kaljuje koncentrirana na njegovoj površini i znatno premašuje količinu topline koja se distribuira duboko u metal. Kao rezultat takvog temperaturnog polja, površina dijela se prvo brzo zagrijava do temperature očvršćavanja, zatim se hladi, a jezgro dijela praktički ostaje neočvrslo i ne mijenja svoju strukturu i tvrdoću nakon hlađenja.

Kaljenje plamenom se koristi za jačanje i povećanje otpornosti na habanje tako velikih i teških čeličnih dijelova kao što su radilice mehaničkih presa, zupčanici velikih modula, zubi kašike bagera, itd. Pored čeličnih dijelova, dijelovi od sivog i perlitnog lijeva podvrgnuti stvrdnjavanju plamenom, na primjer vodilice za ležajeve strojeva za rezanje metala.

Otvrdnjavanje plamenom dijeli se na četiri tipa:

a) sekvencijalno, kada se gorionik za stvrdnjavanje sa rashladnom tečnošću kreće duž površine nepokretnog dela koji se obrađuje;

b) kaljenje sa rotacijom, pri čemu gorionik sa rashladnom tečnošću ostaje nepomičan, a deo koji se kaljuje se okreće;

c) uzastopno sa rotacijom dela, kada se deo neprekidno rotira i duž njega se kreće baklja za gašenje sa rashladnom tečnošću;

d) lokalni, pri čemu se stacionarni dio zagreva na zadatu temperaturu stvrdnjavanja pomoću stacionarnog gorionika, nakon čega se hladi mlazom vode.

Metoda plamenog stvrdnjavanja valjka koji se rotira određenom brzinom dok gorionik miruje. Temperatura grijanja se kontrolira miliskopom.

U zavisnosti od namjene dijela, dubina očvrslog sloja obično se uzima 2,5-4,5 mm.

Glavni faktori koji utiču na dubinu kaljenja i strukturu čelika koji se kaljuje su: brzina kretanja gorionika za kaljenje u odnosu na deo koji se kaljuje ili deo u odnosu na gorionik; brzina oslobađanja gasa i temperatura plamena.

Izbor mašina za kaljenje zavisi od oblika delova, načina kaljenja i navedenog broja delova. Ako trebate očvrsnuti dijelove različitih oblika i veličina iu malim količinama, onda je preporučljivije koristiti univerzalne strojeve za kaljenje. Fabrike obično koriste posebne instalacije i strugove.

Za kaljenje se koriste dvije vrste gorionika: modularni sa modulom od M10 do M30 i višeplamenski sa zamjenjivim vrhovima širine plamena od 25 do 85 mm. Konstrukcijski, gorionici su konstruisani tako da su otvori za gasni plamen i rashladnu vodu smešteni u jednom redu, paralelno. Voda se do gorionika dovodi iz vodovodne mreže i istovremeno služi za stvrdnjavanje dijelova i hlađenje usnika.

Acetilen i kiseonik se koriste kao zapaljivi gasovi.

Nakon stvrdnjavanja plamenom, mikrostruktura u različitim zonama dijela je različita. Stvrdnuti sloj dobija visoku tvrdoću i ostaje čist, bez tragova oksidacije ili dekarbonizacije.

Prijelaz strukture sa površine dijela na jezgro odvija se glatko, što je od velike važnosti za povećanje operativne trajnosti dijelova i potpuno eliminira štetne pojave - pucanje i ljuštenje očvrslih metalnih slojeva.

Tvrdoća varira u zavisnosti od strukture očvrslog sloja. Na površini dijela je 56-57 H.R.C., a zatim se smanjuje na tvrdoću koju je dio imao prije površinskog očvršćavanja. Da bi se osiguralo visokokvalitetno očvršćavanje, postigla ujednačena tvrdoća i povećana čvrstoća jezgra, liveni i kovani delovi se žare ili normalizuju pre očvršćavanja plamenom u skladu sa uobičajenim uslovima.

Površno zakalcinacija u elektrolitu. Suština ovog fenomena je da ako se jednosmjerna električna struja prođe kroz elektrolit, tada se na katodi formira tanak sloj koji se sastoji od sićušnih vodikovih mjehurića. Zbog slabe električne provodljivosti vodika, otpor prolasku električne struje se jako povećava i katoda (dio) se zagrijava na visoku temperaturu, nakon čega se stvrdne. Kao elektrolit obično se koristi 5-10% vodena otopina sode pepela.

Proces stvrdnjavanja je jednostavan i sastoji se od sljedećeg. Dio koji treba očvrsnuti se uroni u elektrolit i poveže na negativni pol DC generatora napona 200-220 V i gustina 3-4 a/cm 2, kao rezultat, postaje katoda. Ovisno o tome koji dio dijela je podvrgnut površinskom očvršćavanju, dio se uranja do određene dubine. Dio se zagrije za nekoliko sekundi, a struja se isključuje. Rashladni medij je isti elektrolit. Dakle, kupka s elektrolitom služi i kao peć za grijanje i kao spremnik za gašenje.

Moguće po dogovoru termička obrada i kaljenje metalnih i čeličnih dijelova dimenzija većih od onih u ovoj tabeli.

Toplinska obrada (toplinska obrada čelika) metala i legura u Moskvi je usluga koju naša fabrika pruža svojim kupcima. Imamo sve potrebnu opremu, iza kojih rade kvalifikovanih specijalista. Sve narudžbe izvršavamo kvalitetno i na vrijeme. Takođe prihvatamo i izvršavamo narudžbe za termičku obradu čelika i visokofrekventnih materijala koje nam dolaze iz drugih regiona Rusije.

Glavne vrste termičke obrade čelika

Žarenje prve vrste:

Prvi tip difuzijskog žarenja (homogenizacija) - Brzo zagrijavanje do t 1423 K, dugo izlaganje i naknadno sporo hlađenje. Ujednačena je hemijska heterogenost materijala kod velikih odlivaka od legiranog čelika

Prvi tip rekristalizacionog žarenja - Zagrevanje na temperaturu od 873-973 K, dugo izlaganje i naknadno sporo hlađenje. Dolazi do smanjenja tvrdoće i povećanja duktilnosti nakon hladne deformacije (obrada je interoperativna)

Žarenje prve vrste koje smanjuje naprezanje - Zagrevanje na temperaturu od 473-673 K i naknadno sporo hlađenje. Uklanjanje zaostalih naprezanja se događa nakon lijevanja, zavarivanja, plastične deformacije ili strojne obrade.

