Tôi Cảm Ứng cho Trục: Hóa Bền Bề Mặt Thép 1045 và 4140

Cách thức hoạt động

Một cuộn cảm ứng mang dòng điện xoay chiều tần số cao bao quanh trục. Dòng điện cảm ứng dòng điện xoáy trong bề mặt thép, nung nóng một lớp mỏng trên nhiệt độ chuyển biến trong vài giây; quá trình tôi bằng phun nước hoặc polymer ngay sau đó chuyển lớp mỏng đó thành martensit cứng. Phần lớn trục không bao giờ nóng lên, vì vậy nó giữ nguyên tính chất ban đầu — thường đã được hóa bền trước và ram.

Tần số thiết lập chiều sâu lớp cứng

Dòng điện cảm ứng tập trung gần bề mặt, và chiều sâu được nung nóng giảm khi tần số tăng. Đây là mối quan hệ thiết kế trung tâm của quy trình:

• Tần số thấp (vài kHz, máy tần số trung bình): lớp cứng sâu, thuộc lớp khoảng 2–6 mm, cho trục lớn và cổ trục nặng.
• Tần số cao (hàng trăm kHz): lớp cứng nông, từ phần nhỏ của một milimet đến khoảng 1.5 mm, cho các chi tiết nhỏ và đặc điểm tinh xảo.

Trong thực tế, chiều sâu lớp cứng được chỉ định đến một giới hạn độ cứng (giống như thấm carbon, thường là 550 HV) và máy, tần số và thời gian nung nóng được lựa chọn để đạt được nó với một vùng chuyển tiếp không xuyên thủng vào bề mặt mềm, chưa hóa bền ở bất kỳ đâu trong vùng hóa bền.

Các loại thép

Thép carbon trung bình được chỉ định vì độ cứng ở trạng thái vừa tôi đến từ carbon:

• 1045 / C45 — tiêu chuẩn tiết kiệm; độ cứng bề mặt thường ở giữa mức 50 HRC, lõi để ở trạng thái vừa cán hoặc thường hóa.
• 4140 / 42CrMo4 — được dùng ở trạng thái đã hóa bền trước và ram khi lõi phải chịu tải thực sự; lớp tôi cảm ứng bổ sung khả năng chống mài mòn và mỏi trên một nền chắc khỏe, và hàm lượng hợp kim của nó mở rộng cửa sổ quy trình.

Carbon dưới khoảng 0.35% cho độ cứng bề mặt đáng thất vọng; cao hơn nhiều so với 0.6% làm tăng rủi ro nứt tôi.

Vùng hóa bền và vùng mềm

Một cuộn cảm ứng quét hóa bền một dải khi nó di chuyển dọc theo trục, để lại một vùng chạy ra nơi quá trình quét bắt đầu và dừng lại, và các dải đã hóa bền trên các trục phức tạp được ngăn cách bởi vùng mềm — tại vai trục, rãnh hạ bậc và giữa các đặc điểm kề nhau — vì cuộn dây không thể nung nóng đồng đều một góc trong sắc nhọn và các lần quét chồng chéo sẽ ram lại dải trước đó. Thiết kế tốt coi những điều này là thực tế, không phải khuyết tật:

• Giữ các bề mặt tiếp xúc của phớt và ổ lăn bên trong vùng hóa bền, tránh xa vùng chạy ra.
• Đặt vùng mềm tại nơi ứng suất uốn và mài mòn thấp.
• Cảnh giác với các đặc điểm nhạy cảm với nứt — rãnh then, lỗ ngang và góc lượn sắc nhọn bên trong vùng nung nóng cần vát mép và thử nghiệm quy trình.

Vì sao chọn phương pháp này

So với thấm carbon, tôi cảm ứng nhanh, cục bộ, dễ dàng tự động hóa trong dây chuyền, và áp dụng sau hầu hết gia công cơ khí. Nó đánh đổi lớp thấm sâu, phân cấp dần dần của thấm carbon để lấy tốc độ và tính chọn lọc — trên trục, đó thường là sự đánh đổi đúng đắn.

Lớp đã hóa bền cũng mang ứng suất dư nén, vì lớp martensit giãn nở bị lõi không thay đổi kìm giữ. Lực nén đó là phần lớn lý do vì sao các cổ trục và góc lượn được tôi cảm ứng cho tuổi thọ mỏi uốn và xoắn tốt hơn rõ rệt so với các chi tiết tương đương được tôi xuyên hoặc không được xử lý — với điều kiện vùng hóa bền thực sự bao phủ điểm tập trung ứng suất, điều này là một quyết định thiết kế, không phải một tai nạn quy trình.