Induktionserwärmung: Alles, was Sie schon immer wissen wollten, aber nie zu fragen wagten (November 2016)

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Frage des Monats: Seiteinigen Jahren führen wir bei relativ geraden Wellen das Scan-Härten mit einer 30-kHz-Anlage durch. Unser neues Bauteil weist eine radiale Stufe (scharfe Schulter) von 4,8 mm auf, die beim Versuch des Scan-Härtens geschmolzen ist. Wir haben gehört, dass ein Ein-Schuss-Induktor die Überhitzung der Schulter verringern und dennoch eine ausreichende Härtung gewährleisten könnte, weshalb wir einen lokalen Spulenhersteller gebeten haben, einen solchen für uns anzufertigen. Die Überhitzung an den Ecken ist zwar geringer, aber nun weisen wir am Umfang des abgeschreckten Bauteils Schwankungen der Oberflächenhärte von 4–6 HRC auf. Dieses Problem trat beim Scan-Härten nicht auf. Wie können wir das beheben?

Antwort: Bei einerangemessenen Auslegung der Induktionsspule und der Abschreckung sowie einer geeigneten Prozessrezeptur sollten keine so starken Härteunterschiede entlang des Wellenumfangs auftreten. Es gibt eine Reihe möglicher Ursachen, von denen hier die beiden häufigsten erläutert werden.

  1. Wärmebedingter Faktor.Bei Scan-Spulen verläuft der induzierte Wirbelstrom in Umfangsrichtung, wodurch zu jedem Zeitpunkt des Erwärmungsvorgangs eine sehr gleichmäßige Temperaturverteilung entsteht. Nur im Randbereich der Spulenanschlüsse treten geringfügige Temperaturschwankungen auf. Durch die Drehung des Werkstücks ist dieser Effekt (praktisch gesehen) vernachlässigbar, sodass in der Regel eine sehr gleichmäßige Temperaturverteilung erzielt wird (vorausgesetzt, es liegen keine Nuten, Keilnuten, Bohrungen und ähnliche geometrische Unstetigkeiten vor). Im Gegensatz zu Scan-Induktoren erzeugen die meisten Single-Shot-Induktoren einen überwiegend axialen statt eines umlaufenden Wirbelstromflusses. Wenn daher die Erwärmungszeit relativ kurz ist, die Erwärmungsfläche der Spule schmal ist und die Drehzahl unzureichend ist, kann es zum Zeitpunkt der Abschreckung zu einem merkbaren, ungleichmäßigen Temperaturverlauf in Umfangsrichtung kommen.Lösung: Eine Erhöhungder Drehzahl während der Einmalerwärmung könnte dieses Problem lösen. Die Verwendung eines Serpentineninduktors ist eine weitere Option.
  2. Faktor im Zusammenhang mit der Abschreckung.MIQ-Spulen werden häufig in Verbindung mit der Scan-Härtung eingesetzt und sorgen in der Regel für eine ausreichend gleichmäßige Umfangsabschreckung. Auch die bei der Scan-Härtung verwendeten Abschreckringe, -trommeln und -folger sorgen für eine relativ gleichmäßige Abschreckung. Bei einem Single-Shot-Induktor kann es zu Hindernissen kommen, dieeinen 360°-Zugang für die Sprühabschreckung verhindern. In einigen Fällen erfolgt die Abschreckung von einer Seite aus und deckt nur90°–120°der austenitisierten Oberfläche ab. Dies könnte zu einer merklichen Abweichung der Härte in Umfangsrichtung führen.Lösung:Die Abschreckvorrichtung neu konstruieren und dabei versuchen, so viel Oberfläche wie möglich abzudecken. Versuchen Sie außerdem, die Drehzahl während des Abschreckens zu variieren (beispielsweise eine Erhöhung um 25 % und anschließend eine Verringerung um 25 %) und vergleichen Sie die Ergebnisse. Sowohl eine zu geringe als auch eine zu hohe Drehzahl können zu einer ungleichmäßigen Abschreckung in Umfangsrichtung führen.

Dr. Valery Rudnev, FASM
Leiter Wissenschaft und Technologie
Inductoheat Inc
www.inductoheat.com

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