Žarenje druge vrste:

Kompletno žarenje drugog tipa - Zagrevanje do temperature iznad tačke Ac3 za 20-30 K, zadržavanje i naknadno hlađenje. Dolazi do smanjenja tvrdoće, poboljšanja obradivosti, uklanjanja unutrašnjih naprezanja u hipoeutektoidnim i eutektoidnim čelicima prije stvrdnjavanja (vidi napomenu uz tabelu)

Žarenje drugog tipa je nepotpuno - zagrijavanje na temperaturu između tačaka Ac1 i Ac3, zadržavanje i naknadno hlađenje. Dolazi do smanjenja tvrdoće, poboljšanja obradivosti, uklanjanja unutrašnjih naprezanja u hipereutektoidnom čeliku prije kaljenja

Izotermno žarenje tipa II - Zagrijavanje do temperature 30-50 K iznad tačke Ac3 (za hipoeutektoidni čelik) ili iznad tačke Ac1 (za hipereutektoidni čelik), zadržavanje i naknadno postupno hlađenje. Ubrzana obrada sitnih valjanih proizvoda ili otkovaka od legiranih i visokougljičnih čelika se dešava u cilju smanjenja tvrdoće, poboljšanja obradivosti i ublažavanja unutrašnjih naprezanja.

Tip II sferoidizirajuće žarenje - Zagrijavanje na temperaturu iznad Ac1 tačke za 10-25 K, zadržavanje i naknadno postupno hlađenje. Dolazi do smanjenja tvrdoće, poboljšanja obradivosti, uklanjanja unutrašnjih naprezanja u alatnom čeliku prije kaljenja, povećanja duktilnosti niskolegiranih i srednje ugljičnih čelika prije hladne deformacije.

Žarenje drugog tipa, lagano - Zagrevanje u kontrolisanom okruženju do temperature iznad tačke Ac3 za 20-30 K, zadržavanje i naknadno hlađenje u kontrolisanoj sredini. Štiti površinu čelika od oksidacije i dekarbonizacije

Žarenje drugog tipa Normalizacija (normalizacijsko žarenje) - Zagrijavanje na temperaturu iznad Ac3 tačke za 30-50 K, zadržavanje i naknadno hlađenje na mirnom zraku. Korigira se struktura zagrijanog čelika, rasterećuju se unutrašnja naprezanja u dijelovima od konstrukcijskog čelika i poboljšava njihova obradivost, a povećava se dubina kaljivosti alata. čelika prije stvrdnjavanja

Stvrdnjavanje:

Kontinuirano potpuno stvrdnjavanje - Zagrevanje do temperature iznad Ac3 tačke za 30-50 K, zadržavanje i naknadno oštro hlađenje. Postizanje (u kombinaciji s kaljenjem) visoke tvrdoće i otpornosti na habanje dijelova od hipoeutektoidnih i eutektoidnih čelika

Nepotpuno stvrdnjavanje - Zagrijavanje na temperaturu između tačaka Ac1 i Ac3, zadržavanje i naknadno oštro hlađenje. Postizanje (u kombinaciji s kaljenjem) visoke tvrdoće i otpornosti na habanje dijelova od hipereutektoidnog čelika

Intermitentno otvrdnjavanje - Zagrijavanje na temperaturu iznad tačke Ac3 za 30-50 K (za hipoeutektoidne i eutektoidne čelike) ili između tačaka Ac1 i Ac3 (za hipereutektoidni čelik), držanje i naknadno hlađenje u vodi, a zatim u ulju. Postoji smanjenje zaostalih naprezanja i deformacija u dijelovima izrađenim od visokougljičnog alatnog čelika

Izotermno otvrdnjavanje - Zagrevanje do temperature iznad tačke Ac3 za 30-50 K, zadržavanje i naknadno hlađenje u rastopljenim solima, a zatim na vazduhu. Postizanje minimalne deformacije (savijanja), povećanje duktilnosti, granice izdržljivosti i otpornosti na savijanje dijelova od legiranog alatnog čelika

Stepen otvrdnjavanja - Isto (razlikuje se od izotermnog očvršćavanja po kraćem vremenu zadržavanja dijela u rashladnom mediju). Dolazi do smanjenja naprezanja, deformacije i sprečavanja stvaranja pukotina kod malih alata od ugljeničnog alatnog čelika, kao i kod većih alata od legiranog alatnog i brzoreznog čelika.

Površinsko stvrdnjavanje - Zagrijavanje električnom strujom ili plinskim plamenom površinskog sloja proizvoda do temperature stvrdnjavanja, nakon čega slijedi brzo hlađenje zagrijanog sloja. Dolazi do povećanja površinske tvrdoće do određene dubine, otpornosti na habanje i povećane izdržljivosti dijelova strojeva i alata

Očvršćavanje sa samokaljenjem - Zagrevanje do temperature iznad tačke Ac3 za 30-50 K, zadržavanje i naknadno nepotpuno hlađenje. Toplota zadržana unutar dijela obezbjeđuje kaljenje kaljenog vanjskog sloja udarnog alata jednostavne konfiguracije od ugljičnog alatnog čelika, kao i pri indukcijskom zagrijavanju

Kaljenje hladnom obradom - Duboko hlađenje nakon kaljenja na temperaturu od 253-193 K. Dolazi do povećanja tvrdoće i stabilnih dimenzija dijelova od visokolegiranog čelika

Gašenje sa hlađenjem - Prije potapanja u rashladni medij, zagrijani dijelovi se hlade neko vrijeme na zraku ili drže u termostatu sa sniženom temperaturom. Postoji smanjenje ciklusa termičke obrade čelika (obično se koristi nakon karburizacije).

Lagano stvrdnjavanje - Zagrevanje u kontrolisanoj sredini do temperature iznad tačke Ac3 za 20-30 K, zadržavanje i naknadno hlađenje u kontrolisanoj sredini. Zaštita od oksidacije i razugljikovanja složenih dijelova kalupa, kalupa i učvršćenja koji ne podliježu brušenju

Nisko kaljenje - Zagrevanje u temperaturnom opsegu 423-523 K i naknadno ubrzano hlađenje. Unutrašnja naprezanja su rasterećena i krhkost reznih i mjernih alata nakon površinskog očvršćavanja; za kaljene dijelove nakon stvrdnjavanja

Srednje kaljenje - Zagrevanje u opsegu t = 623-773 K i naknadno sporo ili ubrzano hlađenje. Dolazi do povećanja granice elastičnosti opruga, opruga i drugih elastičnih elemenata

Visoko kaljenje - Zagrevanje u temperaturnom opsegu 773-953 K i naknadno sporo ili brzo hlađenje. Pojavljuje se: Osiguravanje visoke duktilnosti čeličnih konstrukcijskih dijelova, obično uz termičko poboljšanje

