سخت کاری القایی

همان طور که گفتیم در فرآیند سخت کاری القایی از میدان الکترومغناطیسی استفاده می شود. دلیل این کار این است که اگر بجای میدان الکترومغناطیسی، از روش هدایت گرمایی برای گرم کردن فلز استفاده می کردیم، کل قطعه گرم می شد در صورتی که در این روش، فقط بخشی از سطح فلز برای انجام سخت کاری سطحی ، مورد نظر است. علت این که گرما در روش حرارت دهی به وسیله میدان الکترومغناطیسی به کل قطعه نفوذ نمی کند این است که، در سخت کاری القایی الکترون های بیرونی در پاسخ به نوسانات میدان الکترومغناطیسی جریان الکتریکی ایجاد می کنند. این جریان ها نیز به صورت دایره های کوچک جریان پیدا کرده و درنتیجه در عملیات سختکاری القایی ، گرما نمی تواند به عمق قطعه فلزی نفوذ کند.

جزئیات فرآیند سخت کاری القایی

کیفیت قطعه نهایی در فرآیند سخت کاری سطحی به روش القایی ، تحت تاثیر نوع، اندازه و یکسان بودن کریستال های تشکیل شده در این فرآیند می باشد. در فلز، تحت فرآیند اینداکشن ، تغییر فاز جامد به کریستال رخ می دهد که به این تغییر فاز، تغییر بدون دیفوزیون (diffusionless) گفته می شود. آن چه که در فرآیند سختکاری القایی شکل نهایی سطح سخت شده را تعیین می کند، ساختار بلوری مارتنزیت می باشد.

عملکرد دستگاه های سخت کاری سطحی به روش القایی ، از لحاظ فرکانس دستگاه به دو صورت دستگاه های فرکانس بالا و دستگاه های فرکانس متوسط می باشد. از دستگاه فرکانس متوسط برای سختکاری القایی قطعاتی استفاده می شود که عمق نفوذ کمتر از 1/5 میلی متر و دستگاه های فرکانس متوسط برای سخت کاری القایی قطعاتی استفاده می شود که عمق نفوذ بیشتر از 0/8 میلی متر نیاز باشد.

قیمت دستگاه سخت کاری القایی

قیمت دستگاه سخت کاری القایی ، بسته به نوع عملکرد و مشخصات دستگاه می تواند متفاوت باشد.در هنگام خرید دستگاه سخت کاری القایی باید به ویژگی های آن ، متناسب با کاربرد مورد نظر ، توجه شود. برای مثال؛ دستگاه عملیات حرارتی سخت کاری ، تا چه طول ، قطر و وزنی را می تواند ساپورت کند. برای نمونه ، یک دستگاه سخت کاری القایی MF/50 Kw، قسمت های موردنظر از هر قطعه که لازم است سخت گردد را تا دمای سطح 1200 درجه سانتی گراد می رساند.

سپس در مرحله بعد ، بطور ناگهانی با پاشش آب به صورت آبگیر (waterset) ، موجب می گردد که ساختار سطحی قطعه، از دمای 1200 درجه سانتی گراد، به 30 درجه سانتی گراد برسد. در نیتجه ؛ همین عمل موجب می شود تا سطح قطعه تحت اینداکشن ، کاملا سخت گردد. قیمت دستگاه سخت کاری القایی با مدل و شخصات گفته شده در حال حاضر در سال 1400 حدود 15 میلیون تومان می باشد.

کاربرد سخت کاری القایی

مواد مختلف فلزی مانند فولاد ، چدن ، مس ، آلومینیوم ، برنج ، برنز و غیره را می‌­توان به روش القایی حرارت داد. این عملیات بیشتر در آلیاژهای فولاد و به‌ منظور بهبود عمر خستگی یا مقاومت در برابر سایش استفاده می‌شود. فرآیند سختکاری القایی در تولید قطعات خودرو (جک اتصال فرمان ، پلوس ، شفت و…) ، قطعات حمل‌ و نقل ریلی ، صنعت هواپیمایی و… کاربرد دارد. برای مثال؛

• میل لنگ ها، شفت ها و محور ها، چرخ­دنده ها، ریل های راه آهن، غلتک های نورد
• انواع چرخ دنده های بزرگ تا قطر ۳ متر
• چرخ دنده های جناقی
• شفت دنده های جناقی
• انواع چرخ دنده پينيون
• كوپلينگ داخلی و خارجی
• سخت کاری سطحی قطعات خودرو
• قطعات ميل لنگ
• انواع دنده شانه ای
• چرخ دنده های مخروطی
• انواع ناخنی ماشين های حفاری و لايروبی
• چرخ زنجیر در انواع مختلف
• رینگ و جا ساچمه

اين نوع از قطعات بيشتر در كارخانجات سيمان استفاده می شوند و بيشتر برای تسمه نقاله ها کاربرد دارند. این قطعات ، حجم فشار بالایی را متحمل میشوند، به همین دلیل ؛ نوع متریال انتخابی و روش های سخت کاری سطحی روی آنها بسیار حائز اهمیت است. با رعایت این مسائل ، کارکرد این قطعات طول عمر بالایی خواهد داشت.

مزایای سخت کاری القایی

• سخت کاری سطحی با عمق نفوذ دلخواه (توسط انطباق شکل سیم پیچ القایی و کنترل مقدار و فرکانس جریان سیم پیچ)
• سختکاری القایی انتخابی دنده ها و ریشه های آن
• حرارت دادن سریع و حداقل اثرگذاری بر نواحی مجاور قسمت مورد نظر
• سختی سازی یکنواخت نواحی تحت عملیات حرارتی سخت کاری سطحی به روش القایی
• وارد شدن اعوجاج کم به قطعات در حین فرایند سختکاری القایی

معایب سخت کاری القایی

به دلیل سخت کاری موضعی در فرآیند سخت کاری القایی ، درصورتی‌­که سطح قطعه کار بیش‌ازحد سخت شود و مغز قطعه بسیار نرم باشد، امکان ترک خوردن قطعه در منطقه انتقال از فاز سخت به فاز نرم وجود دارد.

