كان أحد التطورات البارزة الأخيرة في مجال المعالجة الحرارية هو تطبيق التسخين بالحث الحثي إلى تصلب السطح الموضعي. لقد كان التقدم الذي تم إحرازه مع تطبيق التيار عالي التردد هائلاً. بدءًا من فترة قصيرة نسبيًا منذ فترة قصيرة نسبيًا كطريقة طال انتظارها لتصلب أسطح المحامل على أعمدة الكرنك (عدة ملايين منها قيد الاستخدام مسجلة أرقامًا قياسية في الخدمة على مر الزمن)، نجد اليوم أن طريقة التصلب السطحي الانتقائي للغاية هذه تنتج مناطق مقواة على العديد من الأجزاء. ومع ذلك، على الرغم من اتساع نطاق تطبيقه في الوقت الحاضر، لا يزال التصلب بالحث في مرحلته الأولى. ولا يمكن التنبؤ باستخدامه المحتمل في المعالجة الحرارية وتصلب المعادن، أو التسخين للتشكيل أو اللحام بالنحاس، أو لحام المعادن المتشابهة وغير المتشابهة.
التصلب التعريفي يؤدي إلى إنتاج أجسام فولاذية مقواة محليًا بالدرجة المطلوبة من العمق والصلابة، والبنية المعدنية الأساسية لللب، ومنطقة الترسيم، والعلبة المقواة، مع عدم وجود تشويه عملي وعدم تكوين قشور. يسمح بتصميم المعدات التي تضمن ميكنة العملية بأكملها للوفاء بمتطلبات خط الإنتاج. يتم الحفاظ على دورات زمنية لا تتجاوز بضع ثوانٍ فقط من خلال التنظيم التلقائي للطاقة وفواصل التسخين والتبريد التي لا غنى عنها لإنشاء نتائج طبق الأصل من التثبيتات الخاصة الدقيقة. وتسمح معدات التقسية بالحث للمستخدم بتقوية الجزء المطلوب فقط من أي قطعة فولاذ وبالتالي الحفاظ على الليونة والقوة الأصلية؛ وتقوية المواد ذات التصميم المعقد التي لا يمكن معالجتها بأي طريقة أخرى؛ والتخلص من المعالجة المسبقة المكلفة المعتادة مثل الطلاء بالنحاس والكربنة وعمليات التقويم والتنظيف اللاحقة المكلفة؛ وخفض تكلفة المواد من خلال وجود مجموعة واسعة من الفولاذ للاختيار من بينها؛ وتقوية قطعة كاملة التشكيل دون الحاجة إلى أي عمليات تشطيب.
قد يبدو للمراقب العادي أن التصلب بالحث ممكن نتيجة لتحول ما في الطاقة يحدث داخل منطقة حثي من النحاس. ويحمل النحاس تيارًا كهربائيًا ذا تردد عالٍ، وخلال فترة زمنية مدتها بضع ثوانٍ، يتم تسخين سطح قطعة من الفولاذ الموضوعة داخل هذه المنطقة المفعمة بالطاقة إلى نطاقها الحرج وإخمادها إلى الصلابة المثلى. وبالنسبة لصانع المعدات الخاصة بطريقة التصلب هذه، فإن ذلك يعني تطبيق ظواهر التباطؤ والتيارات الدوامة وتأثير الجلد على الإنتاج الفعال للتصلب السطحي الموضعي.
يتم تحقيق التسخين باستخدام تيارات عالية التردد. ويتم استخدام الترددات المختارة على وجه التحديد من 2000 إلى 10000 دورة وما يزيد عن 100000 دورة على نطاق واسع في الوقت الحالي. وينتج تيار من هذا النوع في التدفق عبر المحرِّض مجال مغناطيسي عالي التردد داخل منطقة المحرِّض. وعندما توضع مادة مغناطيسية مثل الفولاذ داخل هذا المجال، يحدث تبديد للطاقة في الفولاذ مما ينتج عنه حرارة. وتحاول الجزيئات الموجودة داخل الفولاذ محاذاة نفسها مع قطبية هذا المجال، ومع تغير هذا التغير آلاف المرات في الثانية الواحدة، يحدث قدر هائل من الاحتكاك الجزيئي الداخلي نتيجة للميل الطبيعي للفولاذ لمقاومة التغيرات. وبهذه الطريقة تتحول الطاقة الكهربائية، من خلال وسيط الاحتكاك، إلى حرارة.