Termičko poboljšanje - kaljenje i naknadno visoko kaljenje. Dolazi do potpunog uklanjanja zaostalog naprezanja. Pruža kombinaciju visoke čvrstoće i duktilnosti tokom završne termičke obrade čeličnih konstrukcijskih dijelova koji rade pod udarnim i vibracijskim opterećenjima

Termomehanička obrada - Zagrevanje, brzo hlađenje do 673-773 K, ponovljena plastična deformacija, kaljenje i kaljenje. Omogućuje za valjane proizvode i dijelove jednostavnih oblika koji nisu podložni zavarivanju, povećanu čvrstoću u odnosu na čvrstoću dobivenu konvencionalnom toplinskom obradom

Starenje - Zagrijavanje i produženo izlaganje na povišenim temperaturama. Dimenzije dijelova i alata su stabilizirane

Cementiranje - Zasićenje površinskog sloja mekog čelika ugljenikom (ugljičenje). Praćeno naknadnim kaljenjem uz nisko kaljenje. Dubina cementiranog sloja je 0,5-2 mm. Ono što se događa je da se proizvodu daje visoka površinska tvrdoća uz zadržavanje viskoznog jezgra. Ugljični ili legirani čelici s udjelom ugljika podliježu karburizaciji: za male i srednje proizvode 0,08-0,15%, za veće 0,15-0,5%. Zupčanici, klipni klinovi itd. se podvrgavaju cementiranju.

Cijanidacija - Termohemijska obrada čeličnih proizvoda u rastvoru cijanidnih soli na temperaturi od 820. Površinski sloj čelika je zasićen ugljikom i dušikom (sloj 0,15-0,3 mm.) Niskougljični čelici su podvrgnuti cijanidaciji, kao rezultat od kojih, zajedno sa tvrdom površinom, proizvodi imaju viskoznu jezgru. Takve proizvode karakterizira visoka otpornost na habanje i otpornost na udarna opterećenja.

Nitriranje (nitriranje) - Zasićenje površinskog sloja čeličnih proizvoda dušikom do dubine od 0,2-0,3 mm. Daje se visoka površinska tvrdoća, povećana otpornost na abraziju i koroziju. Nitriranju se podvrgavaju kalibri, zupčanici, rukavci vratila itd.

Hladna obrada - Hlađenje nakon stvrdnjavanja do temperature ispod nule. Dolazi do promjene unutarnje strukture kaljenih čelika. Koristi se za alatne čelike, proizvode kaljene u kućištu i neke visokolegirane čelike.

TOPLINSKA OBRADA METALA (HEAT TREATMENT), određeni vremenski ciklus zagrijavanja i hlađenja kojem su metali podvrgnuti mijenjanju svojih fizičkih svojstava. Toplinska obrada u uobičajenom smislu tog pojma provodi se na temperaturama ispod tačke topljenja. Procesi topljenja i livenja, koji imaju značajan uticaj na svojstva metala, nisu uključeni u ovaj koncept. Promjene u fizičkim svojstvima uzrokovane toplinskom obradom su posljedica promjena u unutrašnjoj strukturi i kemijskim odnosima koji se javljaju u čvrstom materijalu. Ciklusi toplinske obrade su različite kombinacije zagrijavanja, održavanja na određenoj temperaturi i brzog ili sporog hlađenja kako bi se prilagodile strukturnim i kemijskim promjenama koje se žele izazvati.

Zrnasta struktura metala. Bilo koji metal se obično sastoji od mnogo kristala koji su u kontaktu jedan s drugim (tzv. zrna), obično mikroskopskih dimenzija, ali ponekad vidljivih golim okom. Unutar svakog zrna atomi su raspoređeni tako da formiraju pravilnu trodimenzionalnu geometrijsku rešetku. Tip rešetke, nazvan kristalna struktura, karakteristika je materijala i može se odrediti tehnikama difrakcije rendgenskih zraka. Ispravan raspored atoma održava se kroz cijelo zrno, osim malih poremećaja, kao što su pojedina mjesta rešetke koja se slučajno isprazne. Sva zrna imaju istu kristalnu strukturu, ali su u pravilu različito orijentirana u prostoru. Stoga su na granici dva zrna atomi uvijek manje uređeni nego unutar njih. Ovo posebno objašnjava da se granice zrna lakše urezuju hemijski reagensi. Polirana ravna metalna površina tretirana odgovarajućim nagrizanjem obično će otkriti jasan uzorak granice zrna. Fizička svojstva materijala određena su svojstvima pojedinih zrna, njihovim uticajem jedno na drugo i svojstvima granica zrna. Svojstva metalnog materijala značajno zavise od veličine, oblika i orijentacije zrna, a svrha termičke obrade je kontrola ovih faktora.

Atomski procesi tokom termičke obrade. Kako se temperatura čvrstog kristalnog materijala povećava, njegovim atomima postaje sve lakše da se kreću s jednog mjesta kristalne rešetke na drugo. Na ovoj difuziji atoma zasniva se termička obrada. Najefikasniji mehanizam za kretanje atoma u kristalnoj rešetki može se zamisliti kao kretanje slobodnih mjesta rešetke, koja su uvijek prisutna u svakom kristalu. Na povišenim temperaturama, zbog povećanja brzine difuzije, ubrzava se proces prijelaza iz neravnotežne strukture tvari u ravnotežnu. Temperatura pri kojoj se brzina difuzije značajno povećava je različita za različite metale. Obično je veći za metale sa visokom tačkom topljenja. Kod volframa, sa tačkom topljenja od 3387 C, rekristalizacija se ne dešava čak ni pri crvenoj toploti, dok se termička obrada aluminijumskih legura, koja se tope na niskim temperaturama, u nekim slučajevima može izvesti na sobnoj temperaturi.

U mnogim slučajevima, termička obrada uključuje vrlo brzo hlađenje, zvano kaljenje, čija je svrha očuvanje strukture formirane na povišenim temperaturama. Iako se, strogo govoreći, takva struktura ne može smatrati termodinamički stabilnom na sobnoj temperaturi, u praksi je prilično stabilna zbog niske brzine difuzije. Mnoge korisne legure imaju sličnu "metastabilnu" strukturu.

Promjene uzrokovane toplinskom obradom mogu biti dvije glavne vrste. Prvo, i kod čistih metala i kod legura moguće su promjene koje utiču samo na fizičku strukturu. To mogu biti promjene u napregnutom stanju materijala, promjene u veličini, obliku, kristalnoj strukturi i orijentaciji njegovih kristalnih zrna. Drugo, hemijska struktura metala se takođe može promeniti. To se može izraziti u izglađivanju kompozicionih nehomogenosti i formiranju precipitata druge faze, u interakciji sa okolnom atmosferom stvorenom da očisti metal ili mu da određena površinska svojstva. Promjene oba tipa mogu se pojaviti istovremeno.

