Индукционная высокочастотная импульсная закалка стальных изделий
Ключевые слова:
индукционная ВЧ импульсная поверхностная закалка, глубина проникновения, FLUX, аустенизация, ELTA
Аннотация
В конце ХХ в. был проведен ряд исследований, позволивший создать системы индукционной ВЧ импульсной поверхностной закалки, показавшие преимущества перед ВЧ индукционной поверхностной закалкой посредством синусоидального переменного электромагнитного поля. Но технология была реализована для закаливаемых поверхностей небольшого размера (до нескольких десятков см2). Результаты приведенного в статье исследования в сочетании с возможностями современных ВЧ-генераторов с выходной мощностью до 3 МВт позволяют увеличить площадь закаливаемого слоя до нескольких сотен см2. В статье представлены номограммы, позволяющие формировать приближенные значения параметров ВЧ импульсной закалки поверхностей стальных заготовок. Показаны возможности применения данных номограмм для постановки задач 2D-моделирования. Получены результаты расчета параметров процесса закалки на 2D-модели. Номограммы позволили сформировать исходные данные для этой модели и определить режимы ВЧ импульсной закалки применительно к системам «индуктор–-заготовка» бесконечной длины, а также для систем конечных размеров. Сравнение результатов численных исследований и экспериментальных данных показало их хорошую сходимость.
Литература
1. Aliferov A., Lupi S., Forzan M. Milliseconds Pulse Induction Hardening. – International Journal of Microstructure and Materials Properties, 2018, 13(1/2):73, DOI:10.1504/IJMMP.2018.10014735.
2. Жуков М.Ф. и др. Упрочнение деталей теплоэнергетического оборудования методом высокочастотной импульсной закалки. – Теплоэнергетика, 1996, № 12, с. 25–27.
3. Жуков М.Ф. и др. Высокочастотная импульсная закалка сталей. – Физико-химическая обработка материалов, 1994, т. 6, с. 98–108.
4. Wang Y. et al. Electropulsing assisted aging with ultrafast hardening rate for AerMet100 . – Materials Science and Engineering A, 2022, vol. 841, 143066.
5. Hao J.Q. et al. Accelerated Carbon Atoms Diffusion in Bearing Steel Using Electropulsing to Reduce Spheroidization Processing Time and Improve Microstructure Uniformity. – Steel Research International, 2020, 91 (7), DOI:10.1002/srin.202000041.
6. Zhang J. et al. Microstructure and Mechanical Property of Electropulsing Tempered Ultrafine Grained 42CrMo Steel. – Materials Science and Engineering A, 2020, 782(1), 139213, DOI: 10.1016/j.msea.2020.139213.
7. Liu X., Zhang X. An Ultrafast Performance Regeneration of Aged Stainless Steel by Pulsed Electric Current. – Scripta Materialia, 2018, 153, pp. 86–89, DOI: 10.1016/j.scriptamat.2018.05.004.
8. Shchukin V.G., Popov V.N. Solidification of the metal modified after pulsed induction heating of the surface layer. – Russian Metallurgy (Metally), 2022, No. 9, pp. 1072–1081, DOI:10.1134/S0036029522090130.
9. Щукин В.Г., Попов В.Н., Шмагунов О.А. Моделирование кристаллизации в поверхностном слое металла, модифицированном наночастицами при импульсном индукционном нагреве. – Прикладная механика и техническая физика, 2022, т. 63, № 4 (374), c. 27–38.
10. Попов В.Н., Щукин В.Г., Бойко О.А. Численное моделирование теплофизических процессов модифицирования поверхностного слоя металла при индукционном нагреве. – Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2018, № 2 (119), c. 114–125.
11. Попов В.Н., Черепанов А.Н., Щукин В.Г. Моделирование модифицирования поверхностного слоя металла наночастицами при импульсном индукционном нагреве. – Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2018, № 2 (77), с. 82–96.
12. Сербинович С.И., Щукин В.Г., Марусин В.В. Влияние динамики тепловыделения на микротвердость поверхностного слоя стали при высокочастотной импульсной обработке. – Теплофизика и аэромеханика, 2003, № 3, c. 457–464.
13. Щукин В.Г., Марусин В.В. Моделирование энергопоглащения в стали при обработке мощными высокочастотными импульсами разной частоты. – Прикладная и теоретическая физика, 2004, т. 45, № 6, c. 154–168.
14. Марусин В.В. Высокочастотная импульсная закалка деталей. – Обработка металлов, 2004, № 2, c. 14–15.
