Induktionshärtung Oberflächenverfahren Anwendungen

Was ist Induktionshärtung?

Induktionshärtung ist eine Form der Wärmebehandlung, bei der ein Metallteil mit ausreichendem Kohlenstoffgehalt im Induktionsfeld erhitzt und dann schnell abgekühlt wird. Dadurch werden sowohl die Härte als auch die Sprödigkeit des Teils erhöht. Die Induktionserwärmung ermöglicht eine örtlich begrenzte Erwärmung auf eine vorher festgelegte Temperatur und erlaubt eine genaue Steuerung des Härteprozesses. Die Wiederholbarkeit des Prozesses ist somit gewährleistet. In der Regel wird das Induktionshärten bei Metallteilen angewandt, die eine hohe Oberflächenverschleißfestigkeit aufweisen und gleichzeitig ihre mechanischen Eigenschaften beibehalten sollen. Nach dem Induktionshärtungsprozess muss das Metallwerkstück in Wasser, Öl oder Luft abgeschreckt werden, um spezifische Eigenschaften der Oberflächenschicht zu erhalten.

Induktionshärtung ist ein Verfahren zur schnellen und selektiven Härtung der Oberfläche eines Metallteils. Eine Kupferspule, die einen hohen Wechselstrom führt, wird in der Nähe des Teils platziert (ohne es zu berühren). Durch Wirbelstrom- und Hystereseverluste wird an und in der Nähe der Oberfläche Wärme erzeugt. Die Abschreckung, in der Regel auf Wasserbasis mit einem Zusatz wie z. B. einem Polymer, wird auf das Teil gerichtet oder es wird eingetaucht. Dadurch wird das Gefüge in Martensit umgewandelt, der viel härter ist als das vorherige Gefüge.

Ein beliebter, moderner Typ von Induktionshärtegeräten ist der sogenannte Scanner. Das Teil wird zwischen Spitzen gehalten, gedreht und durch eine progressive Spule geführt, die sowohl Wärme als auch Abschreckung liefert. Die Abschreckung erfolgt unterhalb der Spule, so dass jeder beliebige Bereich des Werkstücks unmittelbar nach der Erwärmung schnell abgekühlt wird. Leistungspegel, Verweilzeit, Scan-(Vorschub-)Rate und andere Prozessvariablen werden von einem Computer präzise gesteuert.

Einsatzhärtung zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit, der Oberflächenhärte und der Ermüdungslebensdauer durch Erzeugung einer gehärteten Oberflächenschicht unter Beibehaltung eines unbeeinflussten Kerngefüges.

Induktionshärtung wird verwendet, um die mechanischen Eigenschaften von Eisenkomponenten in einem bestimmten Bereich zu verbessern. Typische Anwendungen sind Antriebsstrang, Aufhängung, Motorkomponenten und Stanzteile. Das Induktionshärten eignet sich hervorragend für die Behebung von Gewährleistungsansprüchen/Feldausfällen. Die Hauptvorteile sind Verbesserungen der Festigkeit, Ermüdung und Verschleißfestigkeit in einem bestimmten Bereich, ohne dass das Bauteil neu konstruiert werden muss.

• Wärmebehandlung

• Kettenhärtung

• Härten von Rohren und Schläuchen

• Schiffbau

• Luft- und Raumfahrt

• Eisenbahn

• Automobilindustrie

• Erneuerbare Energien

• Präzise Kontrolle über Temperatur und Härtetiefe

• Kontrollierte und lokalisierte Heizung

• Leicht in Produktionslinien zu integrieren

• Schneller und wiederholbarer Prozess

• Jedes Werkstück kann durch präzise optimierte Parameter gehärtet werden

• Energieeffizientes Verfahren

Erhöhte Abnutzungsbeständigkeit

Es besteht ein direkter Zusammenhang zwischen Härte und Verschleißfestigkeit. Die Verschleißfestigkeit eines Teils nimmt durch Induktionshärtung erheblich zu, vorausgesetzt, der Ausgangszustand des Materials war entweder geglüht oder auf einen weicheren Zustand behandelt.

Erhöhte Festigkeit und Ermüdungslebensdauer aufgrund des weichen Kerns und der Druckeigenspannung an der Oberfläche

Die Druckspannung (die in der Regel als positives Attribut angesehen wird) ist darauf zurückzuführen, dass die gehärtete Struktur nahe der Oberfläche etwas mehr Volumen einnimmt als der Kern und die vorherige Struktur.

Teile können gehärtet werden nach Induktionshärtung zum Einstellen des Härtegrads, wie gewünscht

Wie bei jedem Verfahren, das ein martensitisches Gefüge erzeugt, führt das Anlassen zu einer Verringerung der Härte bei gleichzeitiger Verringerung der Sprödigkeit.

Tiefes Gehäuse mit hartem Kern

Die typische Einsatztiefe beträgt 0,030" bis 0,120", was im Durchschnitt tiefer ist als Verfahren wie Aufkohlen, Karbonitrieren und verschiedene Formen des Nitrierens bei unterkritischen Temperaturen. Bei bestimmten Projekten wie Achsen oder Teilen, die auch dann noch brauchbar sind, wenn viel Material abgetragen wurde, kann die Einsatztiefe bis zu ½ Zoll oder mehr betragen.