Oslobađanje od stresa. Hladna deformacija povećava tvrdoću i lomljivost većine metala. Ponekad je takvo "stvrdnjavanje naprezanjem" poželjno. Obojeni metali i njihove legure obično dobijaju jedan ili drugi stepen tvrdoće hladnim valjanjem. Čelici sa niskim udjelom ugljika također su često kaljeni hladnom deformacijom. Visokougljični čelici, koji su hladno valjani ili hladno vučeni do povećane čvrstoće potrebne, na primjer, za izradu opruga, obično se podvrgavaju žarenju za ublažavanje naprezanja i zagrijavaju na relativno nisku temperaturu, na kojoj materijal ostaje gotovo tvrda kao i ranije, ali u njoj nestaje heterogenost distribucije unutrašnjeg naprezanja. Ovo smanjuje sklonost pucanju, posebno u korozivnim sredinama. Takvo rasterećenje naprezanja nastaje, u pravilu, zbog lokalnog plastičnog strujanja u materijalu, što ne dovodi do promjena u cjelokupnoj strukturi.

Rekristalizacija. At različite metode Kod oblikovanja metala često je potrebno značajno promijeniti oblik obratka. Ako se formiranje mora izvesti u hladnom stanju (što je često diktirano praktičnim razmatranjima), tada se proces mora podijeliti na nekoliko koraka, s rekristalizacijom koja se provodi između. Nakon prve faze deformacije, kada je materijal toliko ojačan da daljnja deformacija može dovesti do uništenja, radni komad se zagrijava na temperaturu iznad temperature žarenja kako bi se smanjio napon i drži za rekristalizaciju. Zbog brze difuzije na ovoj temperaturi nastaje potpuno nova struktura uslijed atomskog preuređivanja. Unutar zrnaste strukture deformiranog materijala počinju rasti nova zrna koja ga s vremenom u potpunosti zamjenjuju. Prvo se formiraju mala nova zrna na mjestima gdje je stara struktura najviše poremećena, odnosno na granicama starih zrna. Daljnjim žarenjem, atomi deformirane strukture se preustrojavaju tako da i oni postaju dio novih zrna, koja rastu i na kraju apsorbiraju cijelu staru strukturu. Radni komad zadržava svoj izvorni oblik, ali je sada napravljen od mekog materijala bez naprezanja koji može biti podvrgnut novom ciklusu deformacije. Ovaj proces se može ponoviti nekoliko puta ako to zahtijeva određeni stepen deformacije.

Hladna obrada je deformacija na temperaturi preniskoj za rekristalizaciju. Za većinu metala ovu definiciju odgovara sobnoj temperaturi. Ako se deformacija provodi na dovoljno visokoj temperaturi tako da rekristalizacija ima vremena da prati deformaciju materijala, tada se takva obrada naziva vruća. Sve dok je temperatura dovoljno visoka, može se deformisati koliko god želite. Vruće stanje metala prvenstveno je određeno koliko je njegova temperatura blizu tački topljenja. Visoka savitljivost olova znači da se lako rekristalizira, što znači da se može “vruće” obrađivati ​​na sobnoj temperaturi.

Kontrola teksture. Fizička svojstva zrna, općenito govoreći, nisu ista u različitim smjerovima, budući da je svako zrno pojedinačni kristal sa svojom kristalnom strukturom. Osobine uzorka metala rezultat su usrednjavanja po svim zrnima. U slučaju nasumične orijentacije zrna, općenito fizička svojstva isti su u svim pravcima. Ako su neke kristalne ravni ili atomski redovi većine zrna paralelni, tada svojstva uzorka postaju "anizotropna", tj. zavisna od smjera. U ovom slučaju, čaša, dobijena dubokim ekstrudiranjem iz okrugle ploče, imat će „jezike“ ili „skalope“ na gornjoj ivici, zbog činjenice da se materijal lakše deformiše u nekim smjerovima nego u drugim. Kod mehaničkog oblikovanja anizotropija fizičkih svojstava je po pravilu nepoželjna. Ali kod listova magnetnih materijala za transformatore i druge uređaje, vrlo je poželjno da se smjer lake magnetizacije, koji je u monokristalima određen kristalnom strukturom, u svim zrnima poklapa sa datim smjerom magnetskog fluksa. Dakle, "poželjna orijentacija" (tekstura) može ili ne mora biti poželjna ovisno o namjeni materijala. Uopšteno govoreći, kada se materijal rekristalizira, njegova preferirana orijentacija se mijenja. Priroda ove orijentacije zavisi od sastava i čistoće materijala, od vrste i stepena hladne deformacije, kao i od trajanja i temperature žarenja.

Kontrola veličine zrna. Fizička svojstva metalnog uzorka su u velikoj mjeri određena prosječnom veličinom zrna. Najbolji mehanička svojstva fino zrnasta struktura gotovo uvijek odgovara. Smanjenje veličine zrna često je jedan od ciljeva termičke obrade (i topljenja i livenja). Kako temperatura raste, difuzija se ubrzava, a samim tim srednje veličine zrno se povećava. Granice zrna se pomiču tako da veća zrna rastu na račun manjih zrna, koja na kraju nestaju. Stoga se završni procesi vruće obrade obično izvode na što nižim temperaturama kako bi se veličina zrna svela na minimum. Topla obrada na niskim temperaturama se često posebno koristi, uglavnom za smanjenje veličine zrna, iako se isti rezultat može postići hladnom obradom praćenom rekristalizacijom.

Homogenizacija. Gore navedeni procesi se javljaju i u čistim metalima i u legurama. Ali postoji niz drugih procesa koji su mogući samo u metalni materijali koji sadrže dvije ili više komponenti. Na primjer, u livenoj leguri gotovo sigurno će postojati nehomogenosti hemijski sastav, što je određeno neravnomjernim procesom očvršćavanja. U leguri koja se skrućuje, sastav čvrste faze se formira na svakom trenutno, nije isto što i u tekućini koja je s njim u ravnoteži. Posljedično, sastav čvrste tvari koja se pojavljuje u početnom trenutku skrućivanja bit će drugačiji nego na kraju skrućivanja, a to dovodi do prostorne heterogenosti sastava na mikroskopskoj skali. Takva heterogenost se eliminira jednostavnim zagrijavanjem, posebno u kombinaciji s mehaničkom deformacijom.

