Realisieren Sie das Induktionserhitzen und Abschrecken von Schnellarbeitsstahl

1. Metallische Probleme beim Induktionshärten

(1) Der kritische Punkt der schnellen Erwärmung steigt

Die Erwärmungsgeschwindigkeit der Induktionserwärmung reicht von zehn Grad pro Sekunde bis zu Hunderten von Grad pro Sekunde, und das Impulslöschen erreicht Tausende von Grad pro Sekunde (2000～3000℃/s). Aufgrund der schnellen Aufheizgeschwindigkeit und der kurzen Dauer ist die Abschrecktemperatur höher als die des gewöhnlichen Salzbadabschreckens. Die Temperatur muss hoch sein, um das Gefüge in Austenit umzuwandeln und zu homogenisieren. Tabelle 1 zeigt die relevanten Daten, dass der Ac1-Punkt mit der Beschleunigung der Erwärmungsrate steigt, wenn der T10-Stahl und der GCr15-Stahl schnell erhitzt werden.

Die spezifische Leistung der Induktionserwärmung ist viel größer als die der Erwärmung im Ofen, so dass die Erwärmungsgeschwindigkeit hoch ist, so dass die Zeit, die für den Beginn und die Beendigung des Temperaturanstiegs der Perlit-Austenit-Umwandlung erforderlich ist, kurz ist.

Das ursprüngliche Gefüge von Stahl hat einen großen Einfluss auf den Keimbildungs-, Wachstums- und Homogenisierungsprozess von Austenit während der schnellen Erwärmung und beeinflusst daher auch die Temperatur des Induktionsabschreckens sowie das Gefüge und die Leistung des Abschreckens. Lamellenperlit kann den Gefügeumwandlungsprozess während des Erhitzens leichter abschließen als kugelförmiger Perlit. Daher muss die Induktionsabschrecktemperatur des gleichen Stahls mit unterschiedlichen ursprünglichen Mikrostrukturen sein: t Abschrecken (geglühter Zustand)> t Abschrecken (normalisierter Zustand)> t Abschrecken [ Anlassen (Glühen + Hochtemperatur-Anlassen)]. Für Perlit bedeutet es die Hälfte des Abstands zwischen zwei benachbarten Zementiten; für freien Ferrit bedeutet dies die Hälfte des Abstands zwischen den Knoten des Versetzungsnetzwerks.

(2) Schnelles Erhitzen kann dazu führen, dass Stahl feine Körner oder ultrafeine Körner erhält

Im unteren Bereich der Aufheizgeschwindigkeit werden mit zunehmender Aufheizgeschwindigkeit die unmittelbar nach der Austenitisierung gebildeten anfänglichen Austenitkörner deutlich reduziert, aber wenn die Aufheizgeschwindigkeit hoch ist, beginnt der Austenit. Die Kristallkörner nehmen mit zunehmender Aufheizgeschwindigkeit fast nicht mehr ab. Die Praxis hat bewiesen, dass unter den tatsächlichen Bedingungen der Induktionserwärmung die Erwärmungsgeschwindigkeit extrem hoch ist und die erhaltenen Anfangskörner extrem klein sind und nichts mit der Erwärmungsgeschwindigkeit zu tun haben. Das Wachstum der gebildeten Austenitkörner hängt jedoch von der Aufheizrate ab. Beim Erhitzen auf eine bestimmte Temperatur gilt: Je kleiner die Aufheizrate, desto größer sind die tatsächlich gebildeten Austenitkörner, wie in Abbildung 3 [2] gezeigt .

2. Verschiedene Phänomene der schnellen Erwärmung von Schnellarbeitsstahl

(1) Schnelle Erwärmung von Schnellarbeitsstahlmessern

Bereits 1923 bis 1924 begann Vologkin in der ehemaligen Sowjetunion, das Hochfrequenzhärten von Schnellarbeitsstahlwerkzeugen zu untersuchen, was jedoch nicht erfolgreich war [3]. Der Grund für das Versagen besteht darin, dass Schnellarbeitsstahlwerkzeuge vollständig gehärtet sein müssen oder die resultierende Hochtemperaturhärtung und hochfeste gehärtete Schicht relativ dick ist Eigenschaften. Dies ist jedoch eine relativ oberflächliche Wahrnehmung, und die Induktionshärtung wurde nicht eingehend untersucht. Erst 1952 gelang der Durchbruch. Gedeberg und anderen gelang es schließlich, W18Cr4V (P18) Klingen mit einer Größe von 3-10 mm abzuschrecken. Leider hat es sich nicht in Richtung industrieller Produktion bewegt, aber es reicht aus, um zu zeigen, dass Schnellarbeitsstahlwerkzeuge induktiv gehärtet werden können.

