高周波焼入れ表面プロセス

高周波焼入れ表面プロセスのアプリケーション

高周波焼入れとは何ですか?

高周波焼入れ は、十分な炭素含有量の金属部品が誘導場で加熱され、その後急速に冷却される熱処理の形式です。 これにより、部品の硬度と脆性の両方が向上します。 誘導加熱により、所定の温度に局所的に加熱することができ、硬化プロセスを正確に制御することができます。 したがって、プロセスの再現性が保証されます。 通常、高周波焼入れは、機械的特性を維持しながら、優れた表面耐摩耗性を必要とする金属部品に適用されます。 高周波焼入れプロセスが達成された後、表面層の特定の特性を得るために、金属ワークピースを水、油、または空気中で急冷する必要があります。

高周波焼入れ表面プロセス

高周波焼入れ 金属部品の表面を迅速かつ選択的に硬化させる方法です。 かなりのレベルの交流電流を運ぶ銅コイルが部品の近くに配置されます(接触しません)。 熱は、渦電流とヒステリシス損失によって表面とその近くで発生します。 急冷は、通常、ポリマーなどの添加物を含む水ベースで、部品に向けられるか、または水中に沈められます。 これにより、構造がマルテンサイトに変換されます。これは、以前の構造よりもはるかに困難です。

人気のある最新タイプの高周波焼入れ装置はスキャナーと呼ばれます。 パーツは中心の間に保持され、回転され、熱とクエンチの両方を提供するプログレッシブコイルを通過します。 焼入れはコイルの下に向けられるため、部品の任意の領域は加熱直後に急速に冷却されます。 電力レベル、滞留時間、スキャン(フィード)レート、およびその他のプロセス変数は、コンピューターによって正確に制御されます。

肌焼きプロセスは、影響を受けないコア微細構造を維持しながら、硬化した表面層を作成することにより、耐摩耗性、表面硬度、および疲労寿命を向上させるために使用されます。

高周波焼入れ 特定の領域の鉄部品の機械的特性を向上させるために使用されます。 典型的なアプリケーションは、パワートレイン、サスペンション、エンジンコンポーネント、およびスタンピングです。 高周波焼入れは、保証請求/現場での故障の修復に優れています。 主な利点は、コンポーネントを再設計することなく、局所的な領域での強度、疲労、および耐摩耗性が向上することです。

高周波焼入れの恩恵を受けることができるプロセスと産業:

  • 熱処理

  • チェーン硬化

  • チューブ&パイプ硬化

  • 造船

  • 航空産業

  • 鉄道

  • 自動車産業

  • 再生可能エネルギー

高周波焼入れの利点:

重い負荷がかかるコンポーネントに適しています。 誘導は、非常に高い負荷を処理できる深いケースで高い表面硬度を与えます。 非常に丈夫な外層に囲まれたソフトコアの開発により、疲労強度が向上します。 これらの特性は、ねじり荷重を受ける部品や衝撃力を受ける表面に適しています。 誘導処理は一度にXNUMXつの部品で実行されるため、部品から部品への非常に予測可能な寸法移動が可能になります。

  • 温度と硬化深さの正確な制御

  • 制御された局所的な加熱

  • 生産ラインに簡単に統合

  • 高速で再現性のあるプロセス

  • 各ワークピースは、正確に最適化されたパラメータによって硬化できます

  • エネルギー効率の高いプロセス

誘導で硬化できる鋼およびステンレス鋼のコンポーネント:

ファスナー、フランジ、ギア、ベアリング、チューブ、内輪および外輪、クランクシャフト、カムシャフト、ヨーク、ドライブシャフト、出力シャフト、スピンドル、トーションバー、旋回リング、ワイヤー、バルブ、削岩機など。

耐摩耗性の向上

硬度と耐摩耗性の間には直接的な相関関係があります。 材料の初期状態が焼鈍されたか、より柔らかい状態に処理されたと仮定すると、部品の耐摩耗性は高周波焼入れとともに大幅に増加します。

