Pengerasan Induksi pada Poros: Pengerasan Kulit 1045 dan 4140

Cara kerjanya

Kumparan induktor yang membawa arus bolak-balik frekuensi tinggi mengelilingi poros. Arus menginduksi arus eddy pada permukaan baja, memanaskan kulit tipis di atas suhu transformasi dalam hitungan detik; semprotan celup air atau polimer segera setelahnya mengubah kulit tersebut menjadi martensit keras. Sebagian besar poros tidak pernah menjadi panas, sehingga mempertahankan sifat aslinya — sering kali telah dikeraskan dan ditemper sebelumnya.

Frekuensi menentukan kedalaman kulit

Arus terinduksi terkonsentrasi di dekat permukaan, dan kedalaman yang dipanaskan menurun seiring kenaikan frekuensi. Ini adalah hubungan perancangan sentral dari proses ini:

• Frekuensi rendah (beberapa kHz, mesin frekuensi menengah): kulit dalam, kira-kira kelas 2–6 mm, untuk poros besar dan jurnal berat.
• Frekuensi tinggi (ratusan kHz): kulit dangkal, fraksi milimeter hingga sekitar 1.5 mm, untuk komponen kecil dan fitur halus.

Dalam praktiknya, kedalaman kulit ditentukan hingga batas kekerasan (seperti karburisasi, sering kali 550 HV) dan mesin, frekuensi, serta waktu pemanasan dipilih untuk mencapainya dengan zona transisi yang tidak menembus ke permukaan lunak yang tidak dikeraskan di mana pun dalam pola.

Bajanya

Baja karbon menengah ditentukan karena kekerasan hasil celup berasal dari karbon:

• 1045 / C45 — standar yang ekonomis; kekerasan permukaan biasanya di pertengahan 50-an HRC, inti dibiarkan dalam kondisi hasil rol atau ternormalisasi.
• 4140 / 42CrMo4 — digunakan dalam kondisi telah dikeraskan dan ditemper sebelumnya ketika inti harus memikul beban nyata; kulit induksi menambahkan ketahanan aus dan ketahanan lelah di atas substrat yang kuat, dan kandungan paduannya memperluas jendela proses.

Karbon di bawah sekitar 0.35% memberikan kekerasan permukaan yang mengecewakan; jauh di atas 0.6% meningkatkan risiko retak celup.

Pola dan zona lunak

Induktor pemindai mengeraskan suatu pita saat bergerak sepanjang poros, meninggalkan zona run-out di mana pemindaian dimulai dan berhenti, dan pita yang dikeraskan pada poros kompleks dipisahkan oleh zona lunak — pada bahu, undercut, dan di antara fitur yang berdekatan — karena kumparan tidak dapat memanaskan sudut internal yang tajam secara seragam dan pemindaian yang tumpang tindih akan men-temper ulang pita sebelumnya. Perancangan yang baik memperlakukan hal ini sebagai fakta, bukan cacat:

• Jaga permukaan kontak segel dan bantalan di dalam pola yang dikeraskan, jauh dari run-out.
• Tempatkan zona lunak di mana tegangan lentur dan keausan rendah.
• Perhatikan fitur yang sensitif terhadap retak — alur pasak, lubang silang, dan fillet tajam di dalam zona yang dipanaskan memerlukan chamfer dan uji coba proses.

Mengapa memilihnya

Dibandingkan dengan karburisasi, pengerasan induksi cepat, lokal, mudah diotomatisasi secara in-line, dan diterapkan setelah sebagian besar pemesinan. Proses ini menukar kulit karburisasi yang dalam dan bergradasi bertahap dengan kecepatan dan selektivitas — pada poros, itu biasanya pertukaran yang tepat.

Kulit yang dikeraskan juga membawa tegangan sisa tekan, karena lapisan martensit yang mengembang terkekang oleh inti yang tidak berubah. Tekanan tersebut adalah sebagian besar alasan mengapa jurnal dan fillet hasil pengerasan induksi menunjukkan umur lelah lentur dan torsi yang jauh lebih baik dibandingkan padanan hasil pengerasan menyeluruh atau tanpa perlakuan — asalkan pola yang dikeraskan benar-benar menutupi konsentrasi tegangan, yang merupakan keputusan perancangan, bukan kecelakaan proses.