15. Щукин В.Г., Марусин В.В. Моделирование процесса формирования упрочненного слоя при обработке углеродистой стали движущимся источником импульсного электромагнитного поля. – Новые материалы и технологии в машиностроении, 2007, № 7, c. 161–167.
16. Crepaz G. et al. High-Frequency Induction Hardening with Controlled Capacitors-Discharge Pulse-Operation Processes. – Transactions on Industry Applications, 1986, DOI:10.1109/TIA.1986. 4504706.
17. Biasutti F., Krause C. Experimental investigation of process parameters on contour induction hardening of gears’, HES-10 Heating by Electromagnetic Sources, 201018-21 May, Padua, Italy, pp.189–199.
18. Bykovsky V.N., Aliferov A.I. Pulse Induction Surface Hardening of Steel Blanks. –The Science. Technologies. Innovations, 2019, part 5, pp. 19–22.
19. Алиферов А., Лупи С. Электроконтактный нагрев металлов. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2004, 224 с.
#
1. Aliferov A., Lupi S., Forzan M. Milliseconds Pulse Induction Hardening. – International Journal of Microstructure and Materials Properties, 2018, 13(1/2):73, DOI:10.1504/IJMMP.2018.10014735.
2. Zhukov M.F. et al. Teploenergetika – in Russ. (Thermal Power Engineering), 1996, No. 12, pp. 25–27.
3. Zhukov M.F. et al. Fiziko-himicheskaya obrabotka materialov – in Russ. (Physical and Chemical Processing of Materials), 1994, vol. 6, pp. 98–108.
4. Wang Y. et al. Electropulsing assisted aging with ultrafast hardening rate for AerMet100 . – Materials Science and Engineering A, 2022, vol. 841, 143066.
5. Hao J.Q. et al. Accelerated Carbon Atoms Diffusion in Bearing Steel Using Electropulsing to Reduce Spheroidization Processing Time and Improve Microstructure Uniformity. – Steel Research International, 2020, 91 (7), DOI:10.1002/srin.202000041.
6. Zhang J. et al. Microstructure and Mechanical Property of Electropulsing Tempered Ultrafine Grained 42CrMo Steel. – Materials Science and Engineering A, 2020, 782(1), 139213, DOI: 10.1016/j.msea.2020.139213.
7. Liu X., Zhang X. An Ultrafast Performance Regeneration of Aged Stainless Steel by Pulsed Electric Current. – Scripta Materialia, 2018, 153, pp. 86–89, DOI: 10.1016/j.scriptamat.2018.05.004.
8. Shchukin V.G., Popov V.N. Solidification of the metal modified after pulsed induction heating of the surface layer. – Russian Metallurgy (Metally), 2022, No. 9, pp. 1072–1081, DOI:10.1134/S0036029522090130.
9. Shchukin V.G., Popov V.N., Shmagunov О.А. Prikladnaya mekhanika i tekhnicheskaya fizika – in Russ. (Applied Mechanics and Technical Physics), 2022, vol. 63, No. 4 (374), pp. 27–38.
10. Popov V.N., Shchukin V.G., Boyko О.А. Vestnik MGTUim. N.E. Baumana. Ser. Mashinostroenie – in Russ. (Bulletin of the Bauman Moscow State Technical University. Mechanical Engineering Series), 2018, No. 2 (119), pp. 114–125.
11. Popov V.N., Cherepanov A.N., Shchukin V.G. Vestnik MGTU im. N.E. Baumana. Ser. Estestvennye nauki – in Russ. (Bulletin of the Bauman Moscow State Technical University. Natural Sciences Series), 2018, No. 2 (77), pp. 82–96.
12. Serbinovich S.I., Shchukin V.G., Marusin V.V. Teplofizika i aeromekhanika – in Russ. (Thermophysics and Aeromechanics), 2003, No. 3, pp. 457–464.
13. Shchukin V.G., Marusin V.V. Prikladnaya i teoreticheskaya fizika – in Russ. (Applied and Theoretical Physics), 2004, vol. 45, No. 6, pp. 154–168.
14. Marusin V.V. Obrabotka metallov – in Russ. (Metal Processing), 2004, No. 2, pp. 14–15.
15. Shchukin V.G., Marusin V.V. Novye materialy i tekhnologii v mashinostroenii – in Russ. (New Materials and Technologies in Mechanical Engineering), 2007, No. 7, pp. 161–167.