Čišćenje. Iako je čistoća metala prvenstveno određena uslovima topljenja i livenja, čistoća metala se često postiže toplotnom obradom u čvrstom stanju. Nečistoće sadržane u metalu reagiraju na njegovoj površini s atmosferom u kojoj se zagrijava; Dakle, atmosfera vodonika ili drugog redukcionog sredstva može pretvoriti značajan dio oksida u čisti metal. Dubina takvog čišćenja zavisi od sposobnosti nečistoća da difunduju iz zapremine na površinu, pa je stoga određena trajanjem i temperaturom termičke obrade.

Izolacija sekundarnih faza. Većina režima termičke obrade za legure zasniva se na jednom važnom efektu. To je zbog činjenice da rastvorljivost u čvrstom stanju komponenti legure zavisi od temperature. Za razliku od čisti metal, u kojem su svi atomi identični, u dvokomponentnoj, na primjer, čvrstoj otopini, postoje atomi dva različita tipa, nasumično raspoređeni po mjestima kristalne rešetke. Ako povećate broj atoma druge klase, možete doći do stanja u kojem oni ne mogu jednostavno zamijeniti atome prve klase. Ako količina druge komponente prelazi ovu granicu rastvorljivosti u čvrstom stanju, u ravnotežnoj strukturi legure pojavljuju se inkluzije druge faze, koje se razlikuju po sastavu i strukturi od originalnih zrna i obično su raspršene između njih u obliku zasebnih čestica. . Takve čestice druge faze mogu imati snažan utjecaj na fizička svojstva materijala, ovisno o njihovoj veličini, obliku i distribuciji. Ovi faktori se mogu mijenjati toplinskom obradom (toplinskom obradom).

Toplinska obrada je proces obrade proizvoda od metala i legura termičkim djelovanjem u cilju promjene njihove strukture i svojstava u datom smjeru. Ovaj efekat se takođe može kombinovati sa hemijskim, deformacionim, magnetnim itd.

Istorijska pozadina toplinske obrade.
Čovjek koristi toplinsku obradu metala od davnina. Čak iu doba halkolita, koristeći hladno kovanje autohtonog zlata i bakra, primitivni čovjek se suočio s fenomenom kaljenja radom, što je otežavalo izradu proizvoda s tankim oštricama i oštrim vrhovima, a da bi obnovio duktilnost, kovač je morao zagrijati hladno kovani bakar u ognjištu. Najraniji dokazi o upotrebi omekšavajućeg žarenja hladno obrađenog metala datiraju iz kraja 5. milenijuma prije Krista. e. Takvo žarenje u smislu vremena izgleda bila je prva operacija termičke obrade metala. Prilikom izrade oružja i oruđa od željeza proizvedenog postupkom puhanja sira, kovač je u kovačnici na drveni ugalj zagrijao željezo za toplo kovanje. Istovremeno je izvršeno karburiziranje željeza, odnosno došlo je do cementiranja, jednog od vidova hemijsko-termičke obrade. Hlađenjem kovanog proizvoda od karburiziranog željeza u vodi, kovač je otkrio naglo povećanje njegove tvrdoće i poboljšanje drugih svojstava. Gašenje karburiziranog željeza u vodi korišteno je od kraja 2. početka 1. milenijuma prije Krista. e. U Homerovoj „Odiseji“ (8.-7. vek pre nove ere) postoje sledeći stihovi: „Kao ko kovač zaroni užarenu sekiru ili sekiru u hladnu vodu, a gvožđe šišti uz klokotanje; gvožđe je jače od gvožđa, kaljeno u vatri i vodi." U 5. veku BC e. Etruščani su u vodi kačili ogledala napravljena od bronze visokog kalaja (najvjerovatnije da bi poboljšali sjaj tokom poliranja). Cementiranje željeza u drvenom uglju ili organske materije, kaljenje i kaljenje čelika široko su se koristili u srednjem vijeku u proizvodnji noževa, mačeva, turpija i drugih alata. Ne znajući suštinu unutrašnjih transformacija u metalu, srednjovjekovni majstori su postizanje visokih svojstava tokom termičke obrade metala često pripisivali ispoljavanju natprirodnih sila. Sve do sredine 19. veka. Ljudsko znanje o termičkoj obradi metala predstavljalo je skup recepata razvijenih na osnovu vjekovnog iskustva. Potrebe tehnološkog razvoja, a prvenstveno razvoja proizvodnje čeličnih topova, odredile su transformaciju termičke obrade metala iz umjetnosti u nauku. Sredinom 19. stoljeća, kada je vojska nastojala zamijeniti topove od bronze i lijevanog željeza snažnijim čeličnim, problem proizvodnje cijevi topa visoke i zajamčene čvrstoće bio je izuzetno akutan. Unatoč činjenici da su metalurzi poznavali recepte za topljenje i lijevanje čelika, cijevi oružja vrlo često pucaju bez ikakvog razloga. D.K. Černov u Obuhovskoj čeličani u Sankt Peterburgu, proučavajući pod mikroskopom urezane rezove pripremljene od cijevi pištolja i promatrajući pod lupom strukturu lomova na mjestu loma, zaključio je da što je čelik jači, to je njegova struktura finija. Godine 1868. Černov je otkrio unutrašnje strukturne transformacije u hlađenju čelika koje se javljaju na određenim temperaturama. koje je nazvao kritičnim tačkama a i b. Ako se čelik zagrije na temperature ispod tačke a, tada se ne može očvrsnuti, a da bi se dobila finozrnasta struktura, čelik se mora zagrijati na temperature iznad tačke b. Černovljevo otkriće kritičnih tačaka strukturnih transformacija u čeliku omogućilo je naučni odabir načina termičke obrade kako bi se dobila potrebna svojstva čeličnih proizvoda.

Godine 1906. A. Wilm (Njemačka), koristeći duralumin koji je izumio, otkrio je starenje nakon stvrdnjavanja (vidi Starenje metala), najvažniju metodu ojačanja legura za na drugačijoj osnovi(aluminijum, bakar, nikl, gvožđe, itd.). 30-ih godina 20. vek Pojavila se termomehanička obrada ostarjelih legura bakra, a 50-ih godina termomehanička obrada čelika, što je omogućilo značajno povećanje čvrstoće proizvoda. TO kombinovane vrste Toplinska obrada se odnosi na termomagnetnu obradu, koja omogućava, kao rezultat hlađenja proizvoda u magnetskom polju, da se poboljšaju neka od njihovih magnetskih svojstava.

Rezultat brojnih istraživanja promjena u strukturi i svojstvima metala i legura pod termičkim utjecajem bila je koherentna teorija toplinske obrade metala.

