Den smarte hærdemetode Niels Lyth

Transkript

1 Induktionshærdning FMV 4. Nov 2010 Den smarte hærdemetode Niels Lyth Hvorfor overfladehærdning Høj hårdhed imødegåelse af slid Hård overflade sej kerne Trykspændinger i overflade forbedret udmattelsesstyrke ved bøjningsbelastning 1 2 Shot-peening Skydning af små korn (grids) (0,2-1mm) Plastisk deformation i overfladen der giver trykspændinger Forbedrer udmattelsesstyrken ved bøjning Laserhærdning Flammehærdning 3 4 Hvad siger vores leksikon: Induktionshærdning, overfladehærdning af metaller, hvor opvarmningen etableres med en induktor. Induktionshærdning er sammen med flamme- og laserhærdning almindeligt brugte metoder til at omdanne 0,2-1 mm tykke overfladelag til en hård og slidstærk martensit. Ofte opnås tillige en forhøjet udmattelsesstyrke pga. de opståede egenspændinger... Induktionshærdning anvendes fx til tandhjulstænder, koblingsdele og sliddele udført i stål med 0,35-0,55% kulstof (evt. legeret) eller i perlitisk støbejern. Induktionshærdning Hvirvelstrømmene dannes først og fremmest i overfladen og hindrer magnetfeltet i at nå længere ind i materialet og inducere hvirvelstrømme. Dette kaldes skin effect Jo højere frekvens jo kraftigere skin effect Når der sendes strøm igennem spolen induceres der et magnetfelt. Ved at pålægge en vekselstrøm ændres magnetfeltet. Ved disse ændringer i magnetfeltet induceres hvirvelstrømme (eddy currents) i materialet. Disse hvirvelstrømme skaber et magnetisk felt som hele tiden forsøger at modvirke ændringerne i magnetfeltet. Hvirvelstrømmene genererer varme P = R I 2 = 2 U R 5 6 1

2 Dansk proces? induktionskomfur, komfur, hvor der under hvert kogefelt er placeret en induktionsspole. En højfrekvent vekselstrøm gennem spolen inducerer hvirvelstrømme i grydens eller pandens bund, når denne består af et magnetiserbart materiale, fx jern. Hvirvelstrømmene opvarmer materialet og dermed indholdet i kogegrejet. Metoden er andre kogeteknikker overlegen både mht. lavt energiforbrug og kort opvarmningstid. 7 8 Den generede varme trænger langsomt ind i stålet og varmer det op til hærdetemperaturen Hærdedybden af hænger af: ρ Indtræningsdybe = k * µ * f HV ρ : Matr. Resistens (elektrisk ledningsmodstand) µ :Matr permabilitet (evne til at magnetisere) HV 400 Dybde 9 10 Hærdedybde MF HF Hvorfor er det smart? Lokal hærdning på detaljen Relativ små formforandringer God reproducerbarhed Økonomisk attraktiv Miljø venlig Kort gennemløbstid Automatiseringsegnet

3 Når vi skal se på evnen til at skabe martensit kan man lave en Jominy prøve. Jominy kurve for Ck Legeringselementernes betydning: Desoxidationsmidler: Si, Al Øger hærdbarheden: Cr, Mo, W, Ni, Mn Øger styrke ved udskillelseshærdning: Cr, Mo, V Øger styrke ved opløsningshærdning: Ni, Si Øger sejhed: Ni, V(ved kornforfining) Mindsker risiko for anløbningsskørhed: Mo Forbedrer spåntagende egenskaber: S, Pb

4 For at kunne danne martensit er der en vis kølehastighed der skal overholdes, dette kaldes den kritiske kølehastighed. Den kritiske kølehastighed afhænger af legeringsindholdet i det givne stål. Legeringselementer, der øger hærdbarheden Mn Cr Mo Ni Typiske stål til induktionshærdning : CK 35* (0,35C; 0,8Mn; x Cr, typisk ikke med vilje ),max 4mm, HRC CK 45 (0,45 C; 0,8Mn; x Cr) max 4 mm, HRC CrMo4 (0,42C;0,25Mo;0,8Mn;1Cr) max 6 mm, HRC CrNiMo6 (0,34C;0,7Mn;1,55Cr;1,55Ni) >6 mm, HRC *: 0,32-0,39 CK 45 og 42 CrMo 4 : 70% af al stål, der induktionshærdes i DK

5

6 31 32 HF 75kW 325kHz MF 200kW 10-20kHz