Đang tải... (xem toàn văn)
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC LÒ CẢM ỨNG. 1.1. Lò cảm ứng Nguyên lý làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ (Định luật Faraday): năng lượng điện xoay chiều cấp cho cuộn cảm để tạo một từ trường biến thiên, khi đặt vật dẫn vào trong từ trường đó thì trong vật xuất hiện (cảm ứng) dòng điện cảm ứng (dòng Foucault). Dưới tác dụng của dòng điện cảm ứng chạy trong vật nung, nhiệt năng được toả ra trong vật nung theo định luật JouleLenx
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU - - BÁO CÁO MÔN HỌC CÔNG NGHỆ NHIỆT LUYỆN ĐỀ TÀI : NHIỆT LUYỆN TRONG LÒ CẢM ỨNG GVHD: TS Trần Văn Khải SVTH: Mai Thị Trúc TP HỒ CHÍ MINH NĂM 2019 MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH ii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU iiii CHƯƠNG GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC LÒ CẢM ỨNG 1.1 Lò cảm ứng 1.2 Các vấn đề lò cảm ứng 1.2.1 Nhiệt lò cảm ứng 1.2.2 Cấu tạo phận nhiệt luyện CHƯƠNG NHIỆT LUYỆN TRONG LÒ CẢM ỨNG .4 2.1 Tổng quan nhiệt luyện lò cảm ứng 2.1.1 Các loại vật liệu sử dụng nhiệt luyện lò cảm ứng 2.1.2 Phân loại lò cảm ứng dùng nhiệt luyện 2.1.3 Ứng dụng .5 2.2 Lý thuyết nhiệt luyện sử dụng lò cảm ứng 2.3 Tôi bề mặt 11 2.3.1 Nguyên lý, trình 11 2.3.2 Lựa chọn thông số .15 2.3.3 Thí nghiệm ảnh hưởng hiệu bề mặt tới vật liệu .19 2.4 Ram cảm ứng 23 2.5 Ủ cảm ứng 28 CHƯƠNG TỔNG KẾT, ƯU NHƯỢC ĐIỂM 31 3.1 Ưu nhược điểm sử dụng lò cảm ứng để nhiệt luyện: 31 TÀI LIỆU THAM KHẢO 34 i DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1 Sơ đồ ngun lý lò cảm ứng Hình Cấu tạo phận nhiệt luyện Hình Cấu tạo phận nhiệt luyện chi tiết bánh .3 Hình Nhiệt độ Curie số loại vật liệu Hình 2 Độ sâu xuất dòng điện số vật liệu (mm) Hình Biểu đồ nhiệt dung thép nung .8 Hình Biểu đồ nhiệt độ .9 Hình Nhiệt dung riêng số loại vật liệu Hình Năng lượng cần thiết cho số vật liệu 10 Hình Hiệu suất sử dụng nhiệt 11 Hình Sơ đồ q trình tơi liên tục liên tiếp 13 Hình Đầu cảm ứng gắn vào bánh 14 Hình 10 Nhiệt luyện mặt sản phẩm 15 Hình 11 Biểu đồ xác định công suất riêng bề mặt cho phép 16 Hình 12 Biểu độ động học chuyển pha P γ 17 Hình 13 Nhiệt độ tốc độ nung số mác thép bề mặt cảm ứng .18 Hình 14 Thành phần hóa học mẫu thép AISI 1050 19 Hình 15 Hình ảnh mẫu sau 0, giây 19 Hình 16 Sự thay đổi tần số cường độ dòng điện theo thời gian (f,I ~ t) 20 Hình 17 Biểu đồ quan quan hệ độ cứng theo chiều sâu lớp tơi 22 Hình 18 Cấu trúc tế vi mẫu 2,4,6,8 mm 23 Hình 19 Mối quan hệ thời gian độ cứng trình ram lò nung lò cảm ứng 24 Hình 20 Nhiệt độ bề mặt phần lõi phơi q trình gia nhiệt làm nguội ram 26 Hình 21 Ảnh hưởng thơng số nguồn tần số tới chất lượng sản phẩm ram cảm ứng 26 Hình 22 Dữ liệu sản xuất ram cảm ứng 27 Hình 23 Mơ hình ủ cảm ứng với sản phẩm ống thép .29 Hình 24 Mơ hình ủ cảm ứng với sản phẩm ống nhơm .30 ii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng Các mác thép khơng thích hợp để xử lý