(2) Schnelles Aufheizen von Schnellarbeitsstahlschweißteilen

Schnellarbeitsstahl-Kegelschaftbohrer, Schaftfräser und andere stabförmige Werkzeuge, ob Abbrennschweißen oder Reibschweißen, sind Beispiele für schnelle Erwärmung, und Stahlteile können in wenigen Sekunden auf über 1000°C erhitzt werden.

(3) Schnelle Erwärmung von Schnellarbeitsstahl-Schmiedestücken

Der Autor plädiert dafür, dass der φ60-mm-Schnellarbeitsstahlknüppel direkt in der Hochtemperaturzone [4] erhitzt wird, dh das kalte Material wird ohne Vorwärmen direkt in die 1150～1200℃-Zone eingespeist. Es wird seit vielen Jahren produziert und die Schmiedequalität ist stabil.

(4) Anwendung von Abschreckparameterformeln für Schnellarbeitsstahlfräser

Bei der Wärmebehandlung von Schnellarbeitsstahlwerkzeugen gibt es eine Abschreckparameterformel

• Das heißt, P=t(37+lgτ)[5]
• In der Formel P—— Löschparameter;
• t——Abschreckheiztemperatur;
• τ——Aufheizzeit zum Abschrecken.

Das P in der Formel steht für die kombinierte Wirkung von Abschreckerwärmungstemperatur und Erwärmungsdauer. Unabhängig davon, wie sich die Abschreckheiztemperatur und die Heizzeit ändern, sollte beim Abschreckprozess der Austenitisierungsgrad äquivalent sein, solange die Wirkung der beiden gleich dem Abschreckparameter ist. Dies bedeutet, dass die Qualität des Werkzeugabschreckens gleich ist, solange P gleich ist.

(5) Schnellaufheizung und Halbschnellaufheizung im Schnellarbeitsstahl-Werkzeugofen

Ende der 1950er Jahre förderten Peking, Tianjin, Shanghai und andere Orte mit Hilfe sowjetischer Wärmebehandlungsexperten die schnelle Erwärmung und energiesparende Wärmebehandlungstechnologie und sammelten viele erfolgreiche Erfahrungen. Leider sind nicht mehr viele Materialien vorhanden. Der Autor hat nur Daten für die schnelle Erwärmung von Shanghai Tool Factory W18Cr4V-Stahl φ14 mm Kegelschaftbohrer und Schlitzfräser [6]. Es wird berichtet, dass die Abschrecktemperatur von W18Cr4V-Stahl von den herkömmlichen 1270～1280℃ auf 1300～1310℃ erhöht wird, der Heizkoeffizient von den ursprünglichen 10～12s/mm auf 5～6s/mm verkürzt wird und die Werkzeugstandzeit wird nicht reduziert, sondern leicht erhöht.

(6) Oberflächenmodifizierung von Schnellarbeitsstahl-Schneidwerkzeugen mit hoher Energiedichte wie Laser- und Elektronenstrahl

In den letzten Jahren gab es Berichte über die Oberflächenmodifizierung von Schnellarbeitsstahl wie dem Laser [7], die darauf hinwiesen, dass Schnellarbeitsstahl schnell erhitzt werden kann. Das technische Verfahren besteht darin, ein Plasma mit hoher Energiedichte auf die Oberfläche von M42-Stahl mit hoher Geschwindigkeit anzuwenden, so dass die Oberfläche des Materials lokal schnell erhitzt und abgekühlt wird. Die Aufheiz- und Abkühlgeschwindigkeit kann 104～108K°/s erreichen, so dass es auf der Oberfläche des Werkstücks geformt werden kann. Die modifizierte Schicht der Kristallstruktur erreicht den Zweck, die Leistungsfähigkeit des Materials zu verbessern.