ソフトコアと表面の残留圧縮応力による強度と疲労寿命の向上

圧縮応力(通常は正の属性と見なされます)は、表面近くの硬化した構造がコアおよび以前の構造よりもわずかに多くの体積を占める結果です。

部品は後に焼き戻しされる場合があります 高周波焼入れ 必要に応じて硬度レベルを調整します

マルテンサイト構造を生成する他のプロセスと同様に、焼き戻しは硬度を下げ、脆性を減らします。

タフコアのディープケース

一般的なケースの深さは.030 "– .120"で、浸炭、浸炭窒化、および臨界未満の温度で実行されるさまざまな形態の窒化などのプロセスよりも平均して深くなっています。 アクセルなどの特定のプロジェクト、または多くの材料が摩耗した後でもまだ役立つ部品の場合、ケースの深さは最大½インチ以上になることがあります。

マスキングを必要としない選択的硬化プロセス

溶接後または機械加工後の領域は柔らかく保たれます–これを達成できる他の熱処理プロセスはほとんどありません。

比較的最小限の歪み

例:長さ1”Øx40”のシャフト。2つの等間隔のジャーナルがあり、それぞれの長さは4”で、耐荷重性と耐摩耗性のサポートが必要です。 高周波焼入れは、これらの表面だけで実行され、合計長さはXNUMXインチです。 従来の方法では(または、高周波焼入れで全長を硬化させた場合)、反りが大幅に増加します。

1045などの低コスト鋼の使用を許可します

高周波焼入れされる部品に使用される最も一般的な鋼は1045です。これは容易に機械加工でき、低コストであり、公称炭素含有量が0.45%であるため、58 HRC +まで高周波焼入れできます。 また、治療中にひびが入るリスクも比較的低くなります。 このプロセスの他の一般的な材料は、1141 / 1144、4140、4340、ETD150、およびさまざまな鋳鉄です。

高周波焼入れの制限

部品の形状に関連する誘導コイルと工具が必要です

部品とコイルの結合距離は加熱効率にとって重要であるため、コイルのサイズと輪郭は慎重に選択する必要があります。 ほとんどの治療者は、シャフト、ピン、ローラーなどの丸い形状を加熱するための基本的なコイルの武器を持っていますが、プロジェクトによっては、カスタムコイルが必要になる場合があり、場合によっては数千ドルの費用がかかります。 中規模から大量のプロジェクトでは、部品あたりの処理コストを削減できるという利点により、コイルのコストを簡単に相殺できます。 その他の場合、プロセスのエンジニアリング上の利点がコストの懸念を上回る場合があります。 そうでなければ、少量のプロジェクトでは、新しいコイルを構築する必要がある場合、コイルと工具のコストが通常プロセスを非現実的にします。 パーツはまた、治療中に何らかの方法で支えられなければなりません。 センター間を走るのはシャフトタイプの部品の一般的な方法ですが、他の多くの場合、カスタム工具を使用する必要があります。

ほとんどの熱処理プロセスと比較して、クラッキングの可能性が高い

これは、急速な加熱と急冷、およびキー溝、溝、クロスホール、スレッドなどのフィーチャー/エッジにホットスポットを作成する傾向があるためです。

高周波焼入れによる歪み

歪みレベルは、急速な熱/急冷とその結果としてのマルテンサイト変態のために、イオンまたはガス窒化などのプロセスよりも大きくなる傾向があります。 そうは言っても、高周波焼入れは、特にそれが選択された領域にのみ適用される場合、従来の熱処理よりも歪みが少ない可能性があります。

高周波焼入れによる材料の制限

から 高周波焼入れ 通常、炭素または他の元素の拡散を伴わない場合、材料は、マルテンサイト変態を所望の硬度レベルにサポートする焼入れ性を提供するために、他の元素とともに十分な炭素を含まなければならない。 これは通常、炭素が0.40%以上の範囲にあり、56〜65HRCの硬度を生成することを意味します。 8620などの低炭素材料を使用すると、達成可能な硬度が低下します(この場合は40〜45 HRC)。 1008、1010、12L14、1117などの鋼は、達成可能な硬度の増加が限られているため、通常は使用されません。

高周波焼入れ表面プロセスの詳細

高周波焼入れ は、鋼やその他の合金部品の表面硬化に使用されるプロセスです。 熱処理される部品は銅コイルの内部に配置され、コイルに交流電流を流すことによって変態温度以上に加熱されます。 コイル内の交流電流は、ワークピース内に交流磁場を誘導し、部品の外面を変態範囲を超える温度に加熱します。

コンポーネントは、交流磁場によって変換範囲内またはそれ以上の温度に加熱され、その後すぐに急冷されます。 これは、特定の周波数と電力レベルで電流が供給される銅の誘導コイルを使用した電磁プロセスです。