nhiệt cảm ứng iii CHƯƠNG GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC LÒ CẢM ỨNG 1.1 Lò cảm ứng Nguyên lý làm việc dựa tượng cảm ứng điện từ (Định luật Faraday): lượng điện xoay chiều cấp cho cuộn cảm để tạo từ trường biến thiên, đặt vật dẫn vào từ trường vật xuất (cảm ứng) dòng điện cảm ứng (dòng Foucault) Dưới tác dụng dòng điện cảm ứng chạy vật nung, nhiệt toả vật nung theo định luật Joule-Lenx Hình 1 Sơ đồ nguyên lý lò cảm ứng Theo nguyên lý dẫn từ, lò cảm ứng chia hai loại: lò cảm ứng có lõi sắt lò cảm ứng khơng có lõi sắt.Theo tần số sử dụng, lò cảm ứng lại chia ra: lò tần số thấp (tần số cơng nghiệp 50Hz), lò trung tần (500-10.000 Hz) lò cao tần (200-1.000 KHz) Để tạo tần số cao, lò cần sử dụng thiết bị phát tần số như: máy phát điện, đèn phát điện tử hay bán dẫn (Thyristor) Ưu điểm: • Để nhiệt luyện thép hợp kim lò điện người ta sử dụng lượng điện biến thành nhiệt năng, tập trung lượng nhiệt lớn để nung nóng kim loại nhanh đặc biệt nung nóng bề mặt • Dễ điều chỉnh nhiệt độ, thời gian trình gia nhiệt theo ý muốn • Sản phẩm khơng tiếp xúc trực tiếp với lửa, khơng có khí thải , đảm bảo an tồn mơi trường • Thiết bị tự động, khí hóa, nâng cao hiệu suất sản phẩm • Hiệu suất sử dụng lượng lớn, hao tốn lượng từ giảm tiêu phí sản xuất Nhược điểm: • Giá thành loại thép lò điện cao tiêu tốn chi phí điện chi phí mua điện cực lớn • u cầu trình độ kỹ thuật cao • Chi phí cao phải sửa chữa hư hỏng, bảo trì 1.2 Các vấn đề lò cảm ứng 1.2.1 Nhiệt lò cảm ứng Theo định luật Faraday, Năng lượng điện gia nhiệt cho kim loại tính theo cơng thức : Trong : I1.n1 : ampe vòng ( A.mm) d: đường kính nồi chứa kim loại ( mm ) h: chiều cao nồi lò ( mm) ρ: điện trở suất kim loại ( Ω.m) f : tần số làm việc (Hz) Nhiệt truyền vào khối kim loại phụ thuộc vào yếu tố sau: • Điện trở suất ρ v h s t thm ca kim loi Trị số dòng điện nguồn cấp Nếu tăng trị số dòng điện lên hai lần nhiệt tăng lên bốn lần • Tần số dòng điện nguồn cấp Nếu tăng tần số lên bốn lần nhiệt tăng lên hai lần Từ ta nhận thấy rằng: tăng dòng điện nguồn cấp hiệu tần số nguồn cấp thực tế trị số dòng khơng thể tăng lên q lớn lý cách điện, trị số dòng lớn làm nóng chảy vòng cảm ứng (mặc dù làm mát dòng nước liên tục) thực tế người ta tăng tần số nguồn cấp 1.2.2 Cấu tạo phận nhiệt luyện Cấu tạo phận nhiệt luyện miêu tả hình 1.2 Lõi nhiệt luyện Phần khơng nhiệt luyện Phần nhiệt luyện Hình Cấu tạo phận nhiệt luyện Cấu tạo gồm lõi thép bao quanh phận cần nhiệt luyện Cho dòng điện cao tần chạy qua lõi thép Khi xuất dòng tạo điện trường theo ngun lý Fu-cơ làm nóng kim loại Chỉ có bề mặt sản phẩm nhiệt luyện nung nóng dòng điện Fu-cơ nung nóng vật bề mặt Ngồi nhiệt luyện chi tiết bánh cấu tạo phận nhiệt luyện có dạng sau: Hình Cấu tạo phận nhiệt luyện chi tiết bánh Bộ phận có đường kính lớn lõi nhiệt luyện tăng dần kích thước theo Tuy nhiên, cơng suất máy có giới hạn nên thường phận nhiệt luyện ( lõi cảm ứng hay cuộn cảm ứng ) có kích thước