Klasifikacija tipova termičke obrade zasniva se na tome koji tip strukturnih promjena u metalu nastaje kada je izložen toplini. Termička obrada metala se deli na samu termičku obradu, koja se sastoji samo od termičkih efekata na metal, hemijsko-termičku, koja kombinuje toplotne i hemijske efekte, i termomehaničku, koja kombinuje toplotne efekte i plastičnu deformaciju. Stvarna termička obrada obuhvata sledeće vrste: žarenje 1. vrste, žarenje 2. vrste, očvršćavanje bez polimorfne transformacije i sa polimorfnom transformacijom, starenje i kaljenje.

Nitriranje je zasićenje površine metalnih dijelova dušikom u cilju povećanja tvrdoće, otpornosti na habanje, granice zamora i otpornosti na koroziju. Nitriranje se primjenjuje na čelik, titan, neke legure, najčešće legirane čelike, posebno krom-aluminij, kao i na čelik koji sadrži vanadij i molibden.
Nitriranje čelika se odvija na temperaturi od 500-650 C u okruženju amonijaka. Iznad 400 C, amonijak počinje da se disocira prema reakciji NH3 3H + N. Nastali atomski dušik difundira u metal, formirajući dušične faze. Na temperaturi nitriranja ispod 591 C, nitrirani sloj se sastoji od tri faze (slika): µ nitrida Fe2N, ³" nitrida Fe4N, ± azotnog ferita koji sadrži oko 0,01% dušika na sobnoj temperaturi. Na temperaturi nitriranja od 600-650 C , moguće je više formiranja i ³-faza, koja se kao rezultat sporog hlađenja raspada na 591 C u eutektoid ± + ³1. i održava se tokom ponovnog zagrijavanja do 500-600 C, što osigurava visoku otpornost na habanje dijelova na povišenim temperaturama debljine 0,2–0,4 mm, potrebno je 20–50 sati mješavina amonijaka i dušika.
Nitriranje titanijumskih legura vrši se na 850-950 C u azotu visoke čistoće (nitriranje u amonijaku se ne koristi zbog povećane lomljivosti metala).

Tokom nitriranja formira se gornji tanki sloj nitrida i čvrsti rastvor azota u ± titanijumu. Dubina sloja nakon 30 sati je 0,08 mm sa površinskom tvrdoćom HV = 800 850 (odgovara 8 8,5 H/m2). Uvođenje određenih legirajućih elemenata u leguru (Al do 3%, Zr 3 5% itd.) povećava brzinu difuzije azota, povećavajući dubinu nitriranog sloja, a hrom smanjuje brzinu difuzije. Nitriranje titanijumskih legura u razređenom azotu omogućava da se dobije dublji sloj bez krhke zone nitrida.
Nitriranje se široko koristi u industriji, uključujući i dijelove koji rade na temperaturama do 500-600 C (obloge cilindara, radilice, zupčanici, parovi kalemova, dijelovi opreme za gorivo itd.).
Lit.: Minkevič A.N., Hemijsko-termička obrada metala i legura, 2. izd., M., 1965.: Guljajev A.P. Nauka o metalu, 4. izd., M., 1966.

Visokofrekventna struja se stvara u instalaciji zahvaljujući induktoru i omogućava zagrijavanje proizvoda smještenog u neposrednoj blizini induktora. Indukcijska instalacija je idealna za kaljenje metalnih proizvoda. Upravo u HDTV instalaciji možete jasno programirati: željenu dubinu prodora topline, vrijeme stvrdnjavanja, temperaturu grijanja i proces hlađenja.

Po prvi put je za kaljenje korišćena indukciona oprema nakon predloga V.P. Volodin 1923. Nakon mnogo ispitivanja i testiranja visokofrekventnog grijanja, počeo je da se koristi za kaljenje čelika 1935. godine. Instalacije za visokofrekventno kaljenje su daleko najproduktivnija metoda termičke obrade metalnih proizvoda.

Zašto je indukcija bolja za kaljenje

Visokofrekventno kaljenje metalnih dijelova provodi se kako bi se povećala otpornost gornjeg sloja proizvoda na mehanička oštećenja, dok je središte obratka imalo povećanu viskoznost. Važno je napomenuti da jezgra proizvoda ostaje potpuno nepromijenjena tijekom visokofrekventnog stvrdnjavanja.
Indukcijska instalacija ima mnoge vrlo važne prednosti u usporedbi s alternativnim vrstama grijanja: ako su ranije HDTV instalacije bile glomaznije i nezgodnije, sada je ovaj nedostatak ispravljen, a oprema je postala univerzalna za toplinsku obradu metalnih proizvoda.

Prednosti indukcijske opreme

Jedan od nedostataka jedinice za indukcijsko očvršćivanje je nemogućnost obrade nekih proizvoda složenih oblika.

Vrste kaljenja metala

Postoji nekoliko vrsta kaljenja metala. Za neke proizvode dovoljno je zagrijati metal i odmah ga ohladiti, dok ga je za druge potrebno držati na određenoj temperaturi.
Postoje sljedeće vrste očvršćavanja:

• Stacionarno otvrdnjavanje: koristi se, u pravilu, za dijelove s malim ravnu površinu. Položaj dijela i induktora kada su u upotrebi ovu metodu otvrdnjavanje ostaje nepromijenjeno.
• Kontinuirano-sekvencijalno kaljenje: koristi se za kaljenje cilindričnih ili ravnih proizvoda. Tokom kontinuiranog uzastopnog očvršćavanja, dio se može pomicati ispod induktora ili zadržati svoj položaj nepromijenjen.
• Tangencijalno stvrdnjavanje proizvoda: odlično za obradu malih dijelova koji imaju cilindrični oblik. Tangencijalno kontinuirano-sekventno stvrdnjavanje okreće proizvod jednom tokom cijelog procesa toplinske obrade.
• Instalacija za visokofrekventno kaljenje je oprema koja može proizvesti visokokvalitetno očvršćivanje proizvoda i istovremeno uštedjeti proizvodne resurse.

Indukcijsko grijanje je metoda beskontaktnog zagrijavanja visokofrekventnim strujama (RFH - radio-frekventno grijanje, zagrijavanje radiofrekventnim valovima) električno provodljivih materijala.

Opis metode.

Indukcijsko grijanje je zagrijavanje materijala električnim strujama koje se induciraju izmjeničnim magnetskim poljem. Posljedično, to je zagrijavanje proizvoda od provodljivih materijala (provodnika) magnetskim poljem induktora (izvora naizmjeničnog magnetskog polja). Indukcijsko grijanje se izvodi na sljedeći način. Električno vodljivi (metalni, grafitni) radni komad postavlja se u takozvani induktor, koji je jedan ili više navoja žice (najčešće bakrene). Snažne struje različitih frekvencija (od desetina Hz do nekoliko MHz) induciraju se u induktoru pomoću posebnog generatora, zbog čega se oko induktora pojavljuje elektromagnetno polje. Elektromagnetno polje indukuje vrtložne struje u radnom komadu. Vrtložne struje zagrijavaju radni predmet pod utjecajem Joule topline (vidi Joule-Lenzov zakon).