سیستم های عملیات حرارتی القایی

در سیستم های عملیات حرارتی القایی ، نیاز به میدان الکترومغناطیسی داریم که توسط منبع تغذیه و با استفاده از سیم پیچ مهیا می شود. این کار در اطراف قطعه و همچنین درون قطعه یک میدان الکترومغناطیسی متناوب ایجاد می کند. در فرآیند عملیات حرارتی اینداکشن ، گرما تولید می شود و در واقع، گرما به قطعه تحت تاثیر مقاومت الکتریکی آن، القا می شود. به همین دلیل، به این روش سخت کاری سطحی ، سخت کاری اینداکشن نیز گفته می شود چرا که اینداکشن به معنای القا می باشد. سخت کاری قطعات در عملیات حرارتی سختکاری القایی ، به صورت سطحی و با استفاده از کربن متوسط انجام می شود.

میدان الکترومغناطیسی تولیدی، فرکانس و منبع تغذیه مورد نیاز، متناسب با سختی قطعه تعیین می‌شوند. در سختکاری القایی ، سه دامنه فرکانس کلی داریم:

MF: کم (زیر 10 کیلوهرتز)

  ZF: متوسط (10-100 کیلوهرتز)

  HF: زیاد (بالای 100کیلوهرتز)

قطعات کوچکی که عمق سختی کمی نیاز دارند، معمولا با دامنه فرکانس های HF یا ZF سخت می‌­شوند. قطعات بزرگ­تر و یا قطعاتی که عمق سختی بالاتری نیاز دارند، معمولا با دامنه فرکانس های ZF یا MF سخت می‌­شوند. برای هندسه‌های پیچیده قطعه، استفاده از دو فرکانس به‌طور هم‌زمان باعث بهبود فرآیند می‌گردد.

فرآیند سختکاری القايي می‌­تواند به دو روش استاتیک و متحرک انجام می شود:

• در روش سخت کاری القائی استاتیک ، قطعه در مقابل سلف قرار می گیرد. در این فرآیند، قطعه یا سلف بدون حرکت میباشد. این نوع عملیات بسیار سریع بوده و فقط به مکانیک ساده نیاز دارد.
• در روش سختکاری القائی متحرک ، بر خلاف روش بالا، قطعه یا سلف می­تواند حرکت کند. در نتیجه قطعات با سطح بزرگ می‌توانند با توان کمتری تحت فرآیند قرار گیرند.

سختکاری القایی دیگر انواع فلزات

از جمله نکاتی که در سختکاری القایی فلزات باید مد نظر قرار داد این است که هر فلزی با توجه به ویژگی‌های خاصی که دارد، عملیات مخصوص به خود را می‌طلبد. در ادامه به انواع سختکاری در برخی دیگر از فلزات پرداخته می‌شود:

سخت کاری چدن

چدن‌ها در بین آلیاژهای صنعتی دارای تنوع زیادی در خواص مکانیکی بوده و همچنین قیمت بسیار پایین‌تری هم دارند. اعمال روش‌های مختلف عملیات حرارتی چدن‌ موجب برطرف کردن تنش‌های داخلی، بهبود قابلیت ماشین کاری، بالا رفتن میزان انعطاف‌پذیری و مقاومت در برابر ضربه و سایش می‌شود. سخت کاری سطحی به روش القایی در چدن و فولاد با وجود شباهت‌های زیادی که باهم دارند؛ اما با چند تفاوت چشمگیر از یکدیگر متمایز می‌شوند:

آن چه که در فرآیند سختکاری القایی چدن ها، درجه حرارت عملیات را تعیین می کند، مقدار سیلیسیم موجود در چدن می باشد. در صورتی که در فولاد ، درصد کربن موجود در آن تعیین کننده این عامل است. سختی پذیری چدن ها بالاست چرا که در آن ها میزان زیادی عنصر منگنز و عناصر آلیاژی دیگر وجود دارد. در سخت کاری اینداکشن چدن ها ، معمولا آن ها را به جای کوئنچ کردن در آب، در روغن و یا در هوا سرد می کنند.

سخت کاری آلومینیوم

سخت کاری سطحی آلومینیوم استحکام آلیاژ آن را افزایش داده و تنش‌های باقی مانده در قطعه ریخته‌ گری یا شکل داده شده را کاهش می دهد یا حذف می کند. سختکاری القایی آلومینیوم موجب افزایش مقاومت آن به سایش و ضربه می‌شود. به طور کلی، آلیاژهای آلومینیوم در دو دسته عملیات حرارتی پذیر و عملیات حرارتی ناپذیر تقسیم می‌شوند؛ برای همین هنگام انجام هر فرآیندی روی آلومینیوم باید به آلیاژ آن توجه ویژه داشت.

چرا اقدام به سخت کاری القایی لازم است؟

در کاربردهای صنعتی نیازمند فلزات یا قطعاتی هستیم که از سختی و دوام بالا و در عین حال از چقرمگی یا تافنس ضربه ای بالایی برخوردار باشند. همچون میل لنگ، میل بادامک و چرخ دنده‌ها که علاوه بر سختی، نیازمند مقاوم بودن در برابر ضربات وارده در حین کار است. به همین دلیل خدمات سختکاری القایی و عملیات حرارتی القایی در صنعت مورد نیاز و کاربردی است.