phù hợp dùng phương pháp nhiệt luyện khác để khắc phục CHƯƠNG NHIỆT LUYỆN TRONG LÒ CẢM ỨNG 2.1 Tổng quan nhiệt luyện lò cảm ứng Máy cảm ứng tần số cao công nghệ nhiệt luyện cảm ứng công nghê gia nhiệt với hiệu suất gia nhiệt cao (dành cho vật liệu kim loại), tốc độ nhanh công suất tiêu thụ thấp góp phần bảo vệ mơi trường Nó sử dụng rộng rãi nhiều ngành công nghiệp gia công vật liệu kim loại, xử lý nhiệt, hàn, q trình nóng chảy vật liệu Nó khơng làm nóng phơi cách tồn bộ, mà gia nhiệt cục cho phơi; nhiệt phơi tập trung vào bề mặt Khơng làm nóng trực tiếp vật liệu kim loại, mà phi kim hay vật liệu nhiệt luyện gián tiếp Vì vậy, cơng nghệ gia nhiệt cảm ứng sử dụng rộng rãi ngày Quy trình xử lý: Quá trình gia nhiệt thường sử dụng bề mặt vật liệu cần làm cứng, sử dụng để ủ ủ phần Đầu năm 1930, Hoa Kỳ quốc gia, Liên Xô áp dụng phương pháp gia nhiệt cảm ứng cho bề mặt làm cứng phận Với phát triển công nghiệp, gia nhiệt cảm ứng, xử lý nhiệt công nghệ tiếp tục cải tiến, tiếp tục mở rộng phạm vi ứng dụng 2.1.1 Các loại vật liệu sử dụng nhiệt luyện lò cảm ứng Xử lý nhiệt cảm ứng áp dụng cho nhiều loại vật liệu gang dẻo thép Thông thường, thép carbon trung bình (% 0,35 -% 0,50 carbon) cho kết nhiệt luyện cảm ứng cao Ngoài ra, vật liệu gang dễ uốn chất lượng cao (GGG 50 - 70) áp dụng phương pháp Đối với loại thép cacbon có % cacbon cao hơn, Chromium thêm vào thép (thường 0,25-0,35%) để tương tác với hàm lượng carbon thép tạo carbua bề mặt nhằm tăng độ cứng bề mặt Các mác thép hơp kim sau không phù hợp để xử lý nhiệt cảm ứng Bảng 2.1: Các mác thép khơng thích hợp để xử lý nhiệt cảm ứng [1] Thép làm việc nhiệt độ thường 210Cr12 155CrVMo12 60WCrV7 45NiCrMo4 90MnCrV8 Thép làm việc nhiệt độ cao 38CrMoV5 40CrMoV5 32CrMoV3 56NiCrMoV7 2.1.2 Phân loại lò cảm ứng dùng nhiệt luyện Theo tần số dòng điện xoay chiều, nhiệt luyện cảm ứng chia theo tần số làm việc, bao gồm: UHF, HF, RF, MF • Xử lý nhiệt cảm ứng tần số cực cao (UHF) sử dụng tần số lên đến 27 MHz, lớp gia nhiệt mỏng, khoảng 0,15 mm, sử dụng cho hình dạng phức tạp cưa tròn phơi cứng bề mặt mỏng • Xử lý nhiệt cảm ứng tần số cao (HF) thường sử dụng tần số từ 200 đến 300 kHz, độ sâu lớp gia nhiệt 0,5 đến mm sử dụng cho bánh răng, tay áo xi lanh, cam, trục,… • Việc xử lý nhiệt cảm ứng vơ tuyến (RF) với tần số từ 20 đến 30 kHz, với hệ thống sưởi bánh mô-đun nhỏ siêu âm thanh, nhiệt luyện lớp thô dọc theo phân phối hồ sơ răng, hiệu suất tốt sử dụng lửa tinh khiết • Gia nhiệt cảm ứng MF (Tần số trung bình - MF) xử lý nhiệt cách sử dụng dòng điện tần số thường từ 2,5 đến 10 kHz, độ sâu lớp nhiệt luyện đến mm, nhiều cho bánh mơ-đun lớn, có trục đường kính lớn trục nguội Ngồi ra, với cơng nghệ nhiệt luyện gia nhiệt sử dụng dòng xoay chiều với tần số 50 đến 60 Hz áp dụng, độ sâu lớp nhiệt luyện 10 đến 15 mm, sử dụng cho bề mặt cứng phôi lớn 2.1.3 Ứng dụng Nhiệt luyện cảm ứng sử dụng rộng rãi để làm cứng bề mặt bánh răng, trục, trục khuỷu, cam, lăn,… phơi