Calentamiento de alta velocidad por sistema de calentamiento por inducción

Uno de los recientes desarrollos destacados en el campo del tratamiento térmico ha sido la aplicación de calentamiento por inducción al endurecimiento superficial localizado. Los avances hechos contingentes con la aplicación de corriente de alta frecuencia han sido nada menos que fenomenales. Comenzando hace relativamente poco tiempo como un método buscado durante mucho tiempo para endurecer las superficies de los cojinetes en los cigüeñales (varios millones de estos están en uso estableciendo todos los récords de servicio de tiempo), hoy encuentra que este método de endurecimiento de superficies muy selectivo produce áreas endurecidas en una multiplicidad de partes. Sin embargo, a pesar de su amplitud de aplicación actual, el endurecimiento por inducción aún se encuentra en su etapa inicial. Su uso probable para el tratamiento térmico y endurecimiento de metales, calentamiento para forja o soldadura fuerte, o soldadura blanda de metales similares y diferentes, es impredecible.

Endurecimiento por induccion da como resultado la producción de objetos de acero endurecido localmente con el grado deseado de profundidad y dureza, estructura metalúrgica esencial del núcleo, zona de demarcación y caja endurecida, con una práctica falta de distorsión y sin formación de incrustaciones. Permite el diseño de equipos que garantiza la mecanización de toda la operación para cumplir con los requisitos de la línea de producción. Los ciclos de tiempo de solo unos pocos segundos se mantienen mediante la regulación automática de la potencia y los intervalos de enfriamiento y calentamiento de fracciones de segundo indispensables para la creación de resultados facsímiles de fijaciones especiales exigentes. El equipo de endurecimiento por inducción permite al usuario endurecer la superficie solo en la parte necesaria de la mayoría de los objetos de acero y, por lo tanto, mantener la ductilidad y la resistencia originales; para endurecer artículos de diseño intrincado que no se pueden tratar de otra manera; para eliminar el pretratamiento costoso habitual, como el enchapado en cobre y la cementación, y las costosas operaciones posteriores de enderezado y limpieza; reducir el costo del material al tener una amplia selección de aceros para elegir; y endurecer un artículo totalmente mecanizado sin necesidad de operaciones de acabado.

Para el observador casual, parecería que el endurecimiento por inducción es posible como resultado de alguna transformación de energía que ocurre dentro de una región inductiva de cobre. El cobre transporta una corriente eléctrica de alta frecuencia y, en un intervalo de unos pocos segundos, la superficie de una pieza de acero colocada dentro de esta región energizada se calienta hasta su rango crítico y se templa hasta una dureza óptima. Para el fabricante de equipos para este método de endurecimiento significa la aplicación de los fenómenos de histéresis, corrientes de Foucault y efecto pelicular para la producción efectiva de endurecimiento superficial localizado.

El calentamiento se logra mediante el uso de corrientes de alta frecuencia. Las frecuencias elegidas específicamente de 2,000 a 10,000 ciclos y más de 100 ciclos se están utilizando ampliamente en la actualidad. Una corriente de esta naturaleza al fluir a través de un inductor produce un campo magnético de alta frecuencia dentro de la región del inductor. Cuando un material magnético como el acero se coloca dentro de este campo, hay una disipación de energía en el acero que produce calor. Las moléculas dentro del acero intentan alinearse con la polaridad de este campo, y con este cambio miles de veces por segundo, se desarrolla una enorme cantidad de fricción molecular interna como resultado de la tendencia natural del acero a resistir los cambios. De esta manera la energía eléctrica se transforma, por medio de la fricción, en calor.

Sin embargo, dado que otra característica inherente de la corriente de alta frecuencia es concentrarse en la superficie de su conductor, solo las capas superficiales se calientan. Esta tendencia, llamada “efecto de piel”, es una función de la frecuencia y, en igualdad de condiciones, las frecuencias más altas son efectivas a profundidades más someras. La acción de fricción que produce el calor se llama histéresis y obviamente depende de las cualidades magnéticas del acero. Por lo tanto, cuando la temperatura ha pasado el punto crítico en el que el acero se vuelve no magnético, cesa todo calentamiento histerético.

Hay una fuente adicional de calor debido a las corrientes de Foucault que fluyen en el acero como resultado del flujo que cambia rápidamente en el campo. Dado que la resistencia del acero aumenta con la temperatura, la intensidad de esta acción disminuye a medida que el acero se calienta, y es solo una fracción de su valor original "frío" cuando se alcanza la temperatura de enfriamiento adecuada.

Cuando la temperatura de una barra de acero calentada por inducción llega al punto crítico, el calentamiento debido a las corrientes parásitas continúa a un ritmo muy reducido. Dado que toda la acción ocurre en las capas superficiales, solo esa parte se ve afectada. Las propiedades originales del núcleo se mantienen, y el endurecimiento de la superficie se logra mediante el enfriamiento rápido cuando se alcanza la solución completa de carburo en las áreas de la superficie. La aplicación continua de energía provoca un aumento en la profundidad de la dureza, ya que a medida que se calienta cada capa de acero, la densidad de corriente cambia a la capa debajo de la cual ofrece una menor resistencia. Es obvio que la selección de la frecuencia adecuada y el control de la potencia y el tiempo de calentamiento harán posible el cumplimiento de las especificaciones deseadas de endurecimiento superficial.

metalurgia de Calentamiento por inducción

El comportamiento inusual del acero cuando se calienta por inducción y los resultados obtenidos merecen una discusión sobre la metalurgia involucrada. Los índices de solución de carburo de menos de un segundo, una mayor dureza que la producida por el tratamiento en horno y un tipo nodular de martensita son puntos a considerar.
que clasifican la metalurgia del temple por inducción como “diferente”. Además, la descarburación de la superficie y el crecimiento del grano no ocurren debido al ciclo de calentamiento corto.

Calentamiento por inducción produce una dureza que se mantiene hasta el 80 por ciento de su profundidad, y de allí en adelante, una disminución gradual a través de una zona de transición a la dureza original del acero que se encuentra en el núcleo que no ha sido afectado. La unión es, por lo tanto, ideal, eliminando cualquier posibilidad de astillado o agrietamiento.

La solución completa de carburo y la homogeneidad, como lo demuestra la dureza máxima, se pueden lograr con un tiempo de calentamiento total de 0.6 segundos. De este tiempo, solo 0.2 a 0.3 segundos están realmente por encima del crítico inferior. Es interesante notar que el equipo de temple por inducción opera todos los días en producción con solución completa de carburo, resultante de un ciclo de calentamiento y enfriamiento, cuyo tiempo total es inferior a 0.2 segundos.

La martensita nodular fina y más homogénea que resulta del endurecimiento por inducción es más evidente con los aceros al carbono que con los aceros aleados debido a la apariencia nodular de la mayoría de las aleaciones de martensita. Esta fina estructura debe tener por origen una austenita que es el resultado de una difusión de carburos más completa que la que se obtiene con calentamiento térmico. El desarrollo prácticamente instantáneo de temperaturas críticas a lo largo de toda la microestructura del hierro alfa y el carburo de hierro es particularmente propicio para una disolución rápida del carburo y una distribución de constituyentes que tiene como producto inevitable una austentita totalmente homogénea. Además, la conversión de esta estructura en martensita producirá una martensita que posee características similares y una resistencia correspondiente al desgaste oa la penetración de instrumentos.

calentamiento de alta velocidad por inducción