熱処理分野における最近の顕著な発展のひとつは、次のようなアプリケーションである。 誘導加熱 局所的な表面硬化へ高周波電流の応用による進歩は、驚異的としか言いようがない。クランクシャフトのベアリング表面を硬化させる方法として長い間望まれていた（数百万個のクランクシャフトが使用され、全時間使用記録を更新している）比較的短い時間前に始まったこの表面硬化方法は、今日、非常に選択的な表面硬化方法として、多数の部品に硬化領域を作り出している。しかし、今日の幅広い用途にもかかわらず、高周波焼入れはまだ発展途上の段階にあります。金属の熱処理や硬化、鍛造やろう付けのための加熱、類似金属や異種金属のはんだ付けに利用される可能性は、予測不可能である。
高周波焼入れ その結果、所望の深さと硬さ、コア、デマケーションゾーン、硬化ケースの本質的な冶金学的構造を持ち、歪みがなく、スケールが形成されない局部硬化鋼の製造が可能になります。生産ラインの要件を満たすため、作業全体の機械化を保証する設備設計が可能です。わずか数秒のタイムサイクルは、出力の自動調節によって維持され、厳密な特殊固定の模倣結果を作成するのに不可欠な、加熱と焼入れの間隔も一瞬で終わります。高周波焼入れ装置を使用することで、あらゆる鋼材の必要な部分のみを表面焼入れし、元の延性と強度を維持することができます。また、他の方法では実現不可能な複雑なデザインの部品を焼入れすることができます。銅めっきや浸炭などの通常の高価な前処理や、コストのかかるその後の矯正や洗浄作業を省くことができます。
傍目には、銅の誘導領域で何らかのエネルギー変換が起こる結果、高周波焼入れが可能になるように見えるだろう。銅は高周波の電流を流し、数秒のインターバルの間に、この通電領域内に置かれた鋼片の表面は臨界域まで加熱され、最適な硬度まで焼入れされる。この焼入れ方法の装置メーカーにとっては、ヒステリシス、渦電流、表皮効果の現象を応用して、局所的な表面硬化を効果的に行うことを意味する。
加熱は高周波電流を使用することで達成される。現在、2,000～10,000サイクル、100,000サイクル以上の高周波電流が広く使用されている。インダクターを流れるこの種の電流は、インダクターの領域内に高周波磁場を発生させる。鋼鉄のような磁性材料がこの磁場の中に置かれると、鋼鉄の中でエネルギーの放散が起こり、熱が発生する。鋼鉄内の分子はこの磁場の極性に整列しようとし、これが1秒間に何千回も変化するため、鋼鉄が変化に抵抗する自然な傾向の結果として、膨大な量の内部分子摩擦が発生する。このようにして、電気エネルギーは摩擦を媒介として熱に変換される。
しかし、高周波電流のもう一つの固有の特性は、導体の表面に集中することであるため、加熱されるのは表面層だけである。表皮効果」と呼ばれるこの傾向は周波数の関数であり、他の条件が同じであれば、より高い周波数はより浅い深さで効果を発揮する。熱を発生させる摩擦作用はヒステリシスと呼ばれ、明らかに鋼の磁性に依存する。したがって、温度が鋼材が非磁性になる臨界点を超えると、ヒステリシスによる加熱はすべて停止する。
また、磁場中の磁束が急激に変化する結果、鋼中に流れる渦電流による熱源もあります。鋼材の抵抗は温度とともに増加するため、この作用の強さは鋼材が加熱されるにつれて減少し、適切な焼入れ温度に達したときには「冷間」元の値の数分の一にしかなりません。
誘導加熱された棒鋼の温度が臨界点に達すると、渦電流による加熱は大幅に減少した速度で継続する。すべての作用は表面層で行われるため、影響を受けるのはその部分だけである。元の芯の特性は維持され、表面硬化は、表面領域で完全な炭化物溶解が達成されたときに焼入れによって達成される。鋼鉄の各層が温度上昇するにつれて、電流密度は抵抗の低い下の層に移行するからである。適切な周波数を選択し、電力と加熱時間を制御することで、表面硬化のあらゆる所望の仕様を実現できることは明らかである。
冶金学 誘導加熱
誘導加熱時の鋼の特異な挙動と得られた結果は、関連する冶金学について議論する価値がある。炭化物の溶解速度が1秒以下であること、炉で処理した場合よりも硬度が高いこと、マルテンサイトが結節型であることなどが考慮すべき点である。
これは、高周波焼入れの冶金を「異なるもの」と分類するものである。さらに、加熱サイクルが短いため、表面の脱炭や結晶粒成長は起こらない。
誘導加熱 は、その深さの80パーセントまで硬度を維持し、そこから移行ゾーンを通って、影響を受けていないコアに見られる本来の鋼材の硬度まで徐々に低下する。こうして理想的な接着が実現し、剥離やチェックの可能性を排除する。
最大硬度から明らかなように、完全な炭化物の溶解と均質性は、合計0.6秒の加熱時間で達成できる。この時間のうち、実際に下限臨界を超えるのは0.2～0.3秒だけである。興味深いことに、高周波焼入装置は生産ベースで毎日稼動しており、加熱と焼入れのサイクルの結果、完全な炭化物溶液が得られ、その合計時間は0.2秒未満である。
ほとんどの合金マルテンサイトは結節状であるため、高周波焼入れによって生じる微細な結節状でより均質なマルテンサイトは、合金鋼よりも炭素鋼の方がより分かりやすい。この微細組織の起源はオーステナイトでなければならず、これは熱加熱で得られるよりも徹底した炭化物拡散の結果である。アルファ鉄と炭化鉄の微細構造全体にわたって臨界温度が実質的に瞬時に発生することは、急速な炭化物の溶解と、必然的な産物として完全に均質なオーステナイトを持つ成分の分布を特に助長する。さらに、この組織がマルテンサイトに転化することで、同様の特性を有し、摩耗や貫通器具に対する相応の耐性を備えたマルテンサイトが生成される。 