Mục đích để cải thiện khả chống mài mòn khả chống mỏi sản phẩm Trục truyền ô tô ứng dụng công nghệ để làm cứng bề mặt, chu kỳ tải thiết kế mỏi tăng khoảng 10 lần so với làm nguội luyện Nhiệt luyện cảm ứng bề mặt thường ứng dụng làm cứng vật liệu phôi thường thép carbon Để đáp ứng nhu cầu đặc biệt số phôi phát triển cho cảm ứng làm nóng bề mặt làm cứng thép chuyên dụng độ cứng thấp Carbon cao phôi thép gang sử dụng nhiệt luyện bề mặt gia nhiệt cảm ứng 2.2 Lý thuyết nhiệt luyện sử dụng lò cảm ứng Hiệu ứng bề mặt xu hướng dòng điện xoay chiều phân bổ dây dẫn với mật độ dòng điện gần bề mặt dây dẫn lớn so với gần lõi nó, điều ảnh hưởng tới nhiệt độ bề mặt nhiệt độ bên sản phẩm Được tính cơng thức sau: J = J0.𝑒 −𝑟/𝛥 Trong đó: r : Là khoảng cách lõi cảm ứng sản phẩm Δ : Là độ sâu xuất dòng điện J: Là mật độ dòng điện vị trí xét J0: Là mật độ dòng điện bề mặt vật Chiều sâu bề mặt xuất dòng điện: Ảnh hưởng tần số dòng điện sử dụng Tần số dòng điện tăng, chiều sâu bề mặt nung nóng giảm Bởi tùy theo mục đích nhiệt luyện chiều sâu cần nhiệt luyện, ta chọn tần số thích hợp Thơng thường tần số dòng điện sử dụng từ 100 – 450kHz ( thuộc dòng điện cao tần) , khoảng tần số này, độ sâu bề mặt lượng nhiệt tỏa thích hợp để nung nóng liên tục bề mặt vật vừa nhỏ.Khi cần thiết tăng độ sâu nung bề mặt, ta tăng tần số dòng điện lên, thông thường tăng từ 530kHZ Ta sử dụng dòng điện cao tần nhiệt lượng sinh lớn đồng thời độ sâu bề mặt nung vừa đủ Theo công thức Maxwell, quan hệ tần số độ sâu bề mặt là: [1] Sau 10 giây trình cảm ứng, mẫu thử làm nguội vào thùng chứa dầu cách mở cổng bên mẫu vật Quá trình cảm ứng vị trí mẫu vật cho mẫu B tương tự mẫu A thời gian cảm ứng kéo dài để đạt nhiệt độ austenite Kết quả: Tần số: Kết đo tần số cho mẫu A B q trình cảm ứng mơ tả hình (a-b) Đối với mẫu A, tần số dao động từ 68 - 72 KHz mẫu B, tần số thấp dao động khoảng 57 - 62 KHz Từ đó, với cơng suất nguồn, vât A cần tần số cao so với vật B, hay tần số cảm ứng giảm đường kính mẫu vật tăng Hình 16 Sự thay đổi tần số cường độ dòng điện theo thời gian (f,I ~ t) [8] (a) Biểu đồ tương ứng với mẫu A, (b) Biểu đồ tương ứng với mẫu B Cường độ dòng điện: • Trong q trình cảm ứng cho mẫu A B, yếu tố tần số, phụ thuộc vào cách sử dụng xếp cuộn dây khác Hình (a) (b) mô tả thay đổi q trình tơi bề mặt cảm ứng Dành cho mẫu A, cường độ dòng điện từ 40 - 45 Ampe, điện áp 8,8 - 10 KVA Mẫu B dao động từ 70-75 Ampe điện áp khoảng 15 - 16KVA Sự gia tăng đường kính mẫu gây gia tăng cường độ dòng điện • u cầu dòng điện có cơng suất cao thiết lập máy cảm ứng thành công suất thực tối đa Việc cung cấp cho máy cảm ứng kiểm sốt để giảm u cầu lượng Tuy nhiên, làm tăng thời gian làm nóng 20 • Sự gia tăng đường kính mẫu vật làm tăng cường độ dòng điện, từ dẫn đến tăng lượng đầu vào Độ cứng lớp Sự phân bố độ cứng bề mặt mẫu thử tác động cảm ứng trình thể hình (a-b) Độ cứng ban đầu vật liệu thép carbon nhận 21-22 HRC Q trình làm nguội cách sử dụng