(7) Die schnelle Erwärmung von Schnellarbeitsstahl hat eine lange Geschichte

Seit mehr als 100 Jahren seit dem Aufkommen des Schnellarbeitsstahls haben die Menschen die Innovation und Reform seines Wärmebehandlungsverfahrens nie aufgehört. Es gab Leute in der ehemaligen Sowjetunion, dass es möglich war, Stahl mit jeder Geschwindigkeit zu erhitzen. Beschränkt auf die damaligen Verhältnisse, nur beschränkt auf Salzbadöfen und Hochfrequenzheizung, und die abgeschreckten Teile sind alles Stäbe oder Bleche, die nicht mehr einfach sein können, und sie sind nicht universell. Die Anwendung der schnellen Erwärmung von Schnellarbeitsstahl-Schmiederohlingen ist relativ erfolgreich. Die meisten Menschen glauben, dass die Erwärmungsgeschwindigkeit von Schnellarbeitsstahlwerkstoffen nach der Druckbearbeitung und dem Glühen vor dem Schmieden unbegrenzt sein kann [8]. Wenn neue Technologien und Verfahren wie Laser und Elektronenstrahlen auftauchen, wird häufig über die Oberflächenmodifikationsergebnisse der Schnellerhitzung von Schnellarbeitsstahl berichtet, was darauf hindeutet, dass die Schnellerhitzung von Schnellarbeitsstahl ein erhebliches Anwendungsstadium erreicht hat.

3. Anwendung von Induktionserwärmung und Abschreckung in mechanischen Schnellarbeitsstahlklingen

Schnellarbeitsstahl hat eine gute Härtbarkeit und kann an der Luft abgeschreckt werden, daher wird er "Windstahl" genannt. Seine Härtbarkeit ist ebenfalls gut und es kann an der Luft auf mehr als 64 HRC abgeschreckt werden, was zu einer sehr scharfen Schneide führt. Auch "Fenggang" genannt. Das Abschrecken durch Induktionserwärmung von Schnellarbeitsstahl ist ein selbstkühlendes Abschrecken, das energiesparend und umweltfreundlich ist und eine hohe Produktionseffizienz aufweist.

Unabhängig von der Art des Abschreckens von Stahl sind zwei Grundbedingungen erforderlich: Die erste ist austenitisieren, die zweite sofort abkühlen, die Abkühlgeschwindigkeit sollte größer sein als die kritische Abkühlgeschwindigkeit von Stahl (vPro). Die Induktionserwärmung zeichnet sich dadurch aus, dass die Oberfläche des Werkstücks erwärmt wird. Wenn die Oberflächenschicht austenitisiert ist und die Erwärmung sofort gestoppt wird und das benachbarte nicht erwärmte Metall die Wärme der Erwärmungsschicht schnell leiten kann und seine Abkühlgeschwindigkeit > v ist, wird die Oberfläche gehärtet. Es ist für die schnelle Abkühlung nicht auf die Oberflächenspray-Abschreckflüssigkeit angewiesen, sondern wird durch das innere kalte Metall gekühlt. Dieser spezielle Abschreckprozess kann nur unter einer Erwärmung mit hoher Energiedichte erreicht werden. Die Induktionserwärmung ist eine der Erwärmungsmethoden mit hoher Energiedichte. Wegen der extrem hohen Leistungsdichte und der extrem kurzen Aufheizzeit wird sie auch als Pulsheizung bezeichnet.

Die Temperatur der Induktionserwärmung kann durch ein fotoelektrisches Infrarot-Pyrometer oder optisches Pyrometer oder eine visuelle Inspektion (je nach Farbe des erwärmten Werkstücks) gemessen werden, um die Abschreckerwärmungstemperatur zu beurteilen.

Die während der Induktionserwärmung durch den Wirbelstrom auf dem Werkstück erzeugte Wärme wird hauptsächlich für die zum Erwärmen erforderliche Oberflächenschicht verwendet, aber es gibt zwei Arten von Wärme, die während dieses Prozesses von dem Werkstück abgegeben wird. Die erste geht von der Heizfläche zur Luft, die als Strahlung bezeichnet wird. Hitze; Die zweite Art wird von der Heizschicht des Werkstücks zum Kern geleitet, die als Konduktionswärme bezeichnet wird. Diese beiden Arten von Wärmeverlust, insbesondere der Effekt der Wärmeleitung nach innen, vertiefen die theoretische Tiefe der Heizschicht. Sie können d Tiefe = 0.2 (mm) verwenden, wobei t die Heizzeit (s) ist. Mit abnehmender Leistungsdichte und zunehmender Aufheizzeit nimmt der Verlust zu. Wenn das Werkstück relativ dünn ist, wird die Wärmeleitung schnell von der Oberfläche auf den Kern übertragen und der gesamte Abschnitt wird heiß. Schnellarbeitsstahl ist ein selbsthärtendes Material und wird gehärtet, sobald die Erwärmung aufhört.

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