Induksjonsherding av aksler: Overflateherding av 1045 og 4140

Slik fungerer det

En induktorspole som fører høyfrekvent vekselstrøm, omgir akselen. Strømmen induserer virvelstrømmer i ståloverflaten, og varmer et tynt skinn over omdanningstemperaturen på sekunder; en umiddelbar bråkjøling med vann- eller polymerspray omdanner det skinnet til hard martensitt. Hoveddelen av akselen blir aldri varm, så den beholder sine opprinnelige — ofte forherdede og anløpte — egenskaper.

Frekvensen fastsetter settdybden

Den induserte strømmen konsentrerer seg nær overflaten, og den oppvarmede dybden faller etter hvert som frekvensen stiger. Dette er det sentrale designforholdet i prosessen:

• Lave frekvenser (noen få kHz, mellomfrekvensmaskiner): dype sett, omtrent i klassen 2–6 mm, for store aksler og tunge lagertapper.
• Høye frekvenser (hundrevis av kHz): grunne sett, brøkdeler av en millimeter til omtrent 1.5 mm, for små deler og fine detaljer.

I praksis spesifiseres settdybden til en hardhetsgrense (som ved karburering, ofte 550 HV), og maskinen, frekvensen og oppvarmingstiden velges for å treffe den med en overgangssone som ikke bryter gjennom til myk, uherdet overflate noe sted i mønsteret.

Stålene

Middels karbonholdige stål spesifiseres fordi hardheten i herdet tilstand kommer fra karbon:

• 1045 / C45 — den økonomiske standarden; overflatehardhet vanligvis i midten av 50-tallet HRC, kjernen etterlatt som valset eller normalisert.
• 4140 / 42CrMo4 — brukes forherdet og anløpt når kjernen må bære reelle belastninger; induksjonssettet tilfører slitasje- og utmattingsmotstand oppå et sterkt substrat, og legeringsinnholdet utvider prosessvinduet.

Karbon under omtrent 0.35% gir skuffende overflatehardhet; mye over 0.6% øker risikoen for herdesprekker.

Mønstre og myke soner

En skannende induktor herder et bånd mens den beveger seg langs akselen, og etterlater en utløpssone der skanningen starter og stopper, og de herdede båndene på komplekse aksler er adskilt av myke soner — ved skuldre, underskjæringer og mellom tilstøtende detaljer — fordi spolen ikke kan varme et skarpt innvendig hjørne jevnt, og overlappende skanninger ville anløpe det forrige båndet på nytt. God design behandler disse som fakta, ikke feil:

• Hold tetnings- og lagerkontaktflater inne i det herdede mønsteret, borte fra utløp.
• Legg myke soner der bøyespenning og slitasje er lav.
• Vær oppmerksom på sprekkfølsomme detaljer — kilespor, tverrhull og skarpe fileter inne i den oppvarmede sonen trenger faser og prosessforsøk.

Hvorfor velge det

Sammenlignet med karburering er induksjonsherding rask, lokal, lett å automatisere i linjen, og brukes etter det meste av maskineringen. Den bytter bort det dype, gradvis graderte settet fra karburering mot hastighet og selektivitet — på aksler er det vanligvis den riktige avveiningen.

Det herdede settet bærer også trykk-restspenninger, fordi det utvidede martensittlaget holdes tilbake av den uendrede kjernen. Den kompresjonen er en stor del av grunnen til at induksjonsherdede lagertapper og fileter viser markant bedre bøye- og torsjonsutmattingslevetid enn gjennomherdede eller ubehandlede tilsvarende deler — forutsatt at det herdede mønsteret faktisk dekker spenningskonsentrasjonen, noe som er en designbeslutning, ikke en prosessulykke.