Sistem induktor-prazni je transformator bez jezgra u kojem je induktor primarni namotaj. Radni predmet je sekundarni namotaj, kratko spojen. Magnetni tok između namotaja je zatvoren kroz zrak.

Na visokim frekvencijama, vrtložne struje se pomiču magnetskim poljem koje sami stvaraju u tanke površinske slojeve obratka Δ (površinski efekat), zbog čega se njihova gustoća naglo povećava, a radni komad se zagrijava. Donji slojevi metala se zagrijavaju zbog toplinske provodljivosti. Nije bitna struja, već velika gustina struje. U sloju kože Δ, gustina struje opada e puta u odnosu na gustinu struje na površini obratka, dok se 86,4% toplote oslobađa u sloju kože (od ukupnog oslobađanja toplote. Dubina kožnog sloja zavisi od frekvencije zračenja: što je viša frekvencija, to je tanji sloj kože, takođe zavisi od relativne magnetne permeabilnosti μ materijala obratka.

Za gvožđe, kobalt, nikl i magnetne legure na temperaturama ispod Kirijeve tačke, μ ima vrednost od nekoliko stotina do desetina hiljada. Za ostale materijale (taline, obojeni metali, tečni eutektici niskog taljenja, grafit, elektroliti, električno vodljiva keramika, itd.) μ je približno jednako jedinici.

Na primjer, na frekvenciji od 2 MHz, dubina kože za bakar je oko 0,25 mm, za željezo ≈ 0,001 mm.

Induktor postaje veoma vruć tokom rada, jer apsorbuje sopstveno zračenje. Osim toga, apsorbira toplinsko zračenje iz vrućeg radnog predmeta. Induktori su napravljeni od bakarnih cijevi hlađenih vodom. Voda se dovodi usisavanjem - to osigurava sigurnost u slučaju pregaranja ili drugog smanjenja tlaka induktora.

primjena:
Ultra čisto beskontaktno topljenje, lemljenje i zavarivanje metala.
Dobijanje prototipova legura.
Savijanje i termička obrada mašinskih delova.
Izrada nakita.
Obrada sitni dijelovi, koji se može oštetiti plinskim plamenom ili zagrevanjem luka.
Površinsko očvršćavanje.
Kaljenje i termička obrada dijelova složenih oblika.
Dezinfekcija medicinskih instrumenata.

Prednosti.

Zagrijavanje ili topljenje bilo kojeg električno provodljivog materijala velikom brzinom.

Zagrijavanje je moguće u atmosferi zaštitnog plina, u oksidirajućoj (ili redukcijskoj) sredini, u neprovodnoj tekućini ili u vakuumu.

Zagrijavanje kroz zidove zaštitne komore od stakla, cementa, plastike, drveta - ovi materijali vrlo slabo apsorbiraju elektromagnetno zračenje i ostaju hladni tokom rada instalacije. Zagreva se samo električno provodljivi materijal - metal (uključujući otopljeni), ugljenik, provodljiva keramika, elektroliti, tečni metali itd.

Zbog MHD sila koje nastaju, dolazi do intenzivnog miješanja tekućeg metala, sve do zadržavanja suspendiranog u zraku ili zaštitnom plinu - tako se u malim količinama dobijaju ultra čiste legure (levitacijsko topljenje, topljenje u elektromagnetnom lončiću) .

Budući da se grijanje vrši kroz elektromagnetno zračenje, nema kontaminacije radnog komada produktima sagorevanja gorionika u slučaju zagrevanja gasom plamenom, ili materijalom elektrode u slučaju zagrevanja lukom. Postavljanje uzoraka u atmosferu inertnog plina i visoke stope zagrijavanja će eliminirati stvaranje kamenca.

Jednostavna upotreba zbog male veličine induktora.

Induktor se može napraviti posebnog oblika - to će omogućiti ravnomjerno zagrijavanje dijelova složene konfiguracije po cijeloj površini, a da ne dođe do njihovog savijanja ili lokalnog nezagrijavanja.

Lako je provesti lokalno i selektivno grijanje.

Budući da se najintenzivnije zagrijavanje događa u tankim gornjim slojevima obratka, a donji slojevi se zagrijavaju nježnije zbog toplinske provodljivosti, metoda je idealna za površinsko očvršćavanje dijelova (jezgra ostaje viskozna).

Jednostavna automatizacija opreme - ciklusi grijanja i hlađenja, podešavanje i održavanje temperature, dovod i uklanjanje radnih komada.

Indukcijske jedinice za grijanje:

Za instalacije sa radnim frekvencijama do 300 kHz koriste se pretvarači na bazi IGBT sklopova ili MOSFET tranzistori. Takve instalacije su dizajnirane za zagrijavanje velikih dijelova. Za zagrijavanje malih dijelova koriste se visoke frekvencije (do 5 MHz, srednji i kratki talasi), visokofrekventne instalacije su izgrađene na vakuumskim cijevima.

Takođe, za zagrevanje malih delova, grade se visokofrekventne instalacije pomoću MOSFET tranzistora za radne frekvencije do 1,7 MHz. Kontrola tranzistora i njihova zaštita na višim frekvencijama predstavlja određene poteškoće, tako da su postavke viših frekvencija i dalje prilično skupe.

Induktor za zagrijavanje malih dijelova je male veličine i ima nisku induktivnost, što dovodi do smanjenja faktora kvalitete radnog oscilatornog kruga na niskim frekvencijama i smanjenja efikasnosti, a također predstavlja opasnost za glavni oscilator (kvalitet faktor oscilatornog kola je proporcionalan L/C, oscilatorno kolo sa niskim faktorom kvaliteta je previše dobro „napumpano“ energijom, stvara kratak spoj u induktoru i onemogućava glavni oscilator). Za povećanje faktora kvalitete oscilatornog kruga koriste se dva načina:
- povećanje radne frekvencije, što dovodi do složenijih i skupljih instalacija;
- upotreba feromagnetnih umetaka u induktoru; lijepljenje induktora pločama od feromagnetnog materijala.

