Индукционный нагрев


Индукционный нагрев

Развитие машиностроения связано с разработкой высокоэффективных процессов термического упрочнения деталей машин, претерпевающих износ, изгиб, удар и высокие контактные нагрузки. В настоящее время в суммарном потреблении тепло- и энергоресурсов предприятиями промышленности, доля производств с применением операций нагрева в газовых, электрических печах и индукционных установках составляет свыше 10 процентов. В настоящее время для этих целей применяют методы термической, лазерной, плазменной или химико-термической обработки. Каждый из перечисленных методов обладает определенными достоинствами и недостатками.

Наибольшее распространение в промышленности получил метод термического упрочнения с использованием нагрева в камерных, шахтных и др. печах. Этот метод надежен, стабилен, универсален и широко применяется на предприятиях машиностроения. В последние годы термообработка деталей в цехах заводов производится в основном в печах садочного типа (камерные печи, шахтные, печи с выдвижным подом, карусельные) и осуществляется в печах с воздушной средой с применением ручного труда при загрузке и выгрузке. Применение защитных атмосфер имеет место только на крупных предприятиях. В результате - значительные потери металла в окалину, обезуглероживание поверхностных слоев, а также непроизводительные затраты на очистку, травление и т.п. Нагревательное оборудование на большинстве предприятий республики устарело, имеет высокую энергоемкость и не отвечает современным требованиям. Достаточно широко применяются устаревшие процессы термической обработки в соляных ваннах с вредными условиями труда и отрицательным воздействием на окружающую среду. Важнейшим его недостатком является обезуглероживание поверхности, что вызывает необходимость последующее удаление обезуглероженного слоя методами шлифования. С другой стороны этот процесс отличается низким к.п.д и значительными энергозатратами на разогрев печей.

Весьма перспективным для большинства деталей работающих на износ или контактную усталость следует считать поверхностную термообработку с применением высокочастотного или индукционного нагрева. Такая термическая обработка позволяет получать на недорогих сталях поверхностно-упрочненные слои толщиной 1-10 мм, обладающие высокой твердостью и износостойкостью. Применение индукционного нагрева имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционными нагревательными устройствами. Это, прежде всего, высокий к.п.д. до 97% и компактность индукционных установок, позволяющих встраивать их в линии механической обработки, высокая производительность операций нагрева, формирование на поверхности деталей термически упрочненных слоев, обеспечивающих повышение эксплуатационных характеристик и специальных свойств. Использование индукционного нагрева резко снижает энергозатраты вследствие уникальной возможности локального упрочнения рабочих поверхностей, снижает или полностью исключает обезуглероживание или окисление, снижается коробление деталей при закалке, что позволяет существенно уменьшить припуски на механическую обработку. При поверхностной индукционной закалке вместо цементации в сотни раз сокращается длительность процесса, снижается трудоемкость и стоимость упрочнения, в несколько раз снижаются затраты электроэнергии, отпадает необходимость использования природного газа, минеральных масел, асбеста, жаропрочных и жароупорных материалов, устраняются выбросы в окружающую среду применяемых вредных веществ и продуктов их распада.

Следует отметить, что индукционный нагрев чаще всего применяют при проведении операций ковки, штамповки, прессования, объемной и поверхностной термической обработки металлов и сплавов. Весьма эффективно применение индукционного оборудования при создании плавильных устройств небольшой емкости. Такие печи позволяют проводить нагрев небольших объемов металлов и сплавов до температур 30000С как в обычной атмосфере, так и в вакууме.

В настоящее время индукционный нагрев является одним из основных видов нагрева для процессов горячей деформации деталей, поверхностного упрочнения коленчатых и распределительных валов, шестерен, режущего и мерительного инструмента, широко применяется для объемного и поверхностного упрочнения штампов, пуансонов и др. деталей.

Однако необходимо отметить, что темпы расширения области применения индукционного нагрева сдерживаются проблемами приобретения современного оборудования, материалов, необходимостью разработки или корректировки технологических процессов, позволяющих обеспечить высокое качество выпускаемой продукции и снижения себестоимости. Не менее остро стоят проблемы замены или модернизации оборудования, нагревательных устройств, совершенствования технологических процессов термической обработки. Так же существует проблема, связанная с нагревом деталей сложной геометрической формы. Применение высокочастотной поверхностной обработки требует обоснованного выбора марок стали, режимов нагрева и охлаждения, разработки и испытания нагревательных и охлаждающих устройств, исследования структуры и свойств упрочненных деталей. В этой связи исследования, направленные на комплексную разработку процесса поверхностного упрочнения деталей сложной геометрической формы являются актуальными.

В последние годы особое внимание ученых-металловедов привлекают вопросы, связанные с технологическими проблемами получения функционально-градиентных материалов. Такие материалы обладают уникальными механическими, технологическими и специальными свойствами. Они позволяют повысить износостойкость, коррозионную стойкость, усталость и др. Исследования в этой области показали, что применение индукционного, электроконтактного и лазерного нагревов или их комбинирование с традиционными технологиями термической, химико-термической или плазменной обработки, являются основной базой для разработки и создания новых высокоэффективных технологий позволяющих сформировать на поверхности структуру с дифференциальным распределением свойств по сечению и обеспечить повышение служебных свойств деталей, работающих в условиях интенсивного воздействия ударных и контактных нагрузок или абразивного износа. В настоящее время в ФТИ НАН Беларуси проводятся исследования особенностей фазовых и структурных превращений, процессов рекристаллизации и роста зерен, фазовой перекристаллизации, протекающие в сталях и сплавах в условиях скоростного нагрева и регламентированного охлаждения, которые позволят установить взаимосвязь между структурой и свойствами высокопрочных сталей, кобальтовых и титановых сплавов, разработать новые технологические процессы скоростной или комбинированной термической обработки. Результаты исследований используются при разработке непрерывных процессов поверхностного упрочнения стальных деталей, процессов поверхностного упрочнения деталей автотракторной и сельскохозяйственной техники.


Области применения:
Машиностроение, металлургия, станкостроение.

Назначение:
Технологии и оборудование предназначены для нагрева метала под пластическую деформацию, термообработку, плавку и пайку.

Позволяют производить:
• сквозной нагрев прутков, труб, штанг, колец, полос различных геометрических размеров для горячей объёмной штамповки, высадки, прокатки
• поверхностную закалку машиностроительных деталей широкой номенклатуры: оси, пальцы, втулки, валы, шестерни, плиты, станины станков и т.д.
• расплав металлов перед разливкой
• пайку режущего инструмента, штуцеров, трубок и т.д.

Преимущества:
• Высокая производительность
• Технологическая простота
• Возможность полной автоматизации
• Малая деформация деталей, отсутствие окалины и обезуглероживания
• Высокий к.п.д. нагрева (не менее 95%)
• Экономия электроэнергии (не менее до 30%)
• Окупаемость оборудования только за счет экономии электроэнергии (не более 3 лет)
• Экологическая чистота
• Сертификат собственного производства
• Декларации соответствия требованиям ТС
• Технологии и оборудование соответствуют V- технологическому укладу


Лаборатория технологий и оборудования индукционного нагрева






Разновидности