การชุบแข็งด้วยการเหนี่ยวนำสำหรับเพลา: การทำผิวแข็งของ 1045 และ 4140

วิธีการทำงาน

ขดลวดเหนี่ยวนำที่มีกระแสสลับความถี่สูงล้อมรอบเพลา กระแสจะเหนี่ยวนำกระแสวนในผิวเหล็ก ให้ความร้อนแก่ผิวบาง ๆ เหนืออุณหภูมิการเปลี่ยนรูปภายในไม่กี่วินาที การสเปรย์ชุบแข็งด้วยน้ำหรือโพลิเมอร์ทันทีจะเปลี่ยนผิวนั้นให้เป็นมาร์เทนไซต์แข็ง ส่วนใหญ่ของเพลาไม่เคยร้อนขึ้น จึงยังคงสมบัติเดิมไว้ — ซึ่งมักผ่านการชุบแข็งและอบคืนตัวไว้ก่อน

ความถี่กำหนดความลึกของชั้นผิวแข็ง

กระแสเหนี่ยวนำรวมตัวอยู่ใกล้ผิว และความลึกที่ได้รับความร้อนจะลดลงเมื่อความถี่เพิ่มขึ้น นี่คือความสัมพันธ์หลักในการออกแบบของกระบวนการนี้:

• ความถี่ต่ำ (ไม่กี่ kHz เครื่องความถี่ปานกลาง): ชั้นผิวแข็งลึก ประมาณระดับ 2–6 mm สำหรับเพลาขนาดใหญ่และวารสารงานหนัก
• ความถี่สูง (หลายร้อย kHz): ชั้นผิวแข็งตื้น ตั้งแต่เศษส่วนของมิลลิเมตรถึงประมาณ 1.5 mm สำหรับชิ้นงานขนาดเล็กและลักษณะละเอียด

ในทางปฏิบัติ ความลึกของชั้นผิวแข็งถูกกำหนดไว้ที่ขีดจำกัดความแข็ง (เช่นเดียวกับการคาร์บูไรซิง มักเป็น 550 HV) และเครื่องจักร ความถี่ และเวลาให้ความร้อนจะถูกเลือกเพื่อให้บรรลุค่านั้น โดยมีโซนเปลี่ยนผ่านที่ไม่ทะลุเข้าไปสู่ผิวที่อ่อนและไม่ผ่านการชุบแข็ง ณ จุดใด ๆ ในรูปแบบ

เหล็กที่ใช้

เหล็กคาร์บอนปานกลางถูกกำหนดเพราะความแข็งเท่าที่ชุบแข็งได้มาจากคาร์บอน:

• 1045 / C45 — มาตรฐานที่ประหยัด ความแข็งที่ผิวโดยทั่วไปอยู่ในช่วงกลางของ 50 HRC แกนกลางปล่อยไว้ในสภาวะหลังรีดหรือนอร์มัลไลซิง
• 4140 / 42CrMo4 — ใช้ในสภาวะชุบแข็งและอบคืนตัวไว้ก่อน เมื่อแกนกลางต้องรับภาระจริง ชั้นผิวแข็งจากการเหนี่ยวนำเพิ่มความทนการสึกหรอและความล้าบนพื้นผิวรองรับที่แข็งแรง และปริมาณธาตุผสมของมันช่วยขยายช่วงของกระบวนการ

คาร์บอนต่ำกว่าประมาณ 0.35% ให้ความแข็งที่ผิวน่าผิดหวัง สูงกว่า 0.6% มากจะเพิ่มความเสี่ยงของการแตกร้าวจากการชุบแข็ง

รูปแบบและโซนอ่อน

ตัวเหนี่ยวนำแบบสแกนจะชุบแข็งแถบหนึ่งขณะที่มันเคลื่อนไปตามเพลา โดยทิ้ง โซนสิ้นสุดการสแกน ไว้ที่จุดที่การสแกนเริ่มต้นและหยุด และแถบที่ชุบแข็งบนเพลาที่ซับซ้อนจะถูกคั่นด้วย โซนอ่อน — ที่บ่า ร่องหลบ และระหว่างลักษณะที่อยู่ติดกัน — เพราะขดลวดไม่สามารถให้ความร้อนแก่ มุมภายในที่แหลมคมได้อย่างสม่ำเสมอ และการสแกนที่ทับซ้อนกันจะอบคืนตัวแถบก่อนหน้า การออกแบบที่ดีถือว่าสิ่งเหล่านี้เป็นข้อเท็จจริง ไม่ใช่ข้อบกพร่อง:

• รักษาผิวสัมผัสของซีลและแบริ่งให้อยู่ภายในรูปแบบที่ชุบแข็ง ห่างจากจุดสิ้นสุดการสแกน
• วางโซนอ่อนไว้ในจุดที่ความเค้นดัดและการสึกหรอต่ำ
• ระวังลักษณะที่ไวต่อการแตกร้าว — ร่องลิ่ม รูขวาง และมุมโค้งแหลมภายในโซนที่ได้รับความร้อนต้องการการลบมุมและการทดลองกระบวนการ

เหตุใดจึงเลือกวิธีนี้

เมื่อเทียบกับการคาร์บูไรซิง การชุบแข็งด้วยการเหนี่ยวนำรวดเร็ว เฉพาะจุด ทำเป็นระบบอัตโนมัติในสายการผลิตได้ง่าย และใช้หลังจากการกลึงส่วนใหญ่แล้ว มันแลกชั้นผิวแข็งที่ลึกและไล่ระดับอย่างค่อยเป็นค่อยไปของการคาร์บูไรซิงกับความเร็วและการเลือกเฉพาะจุด — สำหรับเพลา นั่นมักเป็นการแลกเปลี่ยนที่ถูกต้อง

ชั้นผิวแข็งที่ชุบแล้วยังมี ความเค้นตกค้างแบบอัด เพราะชั้นมาร์เทนไซต์ที่ขยายตัวถูกยับยั้งโดยแกนกลางที่ไม่เปลี่ยนแปลง แรงอัดนั้นเป็นส่วนสำคัญมากของเหตุผลว่าทำไมวารสารและมุมโค้งที่ผ่านการชุบแข็งด้วยการเหนี่ยวนำจึงแสดงอายุความล้าจากการดัดและการบิดที่ดีกว่าอย่างเห็นได้ชัด เมื่อเทียบกับแบบที่ชุบแข็งตลอดทั้งชิ้นหรือไม่ได้อบชุบ — โดยมีเงื่อนไขว่ารูปแบบที่ชุบแข็งครอบคลุมจุดรวมความเค้นจริง ๆ ซึ่งเป็น การตัดสินใจในการออกแบบ ไม่ใช่อุบัติเหตุของกระบวนการ