Pošto induktor najefikasnije radi na visokim frekvencijama, industrijska primjena Indukcijsko grijanje je dobijeno nakon razvoja i početka proizvodnje snažnih generatorskih lampi. Prije Prvog svjetskog rata, indukcijsko grijanje imalo je ograničenu upotrebu. Kao generatori su tada korišćeni visokofrekventni mašinski generatori (rad V.P. Vologdina) ili instalacije za varničko pražnjenje.

Generatorsko kolo može, u principu, biti bilo šta (multivibrator, RC generator, generator sa nezavisnom pobudom, razni relaksacioni generatori), koji radi na opterećenju u obliku zavojnice induktora i ima dovoljnu snagu. Takođe je potrebno da frekvencija oscilovanja bude dovoljno visoka.

Na primjer, da bi se čelična žica promjera 4 mm "rezala" za nekoliko sekundi, potrebna je oscilatorna snaga od najmanje 2 kW na frekvenciji od najmanje 300 kHz.

Shema je odabrana prema sljedećim kriterijima: pouzdanost; stabilnost vibracija; stabilnost snage koja se oslobađa u radnom komadu; jednostavnost proizvodnje; jednostavnost podešavanja; minimalna količina dijelovi za smanjenje troškova; korištenje dijelova koji zajedno rezultiraju smanjenjem težine i dimenzija itd.

Dugi niz decenija se kao generator visokofrekventnih oscilacija koristio induktivni generator sa tri tačke (Hartley generator, generator autotransformatora). povratne informacije, kolo bazirano na induktivnom razdjelniku napona u petlji). Ovo je samouzbudljivi paralelni krug napajanja za anodu i frekventno-selektivni krug napravljen na oscilirajućem krugu. Uspješno se koristi i nastavlja se koristiti u laboratorijama, radionicama nakita, industrijska preduzeća, kao i u amaterskoj praksi. Na primjer, za vrijeme Drugog svjetskog rata na takvim instalacijama vršeno je površinsko kaljenje valjaka tenkova T-34.

Nedostaci tri tačke:

Niska efikasnost (manje od 40% kada se koristi lampa).

Jaka devijacija frekvencije u trenutku zagrevanja obradaka od magnetnih materijala iznad Curie tačke (≈700C) (μ promene), što menja dubinu sloja kože i nepredvidivo menja način termičke obrade. Prilikom termičke obrade kritičnih dijelova, to može biti neprihvatljivo. Također, moćne HDTV instalacije moraju raditi u uskom rasponu frekvencija koje dozvoljava Rossvyazohrankultura, budući da su uz lošu zaštitu zapravo radio predajnici i mogu ometati televizijsko i radio emitovanje, obalne i spasilačke službe.

Prilikom mijenjanja obradaka (na primjer, manjeg u veći), mijenja se induktivnost sistema induktor-obradak, što također dovodi do promjene frekvencije i dubine sloja kože.

Prilikom mijenjanja jednookretnih induktora u višeokretne, na veće ili manje, mijenja se i frekvencija.

Pod vodstvom Babata, Lozinskog i drugih naučnika razvijena su dva i tri kruga generatora koji imaju veću efikasnost (do 70%) i bolje održavaju radnu frekvenciju. Princip njihovog rada je sljedeći. Zbog upotrebe spregnutih kola i slabljenja veze između njih, promjena induktivnosti radnog kruga ne povlači za sobom jaku promjenu frekvencije kruga za podešavanje frekvencije. Radio predajnici su dizajnirani po istom principu.

Moderni HDTV generatori su pretvarači zasnovani na IGBT sklopovima ili snažnim MOSFET tranzistorima, obično napravljeni prema mostu ili polumostnom kolu. Radi na frekvencijama do 500 kHz. Kapije tranzistora se otvaraju pomoću upravljačkog sistema mikrokontrolera. Kontrolni sistem, ovisno o zadatku, omogućava vam automatsko držanje

A) konstantna frekvencija
b) konstantna snaga koja se oslobađa u radnom komadu
c) najveća moguća efikasnost.

Na primjer, kada se magnetni materijal zagrije iznad Curie točke, debljina sloja kože naglo se povećava, gustoća struje opada, a radni komad počinje se zagrijavati gore. Magnetna svojstva materijala također nestaju i proces preokretanja magnetizacije se zaustavlja - radni komad se počinje zagrijavati gore, otpor opterećenja naglo se smanjuje - to može dovesti do "širenja" generatora i njegovog kvara. Upravljački sistem prati prelaz kroz Curie tačku i automatski povećava frekvenciju kada se opterećenje naglo smanji (ili smanji snagu).

Bilješke.

Ako je moguće, induktor bi trebao biti smješten što bliže radnom komadu. Ovo ne samo da povećava gustinu elektromagnetnog polja u blizini radnog komada (proporcionalno kvadratu udaljenosti), već i povećava faktor snage Cos(φ).

Povećanje frekvencije naglo smanjuje faktor snage (proporcionalno kocki frekvencije).

Prilikom zagrijavanja magnetnih materijala, dodatna toplina se također oslobađa zbog preokretanja magnetizacije njihovo zagrijavanje do Curie tačke je mnogo efikasnije.

Prilikom proračuna induktora potrebno je uzeti u obzir induktivnost sabirnica koje vode do induktora, koja može biti mnogo veća od induktivnosti same prigušnice (ako je induktor izrađen u obliku jednog zavoja malog promjera ili čak i dio zavoja - luk).

Postoje dva slučaja rezonancije u oscilatornim krugovima: rezonancija napona i rezonancija struje.
Paralelno oscilatorno kolo – strujna rezonanca.
U ovom slučaju, napon na zavojnici i na kondenzatoru je isti kao napon generatora. U rezonanciji, otpor kola između tačaka grananja postaje maksimalan, a struja (I ukupno) kroz otpor opterećenja Rn će biti minimalna (struja unutar kola I-1l i I-2s je veća od struje generatora).

U idealnom slučaju, impedansa petlje je beskonačna - kolo ne crpi struju iz izvora. Kada se frekvencija generatora promijeni u bilo kojem smjeru od rezonantne frekvencije, impedancija kola se smanjuje, a struja linije (I ukupno) raste.

Serijski oscilatorni krug – rezonancija napona.

Glavna karakteristika serijskog rezonantnog kola je da je njegova impedancija minimalna na rezonanciji. (ZL + ZC – minimum). Prilikom podešavanja frekvencije iznad ili ispod rezonantne frekvencije, impedancija se povećava.
zaključak:
U paralelnom kolu na rezonanciji, struja kroz terminale kola je 0, a napon je maksimalan.
U serijskom kolu, naprotiv, napon teži nuli, a struja je maksimalna.

Članak je preuzet sa web stranice http://dic.academic.ru/ i revidiran u čitaocu razumljiviji tekst od strane kompanije Prominductor LLC.