ومع ذلك، بما أن هناك خاصية متأصلة أخرى للتيار العالي التردد هي التركيز على سطح الموصل، فإن الطبقات السطحية فقط هي التي تسخن. هذا الميل الذي يسمى "تأثير الجلد"، هو دالة للتردد، ومع تساوي الأشياء الأخرى، فإن الترددات الأعلى تكون فعالة في الأعماق الضحلة. يُطلق على الفعل الاحتكاكي الذي ينتج الحرارة اسم التباطؤ ويعتمد بشكل واضح على الصفات المغناطيسية للصلب. وبالتالي، عندما تتجاوز درجة الحرارة النقطة الحرجة التي يصبح عندها الفولاذ غير مغناطيسي، تتوقف جميع عمليات التسخين التباطئي.
هناك مصدر إضافي للحرارة بسبب التيارات الدوامة التي تتدفق في الصلب نتيجة للتغير السريع في التدفق في المجال. ومع زيادة مقاومة الفولاذ مع زيادة درجة الحرارة، تنخفض شدة هذا التأثير مع ارتفاع درجة حرارة الفولاذ، وتصبح جزءًا بسيطًا من قيمته الأصلية "الباردة" عند الوصول إلى درجة حرارة التبريد المناسبة.
عندما تصل درجة حرارة قضيب الصلب المسخّن بالحث إلى النقطة الحرجة، يستمر التسخين الناتج عن التيارات الدوامية بمعدل منخفض للغاية. ونظرًا لأن الإجراء بأكمله يحدث في الطبقات السطحية، يتأثر هذا الجزء فقط. يتم الحفاظ على الخصائص الأساسية الأصلية، حيث يتم إنجاز التصلب السطحي عن طريق التبريد عند الوصول إلى محلول الكربيد الكامل في المناطق السطحية. يؤدي الاستخدام المستمر للطاقة إلى زيادة عمق الصلابة، لأنه مع وصول كل طبقة من الفولاذ إلى درجة الحرارة، تنتقل كثافة التيار إلى الطبقة التي تحتها والتي توفر مقاومة أقل. من الواضح أن اختيار التردد المناسب، والتحكم في الطاقة ووقت التسخين سيجعل تحقيق أي مواصفات مرغوبة لتصلب السطح ممكنًا.
تعدين المعادن التدفئة بالحث الحثي
إن السلوك غير المعتاد للصلب عند تسخينه حثيًا والنتائج التي تم الحصول عليها تستحق مناقشة علم المعادن المعني. ومن بين النقاط التي تستحق المناقشة معدلات حل الكربيد التي تقل عن الثانية، والصلابة الأعلى من تلك الناتجة عن المعالجة بالأفران، والنوع العقدي من المارتينسيت
التي تصنف معدن التصلب بالحث على أنه "مختلف". وعلاوة على ذلك، لا تحدث إزالة الكربنة السطحية ونمو الحبيبات بسبب دورة التسخين القصيرة.
التدفئة بالحث الحثي تنتج صلابة يتم الحفاظ عليها خلال 80 في المائة من عمقها، ومن ثم انخفاض تدريجي من خلال منطقة انتقالية إلى الصلابة الأصلية للصلب كما هي موجودة في القلب الذي لم يتأثر. وبالتالي تكون الرابطة مثالية، مما يقضي على أي فرصة للتشقق أو الفحص.
يمكن تحقيق المحلول الكامل للكربيد والتجانس كما يتضح من الصلابة القصوى بزمن تسخين إجمالي قدره 0.6 ثانية. ومن هذا الزمن، لا يتجاوز 0.2 إلى 0.3 ثانية فقط من هذا الوقت الحرج الأدنى. ومن المثير للاهتمام أن نلاحظ أن معدات التصلب بالحث تعمل يوميًا على أساس الإنتاج بمحلول كربيد كامل، ناتج عن دورة تسخين وتبريد، يكون إجمالي زمنها أقل من 0.2 ثانية.
إن المارتينسيت العقدي الناعم والأكثر تجانسًا الناتج عن التصلب بالحث يكون أكثر وضوحًا مع الفولاذ الكربوني مقارنةً بالفولاذ السبائكي بسبب المظهر العقدي لمعظم المارتينسيت السبائكي. يجب أن يكون أصل هذا التركيب الدقيق هو الأوستينيت الذي ينتج عن انتشار كربيد أكثر شمولاً مما يتم الحصول عليه بالتسخين الحراري. إن التطور اللحظي العملي لدرجات الحرارة الحرجة في جميع أنحاء البنية المجهرية الكاملة لحديد ألفا وكربيد الحديد يساعد بشكل خاص على حل الكربيد السريع وتوزيع المكونات التي يكون ناتجها الحتمي هو الأوستينيت المتجانس تمامًا. علاوة على ذلك، فإن تحويل هذا التركيب إلى مارتينسيت سينتج عنه مارتينسيت يمتلك خصائص مماثلة ومقاومة مقابلة للتآكل أو الأدوات الثاقبة. 