tơi cảm ứng làm tăng độ cứng vật liệu bề mặt đến 55-59 HRC Nó tăng gần lần so với độ cứng ban đầu Độ cứng giảm tăng khoảng cách từ đường kính ngồi Q trình làm nguội mẫu vật làm cứng bề mặt làm mềm vùng lõi mẫu vật Độ cứng tâm mẫu thử giảm xuống 16-17 HRC 21 Hình 17 Biểu đồ quan quan hệ độ cứng theo chiều sâu lớp [8] (a) Biểu đồ tương ứng với mẫu A, (b) Biểu đồ tương ứng với mẫu B (c) Vị trí điểm khảo sát theo chiều dày lớp Độ sâu lớp tôi: Độ cứng thí nghiệm tương đối cao, mm mẫu A 10 mm mẫu vật B Mẫu B có bề mặt cứng sâu tần số giảm Nghiên cứu mở rộng để giảm độ sâu độ cứng cách tăng tần số trình cảm ứng Sự phát triển cấu trúc vi mơ từ bề mặt đến trung tâm mẫu vật cho hai mẫu gần tương tự Nó chủ yếu bị ảnh hưởng nhiệt độ gia nhiệt phân phối nhiệt từ bề mặt đến trung tâm mẫu thử Cấu trúc vi mô Ta xét cấu trúc vi mô mẫu A Sự phát triển cấu trúc vi mơ từ bề mặt ngồi đến bề mặt trung tâm, Hình (d) ý với P-Q-R-S trình bày Hình 2.18 (a - d) sử dụng độ phóng đại 100 lần Hình 2.18 (a), chụp mm từ bề mặt bên ngoài, cho thấy biến đổi cấu trúc vi mơ ban đầu thép carbon trung bình, ferrite-perlite đến vi cấu trúc martensite phân bố đồng Trong hình 2.18 (b - c), cấu trúc vi mơ chụp mm từ bên ngồi bề mặt Cấu trúc vi mô dần thay đổi vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ) nơi nung nóng khơng đạt đến nhiệt độ austenite Sau đó, cấu trúc vi mô ferit-perlite, cấu trúc vi mô ban đầu tìm thấy độ sâu mm từ bề mặt bên ngồi nơi vật liệu tìm thấy mềm 22 Hình 18 Cấu trúc tế vi mẫu 2,4,6,8 mm [8] Kết luận Mẫu thép carbon trung bình với khác đường kính trình bày thí nghiệm Một máy cảm ứng pha sử dụng tiên hành bề mặt mẫu thử tăng độ cứng vật liệu bề mặt tới 55-59 HRC, gần gấp lần so với độ cứng ban đầu Kết cho thấy: • Sự gia tăng đường kính mẫu vật làm tăng cường độ dòng điện, bên cạnh làm tăng yêu cầu lượng hệ • Tần số cảm ứng giảm đường kính mẫu vật tăng dẫn đến độ cứng sâu lớp bề mặt • Độ sâu lớp tơi cứng mẫu A dao động từ bề mặt đến mm từ bề mặt mẫu B dao động từ bề mặt đến 10 mm từ bề mặt • Cấu trúc vi mô từ bề mặt đến trung tâm mẫu vật cho hai mẫu vật gần giống Nó chủ yếu bị ảnh hưởng nhiệt độ nung phân phối nhiệt từ bề mặt đến trung tâm mẫu vật 2.4 Ram cảm ứng Ram thép công nghệ bắt buộc sau (chuyển biến -> Martensite), bao gồm việc nung thép lên tới nhiệt độ thấp đường AC1, giữ nhiệt độ khoảng thời gian làm nguội Thép sau tơi có tổ chức khơng ổn định gồm martensite tơi austenite dư có trạng thái khơng ổn định Sau tiến hành ram thép, martensite 23 austenite dư bị phá hủy Trong phần này, ta tập trung tìm hiểu trình ram cảm ứng Sự khác biệt cảm ứng lò nung thông dụng khác thời gian gia nhiệt độ liên quan Khi phôi ram cảm ứng, chúng nung nhiệt độ bề mặt định mà khơng có thời gian giữ nhiệt độ Có nghĩa cảm ứng, người ta quan tâm tới nhiệt độ bề mặt không quan tâm tới thơng sơ thời gian nhiều, thời gian gia nhiệt ngắn Hình cho thấy độ cứng hàm nhiệt độ thời gian ủ, thép 1050 ( theo