Одним из последних выдающихся достижений в области термообработки стало применение индукционный нагрев для локального упрочнения поверхности. Прогресс, достигнутый за счет применения тока высокой частоты, можно назвать просто феноменальным. Начав сравнительно недавно как давно востребованный метод упрочнения поверхностей подшипников коленчатых валов (несколько миллионов из них используются, устанавливая рекорды по срокам службы), сегодня этот очень избирательный метод поверхностной закалки позволяет получать упрочненные участки на множестве деталей. Однако, несмотря на широту применения в настоящее время, индукционная закалка все еще находится на стадии становления. Ее возможное использование для термообработки и закалки металлов, нагрева при ковке, пайке или пайке сходных и разнородных металлов непредсказуемо.
Индукционная закалка позволяет получать стальные предметы с локальной закалкой с требуемой степенью глубины и твердости, существенной металлургической структурой сердцевины, демаркационной зоны и закаленного корпуса, при практическом отсутствии деформации и окалинообразования. Это позволяет спроектировать оборудование, которое обеспечивает механизацию всей операции для выполнения требований производственной линии. Временные циклы всего в несколько секунд поддерживаются автоматическим регулированием мощности и интервалов между нагревом и закалкой в доли секунды, что необходимо для создания факсимильных результатов точной специальной фиксации. Оборудование для индукционной закалки позволяет пользователю подвергать поверхностной закалке только необходимую часть большинства стальных изделий, сохраняя при этом первоначальную пластичность и прочность; закаливать изделия сложной конструкции, которые невозможно обработать каким-либо другим способом; отказаться от обычной дорогостоящей предварительной обработки, такой как меднение и науглероживание, и дорогостоящих последующих операций правки и очистки; снизить стоимость материала за счет широкого выбора сталей; закалить полностью обработанное изделие без необходимости проведения каких-либо отделочных операций.
Случайному наблюдателю может показаться, что индукционная закалка возможна в результате некоторого преобразования энергии, происходящего в индуктивной области меди. По меди проходит электрический ток высокой частоты, и в течение нескольких секунд поверхность куска стали, помещенного в эту область, нагревается до критического диапазона и закаливается до оптимальной твердости. Для производителя оборудования для данного метода закалки это означает применение явлений гистерезиса, вихревых токов и скин-эффекта для эффективного получения локализованной поверхностной закалки.
Нагрев осуществляется с помощью токов высокой частоты. В настоящее время широко используются специально подобранные частоты от 2 000 до 10 000 циклов и до 100 000 циклов. Ток такой природы при протекании через индуктор создает высокочастотное магнитное поле в области индуктора. Когда магнитный материал, такой как сталь, помещается в это поле, в стали происходит рассеивание энергии, что приводит к выделению тепла. Молекулы внутри стали пытаются выровнять себя в соответствии с полярностью поля, и, поскольку она меняется тысячи раз в секунду, возникает огромное количество внутреннего молекулярного трения в результате естественного стремления стали сопротивляться изменениям. Таким образом, электрическая энергия через трение преобразуется в тепловую.
Однако, поскольку другой неотъемлемой характеристикой высокочастотного тока является концентрация на поверхности проводника, нагреваются только поверхностные слои. Эта тенденция, называемая "скин-эффектом", зависит от частоты, и при прочих равных условиях более высокие частоты эффективны на меньшей глубине. Трение, вызывающее нагрев, называется гистерезисом и, очевидно, зависит от магнитных свойств стали. Таким образом, когда температура проходит критическую точку, при которой сталь становится немагнитной, весь гистерезисный нагрев прекращается.
Дополнительным источником тепла являются вихревые токи, возникающие в стали под действием быстро меняющегося потока в поле. Поскольку сопротивление стали увеличивается с ростом температуры, интенсивность этого воздействия уменьшается по мере нагрева стали и составляет лишь малую часть от своего "холодного" первоначального значения при достижении надлежащей температуры закалки.
Когда температура стального прутка с индуктивным нагревом достигает критической точки, нагрев за счет вихревых токов продолжается со значительно меньшей скоростью. Так как все действие происходит в поверхностных слоях, затрагивается только их часть. Первоначальные свойства сердцевины сохраняются, а поверхностная закалка осуществляется путем закалки, когда в поверхностных слоях достигается полное растворение карбида. Продолжение подачи энергии приводит к увеличению глубины твердости, так как по мере нагревания каждого слоя стали плотность тока смещается к слою, расположенному под ним и обладающему меньшим сопротивлением. Очевидно, что выбор подходящей частоты, контроль мощности и времени нагрева позволят выполнить любые желаемые характеристики поверхностной закалки.
Металлургия Индукционный нагрев
Необычное поведение стали при индукционном нагреве и полученные результаты заслуживают обсуждения металлургии. Скорость растворения карбидов менее секунды, более высокая твердость, чем при печной обработке, и нодулярный тип мартенсита - все это заслуживает внимания.
которые классифицируют металлургию индукционной закалки как "другую". Кроме того, из-за короткого цикла нагрева не происходит обезуглероживание поверхности и рост зерна.
Индукционный нагрев Твердость сохраняется на 80 процентах глубины, а затем постепенно снижается через переходную зону до исходной твердости стали в сердцевине, которая не подвергалась воздействию. Таким образом, обеспечивается идеальное сцепление, исключающее возможность образования сколов или повреждений.
Полное растворение карбида и однородность, о чем свидетельствует максимальная твердость, достигаются при общем времени нагрева 0,6 секунды. Из этого времени только 0,2-0,3 секунды находятся выше нижнего критического значения. Интересно отметить, что оборудование для индукционной закалки ежедневно эксплуатируется на производстве с полным раствором карбида, полученным в результате цикла нагрева и закалки, общее время которого составляет менее 0,2 секунды.
Мелкоузловой и более однородный мартенсит, возникающий в результате индукционной закалки, более заметен в углеродистых сталях, чем в легированных, поскольку большинство мартенсита в легированных сталях имеет узловатый вид. Эта тонкая структура должна иметь своим источником аустенит, который является результатом более тщательной диффузии карбидов, чем при термическом нагреве. Практически мгновенное развитие критических температур по всей микроструктуре альфа-железа и карбида железа особенно благоприятствует быстрому растворению карбида и распределению составляющих, неизбежным продуктом которого является тщательно однородный аустенит. Далее, преобразование этой структуры в мартенсит приведет к образованию мартенсита, обладающего аналогичными характеристиками и соответствующей стойкостью к износу или проникающим инструментам. 
высокоскоростной индукционный нагрев