Selektiver Härtungsprozess ohne Maskierung erforderlich

Bereiche mit Nachschweißung oder Nachbearbeitung bleiben weich - nur wenige andere Wärmebehandlungsverfahren können dies erreichen.

Relativ minimale Verzerrung

Beispiel: eine Welle mit einem Ø von 1" und einer Länge von 40", die zwei gleichmäßig verteilte Zapfen mit einer Länge von jeweils 2" aufweist, die eine Last tragen und verschleißfest sein müssen. Die Induktionshärtung wird nur an diesen Flächen durchgeführt, insgesamt 4" lang. Bei einem konventionellen Verfahren (oder wenn wir die gesamte Länge induktiv härten) würde es zu einem erheblich größeren Verzug kommen.

Ermöglicht die Verwendung von preiswerten Stählen wie 1045

Der am häufigsten verwendete Stahl für induktiv zu härtende Teile ist 1045. Er ist leicht bearbeitbar, kostengünstig und kann aufgrund eines Kohlenstoffgehalts von 0,45% nominal auf 58 HRC + induktiv gehärtet werden. Außerdem ist die Gefahr der Rissbildung während der Behandlung relativ gering. Andere beliebte Werkstoffe für dieses Verfahren sind 1141/1144, 4140, 4340, ETD150 und verschiedene Gusseisen.

Grenzen des Induktionshärtens

Erfordert eine Induktionsspule und Werkzeuge, die sich auf die Geometrie des Teils beziehen

Da der Abstand zwischen Teil und Spule für die Effizienz der Erwärmung entscheidend ist, müssen Größe und Kontur der Spule sorgfältig ausgewählt werden. Während die meisten Behandler über ein Arsenal von Grundspulen zum Erwärmen runder Formen wie Wellen, Stifte, Rollen usw. verfügen, erfordern manche Projekte eine kundenspezifische Spule, die manchmal Tausende von Dollar kostet. Bei Projekten mit mittleren bis hohen Stückzahlen kann der Vorteil der geringeren Behandlungskosten pro Teil die Coilkosten leicht ausgleichen. In anderen Fällen können die technischen Vorteile des Verfahrens die Kosten überwiegen. Bei Projekten mit geringen Stückzahlen machen die Kosten für Spulen und Werkzeuge das Verfahren normalerweise unpraktisch, wenn eine neue Spule gebaut werden muss. Außerdem muss das Teil während der Behandlung auf irgendeine Weise gestützt werden. Bei wellenförmigen Teilen ist das Laufen zwischen Spitzen eine beliebte Methode, aber in vielen anderen Fällen müssen kundenspezifische Werkzeuge verwendet werden.

Größere Wahrscheinlichkeit der Rissbildung im Vergleich zu den meisten Wärmebehandlungsverfahren

Dies liegt an der schnellen Erwärmung und Abschreckung sowie an der Tendenz zur Bildung heißer Stellen an Merkmalen/Kanten wie Keilnuten, Nuten, Querbohrungen und Gewinden.

Verzug bei Induktionshärtung

Der Verzug ist in der Regel größer als bei Verfahren wie dem Ionen- oder Gasnitrieren, was auf die schnelle Erwärmung/Abschreckung und die daraus resultierende martensitische Umwandlung zurückzuführen ist. Davon abgesehen kann das Induktionshärten weniger Verzug erzeugen als die konventionelle Wärmebehandlung, insbesondere wenn es nur auf einen ausgewählten Bereich angewendet wird.

Materialbeschränkungen beim Induktionshärten

Da die Induktionshärteverfahren muss das Material genügend Kohlenstoff und andere Elemente enthalten, um die Härtbarkeit zu gewährleisten und die martensitische Umwandlung auf den gewünschten Härtegrad zu unterstützen. Dies bedeutet in der Regel, dass der Kohlenstoffgehalt im Bereich von 0,40%+ liegt, was eine Härte von 56 - 65 HRC ergibt. Werkstoffe mit niedrigerem Kohlenstoffgehalt, wie 8620, können verwendet werden, wobei sich die erreichbare Härte verringert (in diesem Fall 40-45 HRC). Stähle wie 1008, 1010, 12L14, 1117 werden in der Regel nicht verwendet, da sie nur einen begrenzten Härteanstieg bewirken.

Induktionshärtung Oberfläche Prozessdetails

Induktionshärtung ist ein Verfahren zur Oberflächenhärtung von Stahl und anderen legierten Teilen. Die zu wärmebehandelnden Teile werden in eine Kupferspule gelegt und dann durch Anlegen eines Wechselstroms an die Spule über ihre Umwandlungstemperatur erhitzt. Der Wechselstrom in der Spule induziert ein magnetisches Wechselfeld im Werkstück, das die Außenfläche des Teils auf eine Temperatur oberhalb des Umwandlungsbereichs erhitzt.

Die Bauteile werden mit Hilfe eines magnetischen Wechselfeldes auf eine Temperatur innerhalb oder oberhalb des Umwandlungsbereichs erhitzt und anschließend sofort abgeschreckt. Es handelt sich um ein elektromagnetisches Verfahren, bei dem eine Kupferspule verwendet wird, der ein Strom mit einer bestimmten Frequenz und Leistung zugeführt wird.