AISI, tương ứng với mác thép C42 -> C50 TCVN) xử lý lò nung cảm ứng Thời gian gia nhiệt ngắn phơi gia cơng cảm ứng đòi hỏi nhiệt độ sau gia nhiệt cao Hình 19 Mối quan hệ thời gian độ cứng q trình ram lò nung lò cảm ứng [9] Trong hình 2.19, độ cứng thép sau tơi 62 HRC Chu kỳ ủ lò 425°C tạo độ cứng 40 HRC tương tự loại thép nung lò cảm ứng 24 giây đến 540 ° C Thời gian nung phơi nhanh đòi hỏi nhiệt độ cao để khuếch tán nguyên tử carbon tạo thành cacbua sắt Do tính chất học khác, chẳng hạn suất độ bền kéo, độ giãn dài, giảm diện tích độ bền gãy, thường tương quan với độ cứng, hai phương pháp nung phôi khác tạo sản phẩm tương tự Tuy nhiên, tính chất học thấp chút phôi gia công cảm ứng so với phơi gia cơng lò nung, thiếu thời gian nhiệt độ khác biệt nhỏ cấu trúc vi mô ứng suất dư Công thức thể mối liên hệ nhiệt độ/thời gian trình ram cảm ứng: 𝑇 𝑃 = 𝑇(14.44 + log(𝑡)) [9] Trong đó: − T.P (Time Parameter): tham số trình ram cảm ứng − 14.44 : số thép cacbon − T: Nhiệt độ trình ram (0C) − t : thời gian ủ (giây) Quá trình ram mối tương quan chế độ nhiệt độ để giảm ứng suất, dẻo dai dễ uốn Bởi giảm ứng suất mục tiêu quan trọng ram, nên bắt buộc phải biết làm để giảm ứng suất trình ram lò cảm ứng Hình 2.20 cho thấy biểu đồ nhiệt độ - thời gian cho trình ủ cảm ứng phơi q trình gia nhiệt làm nguội Từ giản đồ ta thấy, trình gia nhiệt, nhiệt độ bề mặt phơi lớn nhiệt độ vùng tâm phơi Ở q trình làm nguội, ban đầu nhiệt độ bề mặt lớn nhiệt độ vùng lõi, nhiên sau nhiệt độ vùng lõi giảm chậm vùng bề mặt nên nhiệt độ lõi cao 25 Hình 20 Nhiệt độ bề mặt phần lõi phôi trình gia nhiệt làm nguội ram [9] Hình 21 Ảnh hưởng thông số nguồn tần số tới chất lượng sản phẩm ram cảm ứng [9] 26 Bảng cung cấp thông tin liên quan đến việc lựa chọn nguồn tần số cho ứng dụng khác trình ủ cảm ứng Hình học phơi rõ ràng phải xem xét để nhận ảnh hưởng khối nhiệt lượng cảm ứng.Ví dụ, trường hợp ủ cảm ứng bánh răng, điều quan trọng chân có thời gian gia nhiệt giống hệt Cũng theo hình 2.21, người ta đánh giá tần số tối ưu hay không thông qua thông số: Mức độ hiệu quả, chi phí sản suất mức độ đồng nhiệt phơi • Good: tần số tối ưu • Fair: tần số cao mức tối ưu (gây chi phí vốn cao giảm mức đọ đồng nhiệt) Với thông số này, ta cần giảm nguồn nhiệt nhận vào • Poor: tần số cao mức tối ưu đáng kể (gây chi phí đầu tư cao giảm mức độ đồng nhiệt) Ta cần giảm nguồn nhiệt nhận vào đáng kể Hình 22 Dữ liệu sản xuất ram cảm ứng [9] Từ bảng đánh giá liệu sản xuất trên, ta thấy cách chọn tần số ram cảm ứng phụ thuộc hình dạng phơi kích thước phơi Hình dạng phơi dạng tròn (Rounds), dạng (flats), hoắc hình dạng phức tạp khác Ví dụ, danh phơi dạng ống tròn 1.27 cm, in 1/2, mác thép AISI ( %C ~ 0.28 – 0.32) Tương ứng, ta cần tần số 9600hz, lượng 11 kW (sai số 25%), thời gian gia nhiệt 17s, biên độ nhiệt tăng từ 50 tới 565 độ C, với sản lượng 92 kg/h 27 2.5 Ủ cảm ứng Ủ cảm ứng trình nhiệt luyện bao gồm đốt nóng vật liệu nhiệt độ kết tinh lại sau