16. Crepaz G. et al. High-Frequency Induction Hardening with Controlled Capacitors-Discharge Pulse-Operation Processes. – Transactions on Industry Applications, 1986, DOI:10.1109/TIA.1986. 4504706.
17. Biasutti F., Krause C. Experimental investigation of process parameters on contour induction hardening of gears’, HES-10 Heating by Electromagnetic Sources, 201018-21 May, Padua, Italy, pp.189–199.
18. Bykovsky V.N., Aliferov A.I. Pulse Induction Surface Hardening of Steel Blanks. –The Science. Technologies. Innovations, 2019, part 5, pp. 19–22.
19. Aliferov A., Lupi S. Elektrokontaktnyy nagrev metallov (Electrocontact Heating of Metals). Novosibirsk: Izd-vo NGTU, 2004, 224 p
2. Жуков М.Ф. и др. Упрочнение деталей теплоэнергетического оборудования методом высокочастотной импульсной закалки. – Теплоэнергетика, 1996, № 12, с. 25–27.
3. Жуков М.Ф. и др. Высокочастотная импульсная закалка сталей. – Физико-химическая обработка материалов, 1994, т. 6, с. 98–108.
4. Wang Y. et al. Electropulsing assisted aging with ultrafast hardening rate for AerMet100 . – Materials Science and Engineering A, 2022, vol. 841, 143066.
5. Hao J.Q. et al. Accelerated Carbon Atoms Diffusion in Bearing Steel Using Electropulsing to Reduce Spheroidization Processing Time and Improve Microstructure Uniformity. – Steel Research International, 2020, 91 (7), DOI:10.1002/srin.202000041.
6. Zhang J. et al. Microstructure and Mechanical Property of Electropulsing Tempered Ultrafine Grained 42CrMo Steel. – Materials Science and Engineering A, 2020, 782(1), 139213, DOI: 10.1016/j.msea.2020.139213.
7. Liu X., Zhang X. An Ultrafast Performance Regeneration of Aged Stainless Steel by Pulsed Electric Current. – Scripta Materialia, 2018, 153, pp. 86–89, DOI: 10.1016/j.scriptamat.2018.05.004.
8. Shchukin V.G., Popov V.N. Solidification of the metal modified after pulsed induction heating of the surface layer. – Russian Metallurgy (Metally), 2022, No. 9, pp. 1072–1081, DOI:10.1134/S0036029522090130.
9. Щукин В.Г., Попов В.Н., Шмагунов О.А. Моделирование кристаллизации в поверхностном слое металла, модифицированном наночастицами при импульсном индукционном нагреве. – Прикладная механика и техническая физика, 2022, т. 63, № 4 (374), c. 27–38.
10. Попов В.Н., Щукин В.Г., Бойко О.А. Численное моделирование теплофизических процессов модифицирования поверхностного слоя металла при индукционном нагреве. – Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2018, № 2 (119), c. 114–125.
11. Попов В.Н., Черепанов А.Н., Щукин В.Г. Моделирование модифицирования поверхностного слоя металла наночастицами при импульсном индукционном нагреве. – Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2018, № 2 (77), с. 82–96.
12. Сербинович С.И., Щукин В.Г., Марусин В.В. Влияние динамики тепловыделения на микротвердость поверхностного слоя стали при высокочастотной импульсной обработке. – Теплофизика и аэромеханика, 2003, № 3, c. 457–464.
13. Щукин В.Г., Марусин В.В. Моделирование энергопоглащения в стали при обработке мощными высокочастотными импульсами разной частоты. – Прикладная и теоретическая физика, 2004, т. 45, № 6, c. 154–168.
14. Марусин В.В. Высокочастотная импульсная закалка деталей. – Обработка металлов, 2004, № 2, c. 14–15.
15. Щукин В.Г., Марусин В.В. Моделирование процесса формирования упрочненного слоя при обработке углеродистой стали движущимся источником импульсного электромагнитного поля. – Новые материалы и технологии в машиностроении, 2007, № 7, c. 161–167.
16. Crepaz G. et al. High-Frequency Induction Hardening with Controlled Capacitors-Discharge Pulse-Operation Processes. – Transactions on Industry Applications, 1986, DOI:10.1109/TIA.1986. 4504706.
17. Biasutti F., Krause C. Experimental investigation of process parameters on contour induction hardening of gears’, HES-10 Heating by Electromagnetic Sources, 201018-21 May, Padua, Italy, pp.189–199.
