Călirea prin inducție a arborilor: Călire superficială pentru 1045 și 4140

Cum funcționează

O bobină inductoare care transportă curent alternativ de înaltă frecvență înconjoară arborele. Curentul induce curenți turbionari în suprafața oțelului, încălzind o peliculă subțire peste temperatura de transformare în câteva secunde; o călire imediată prin pulverizare cu apă sau polimer transformă acea peliculă în martensită dură. Cea mai mare parte a arborelui nu se încălzește niciodată, astfel încât își păstrează proprietățile inițiale — adesea precălite și revenite.

Frecvența stabilește adâncimea stratului

Curentul indus se concentrează aproape de suprafață, iar adâncimea încălzită scade pe măsură ce frecvența crește. Aceasta este relația centrală de proiectare a procesului:

• Frecvențe joase (câțiva kHz, mașini de frecvență medie): straturi profunde, aproximativ clasa 2–6 mm, pentru arbori mari și fusuri grele.
• Frecvențe înalte (sute de kHz): straturi superficiale, fracțiuni de milimetru până la aproximativ 1.5 mm, pentru piese mici și detalii fine.

În practică, adâncimea stratului este specificată la o limită de duritate (ca și la cementare, adesea 550 HV), iar mașina, frecvența și timpul de încălzire sunt alese pentru a o atinge cu o zonă de tranziție care nu străpunge nicăieri în model către o suprafață moale, necălită.

Oțelurile

Oțelurile cu conținut mediu de carbon sunt specificate deoarece duritatea în stare călită provine din carbon:

• 1045 / C45 — standardul economic; duritatea suprafeței, de obicei, la mijlocul decadei 50 HRC, miezul lăsat în stare laminată sau normalizată.
• 4140 / 42CrMo4 — folosit precălit și revenit atunci când miezul trebuie să suporte sarcini reale; stratul prin inducție adaugă rezistență la uzură și la oboseală peste un substrat rezistent, iar conținutul său de elemente de aliere lărgește fereastra procesului.

Un conținut de carbon sub aproximativ 0.35% oferă o duritate a suprafeței dezamăgitoare; mult peste 0.6% crește riscul de fisurare la călire.

Modele și zone moi

Un inductor cu baleiaj călește o bandă pe măsură ce se deplasează de-a lungul arborelui, lăsând o zonă de ieșire acolo unde baleiajul începe și se oprește, iar benzile călite de pe arborii complecși sunt separate prin zone moi — la umeri, degajări și între detalii adiacente — deoarece bobina nu poate încălzi uniform un colț interior ascuțit, iar baleiajele suprapuse ar reveni banda anterioară. O proiectare bună tratează acestea ca fapte, nu ca defecte:

• Mențineți suprafețele de contact ale etanșărilor și rulmenților în interiorul modelului călit, departe de zonele de ieșire.
• Plasați zonele moi acolo unde tensiunea de încovoiere și uzura sunt scăzute.
• Fiți atenți la detaliile sensibile la fisurare — canalele de pană, găurile transversale și racordările ascuțite din interiorul zonei încălzite necesită teșituri și încercări ale procesului.

De ce să o alegeți

Comparativ cu cementarea, călirea prin inducție este rapidă, locală, ușor de automatizat în linie și se aplică după cea mai mare parte a prelucrării. Ea renunță la stratul profund, cu gradient treptat, al cementării în schimbul vitezei și selectivității — la arbori, acesta este, de obicei, compromisul potrivit.

Stratul călit poartă, de asemenea, tensiune reziduală de compresiune, deoarece stratul de martensită expandat este constrâns de miezul neschimbat. Această compresiune reprezintă o mare parte din motivul pentru care fusurile și racordările călite prin inducție prezintă o durată de viață la oboseală prin încovoiere și torsiune semnificativ mai bună decât echivalentele călite în profunzime sau netratate — cu condiția ca modelul călit să acopere de fapt concentrarea de tensiuni, ceea ce este o decizie de proiectare, nu un accident al procesului.