làm nguội với tốc độ thích hợp để đạt cấu trúc mong muốn (ủ kết tinh lại) Mục đích sử dụng dòng cảm ứng để đạt trì nhiệt độ phù hợp thời gian nhanh, sau tiến hành làm mát thích hợp Nó thường sử dụng luyện kim khoa học vật liệu để làm cho mẫu xử lý có tính tốt cách giảm độ cứng tăng độ dẻo (khả thay đổi hình dạng mà khơng bị vỡ) Ủ làm thay đổi tính chất vật lý đơi tính chất hóa học vật liệu kết tinh lại thu trình làm nguội Do đó, cấu trúc sau ủ nhiều hợp kim, bao gồm thép carbon, phụ thuộc vào hệ thống gia nhiệt tốc độ làm nguội Kim loại màu, thép, yêu cầu làm nguội chậm để ủ Các vật liệu khác (ví dụ: đồng, bạc) làm nguội chậm khơng khí nhanh chóng làm nguội nước Hệ thống gia nhiệt cảm ứng cải tiến trình ủ truyền thống (ủ thể tích) Do phơi nung nóng trực tiếp từ trường, nên đạt phản ứng nhanh Hơn nữa, hiệu tổng thể cao trình gia nhiệt cảm ứng quan trọng việc điều trị kéo dài So với hầu hết phương pháp tiêu chuẩn, ủ cảm ứng cách tiếp cận dễ tự động hóa, khơng tiếp xúc cung cấp chất lượng cao phơi xử lý 28 Hình 23 Mơ hình ủ cảm ứng với sản phẩm ống thép [10] Qui trình ủ cảm ứng với sản phẩm ống nhơm dw-inductionheater [10] • Chất liệu: ống nhơm với đường kính 2.5 (63.5mm), dài 14 '(35.5cm) • Nhiệt độ nung: 343 ºC • Tần số: 75 kHz • Thiết bị: o Hệ thống sưởi cảm ứng DW-HF-45kW o Một cuộn dây gia nhiệt cảm ứng • Qui trình: Một vòng xoắn ốc tám vòng sử dụng để làm nóng ống trước ủ Để ủ toàn chiều dài ống, ống đặt cuộn dây gia nhiệt 30 giây sau quay nửa làm nóng để có thêm 30s Các ống sau uốn cong nóng để chống nứt • Lợi ích hệ thống nung cảm ứng cung cấp: o Hiệu cao, chi phí lượng thấp o Q trình nhanh chóng, kiểm sốt lặp lại o Ngăn ngừa vết nứt o Hệ thống sưởi tay không cần kỹ vận hành để sản xuất 29 o Ngay phân phối sưởi ấm Hình 24 Mơ hình ủ cảm ứng với sản phẩm ống nhôm [10] 30 CHƯƠNG TỔNG KẾT, ƯU NHƯỢC ĐIỂM Trong chế tạo khí phương pháp nhiệt luyện thép đóng vai trò quan trọng Vì khơng tạo cho chi tiết sau đúc gia công có tính chất cần thiết độ cứng, độ bền, độ dẻo dai, khả chống mài mòn chống ăn mòn cao Mà làm tăng tính cơng nghệ vật liệu Nên nói nhiệt luyện yếu tố công nghệ quan trọng định chất lượng sản phẩm Ngày với phát triển ngành kỹ thuật chế tạo khí, luyện kim, xây dựng, kỹ thuật điện tử v v Và đời sống hàng ngày cần đến viật liệu kim loại, hợp kim có tính đa dạng với chất lượng ngày cao Như biết, thép đàn hồi thép cứng, có tính đàn hồi cao, có thành phần cacbon tương đối cao, khoảng 0,55 – 0,65%, dùng để chế tạo nhíp, lò xo chi tiết đàn hồi khác Để đạt giới hạn đàn hồi cao thép nhiệt luyện + ram trung bình đạt tổ chức trơxtit ram Về vấn đề nhiệt luyện thép: Các chi tiết đàn hồi vật liệu chịu tải trọng tĩnh va đập cao mà không cho phép bị biến dạng dẻo Với đặc điểm ngồi phải có hình dạng thích hợp, thép đem dùng nhiệt luyện phải đạt số yếu tố : • Giới hạn đàn hồi cao, tức khả chống biến dạng dẻo cao, tỷ lệ σđh / σb gần tới tốt, thường đạt giới hạn 0,85 – 0,95 • Độ cứng