18. Bykovsky V.N., Aliferov A.I. Pulse Induction Surface Hardening of Steel Blanks. –The Science. Technologies. Innovations, 2019, part 5, pp. 19–22.
19. Алиферов А., Лупи С. Электроконтактный нагрев металлов. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2004, 224 с.
#
1. Aliferov A., Lupi S., Forzan M. Milliseconds Pulse Induction Hardening. – International Journal of Microstructure and Materials Properties, 2018, 13(1/2):73, DOI:10.1504/IJMMP.2018.10014735.
2. Zhukov M.F. et al. Teploenergetika – in Russ. (Thermal Power Engineering), 1996, No. 12, pp. 25–27.
3. Zhukov M.F. et al. Fiziko-himicheskaya obrabotka materialov – in Russ. (Physical and Chemical Processing of Materials), 1994, vol. 6, pp. 98–108.
4. Wang Y. et al. Electropulsing assisted aging with ultrafast hardening rate for AerMet100 . – Materials Science and Engineering A, 2022, vol. 841, 143066.
5. Hao J.Q. et al. Accelerated Carbon Atoms Diffusion in Bearing Steel Using Electropulsing to Reduce Spheroidization Processing Time and Improve Microstructure Uniformity. – Steel Research International, 2020, 91 (7), DOI:10.1002/srin.202000041.
6. Zhang J. et al. Microstructure and Mechanical Property of Electropulsing Tempered Ultrafine Grained 42CrMo Steel. – Materials Science and Engineering A, 2020, 782(1), 139213, DOI: 10.1016/j.msea.2020.139213.
7. Liu X., Zhang X. An Ultrafast Performance Regeneration of Aged Stainless Steel by Pulsed Electric Current. – Scripta Materialia, 2018, 153, pp. 86–89, DOI: 10.1016/j.scriptamat.2018.05.004.
8. Shchukin V.G., Popov V.N. Solidification of the metal modified after pulsed induction heating of the surface layer. – Russian Metallurgy (Metally), 2022, No. 9, pp. 1072–1081, DOI:10.1134/S0036029522090130.
9. Shchukin V.G., Popov V.N., Shmagunov О.А. Prikladnaya mekhanika i tekhnicheskaya fizika – in Russ. (Applied Mechanics and Technical Physics), 2022, vol. 63, No. 4 (374), pp. 27–38.
10. Popov V.N., Shchukin V.G., Boyko О.А. Vestnik MGTUim. N.E. Baumana. Ser. Mashinostroenie – in Russ. (Bulletin of the Bauman Moscow State Technical University. Mechanical Engineering Series), 2018, No. 2 (119), pp. 114–125.
11. Popov V.N., Cherepanov A.N., Shchukin V.G. Vestnik MGTU im. N.E. Baumana. Ser. Estestvennye nauki – in Russ. (Bulletin of the Bauman Moscow State Technical University. Natural Sciences Series), 2018, No. 2 (77), pp. 82–96.
12. Serbinovich S.I., Shchukin V.G., Marusin V.V. Teplofizika i aeromekhanika – in Russ. (Thermophysics and Aeromechanics), 2003, No. 3, pp. 457–464.
13. Shchukin V.G., Marusin V.V. Prikladnaya i teoreticheskaya fizika – in Russ. (Applied and Theoretical Physics), 2004, vol. 45, No. 6, pp. 154–168.
14. Marusin V.V. Obrabotka metallov – in Russ. (Metal Processing), 2004, No. 2, pp. 14–15.
15. Shchukin V.G., Marusin V.V. Novye materialy i tekhnologii v mashinostroenii – in Russ. (New Materials and Technologies in Mechanical Engineering), 2007, No. 7, pp. 161–167.
16. Crepaz G. et al. High-Frequency Induction Hardening with Controlled Capacitors-Discharge Pulse-Operation Processes. – Transactions on Industry Applications, 1986, DOI:10.1109/TIA.1986. 4504706.
17. Biasutti F., Krause C. Experimental investigation of process parameters on contour induction hardening of gears’, HES-10 Heating by Electromagnetic Sources, 201018-21 May, Padua, Italy, pp.189–199.
18. Bykovsky V.N., Aliferov A.I. Pulse Induction Surface Hardening of Steel Blanks. –The Science. Technologies. Innovations, 2019, part 5, pp. 19–22.
19. Aliferov A., Lupi S. Elektrokontaktnyy nagrev metallov (Electrocontact Heating of Metals). Novosibirsk: Izd-vo NGTU, 2004, 224 p