ktrong khoảng HRC 35 – 45 hay HB 350 – 450 thích hợp; độ dẻoGiới hạn mỏi cao để thích ứng với điều kiện tải trọng thay đổi theo chu kỳ • Nâng cao độ nhẵn bóng bề mặt, loại bỏ vết xước , chống thoát cacbon, thành phần cacbon bề mặt thấp giới hạn quy định tích riêng nhỏ hơn, chịu ứng suất kéo dễ phát sinh vết nứt mỏi 3.1 Ưu nhược điểm sử dụng lò cảm ứng để nhiệt luyện: Ưu điểm: 31 • Cho phép tiến hành việc nhiệt với khu vực cục vật liệu (bề mặt vật liệu) • Thời gian gia nhiệt bề mặt ngắn • Quá trình oxy hóa bề mặt tối thiểu • Có thể điều chỉnh độ sâu lớp vật liệu nhiệt luyện nhờ tượng bề mặt • Sự biến dạng vật liệu nhiệt luyện (sự uốn cong) giảm • Tăng cường độ chịu mỏi vật liệu • Chi phí vận hành thấp, gây nhiễm mơi trường vận hành với cơng suất máy móc thấp Nhược điểm: • Đầu tư vốn cao (tuy nhiên, đầu tư phụ thuộc vào mức độ tự động hóa tích hợp thiết bị) • Chỉ số loại thép tham gia nhiệt luyện • Phương pháp giới hạn chi tiết có hình dạng phù hợp để tiến hành nhiệt luyện cảm ứng Rủi ro liên quan tới biến dạng • Có nguy biến dạng cao sản phẩm khơng chuẩn hóa • Nguy biến dạng cao xảy ra, sản phẩm trục có lỗ khóa • Biến dạng xảy mảnh dẫn hướng, vòng bi, v.v cứng lại bên mặt cắt ngang miếng khơng đủ dày Rủi ro nứt • Các phận đúc (Đặc biệt phận không chuẩn hóa có vết nứt bề mặt chúng Ngồi ra, phận có khoang đúc.) • Tại khu vực hàn • Góc nhọn khu vực thay đổi mặt cắt • Tại lỗ cụt gần bề mặt • Sử dụng sản phẩm khác thay khai báo 32 • Do q trình xử lý nhiệt khứ (làm suy yếu vật liệu hình học nó) Khiếm khuyết xảy vùi, vv, vật liệu bị giả mạo nhiệt độ khơng phù hợp • Trong vật liệu cán xảy lỗi vùi, v.v trình cán 33 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] http://www.termoinduksiyon.com.tr/en/eng-isil-isleme-tabi-tutulacak-parcalardaolusabilecek-riskler/ [2] “Công nghệ nhiệt luyện xử lý bề mặt”, Nguyễn Văn Dán [3] “Induction heating principles”, ceia-power.com [4] “Induction heating fundamentals” ,Fabrizio Dughiero, 2017-2018 [5] “Heat treatments”, Hubert Hill [6] “Induction Hardening of Gears”, V RUDNEV, D LOVELESS, R COOK and M BLACK [7] http://cokhithanhduy.com/tong-hop-cac-moi-truong-lam-nguoi-trong-toi-thepnhiet-luyen-thep/ [8] “Induction Hardening of Carbon Steel Material: The Effect of Specimen Diameter”, Rifky Ismail [9] “Practical Induction Heat Treating Richard, E Haimbaugh, 2001 [10] https://dw-inductionheater.com/induction-annealing-aluminum-pipe 34 ... LƯỢC LÒ CẢM ỨNG 1.1 Lò cảm ứng 1.2 Các vấn đề lò cảm ứng 1.2.1 Nhiệt lò cảm ứng 1.2.2 Cấu tạo phận nhiệt luyện CHƯƠNG NHIỆT LUYỆN TRONG LÒ CẢM ỨNG. .. khắc phục CHƯƠNG NHIỆT LUYỆN TRONG LÒ CẢM ỨNG 2.1 Tổng quan nhiệt luyện lò cảm ứng Máy cảm ứng tần số cao công nghệ nhiệt luyện cảm ứng công nghê gia nhiệt với hiệu suất gia nhiệt cao (dành cho... quan nhiệt luyện lò cảm ứng 2.1.1 Các loại vật liệu sử dụng nhiệt luyện lò cảm ứng 2.1.2 Phân loại lò cảm ứng dùng nhiệt luyện 2.1.3 Ứng dụng .5 2.2 Lý thuyết nhiệt luyện