高周波誘導加熱システムは、電磁誘導を利用して、「表皮効果」として知られる現象を通じて鋼の表面を選択的に硬化させます。薄い外層（通常1〜6 mm）をオーステナイト化温度に急速に加熱し、すぐに冷却することで、このプロセスは耐摩耗性表面を作成し、下のコア材料は完全に変更されません。
この技術の主な利点は、表面特性とコア特性を分離できることです。これにより、エンジニアは外側が非常に硬く耐摩耗性があり、内側は衝撃や疲労に耐えるのに十分な靭性があるコンポーネントを作成できます。
表面硬化のメカニズム
表皮効果の活用
このプロセスの主なメカニズムは表皮効果です。高周波電流はインダクタによって生成され、鋼部品に向けられます。
高周波のため、電流密度、したがって熱は、部品の奥深くまで浸透するのではなく、金属の表面に強く集中します。
オーステナイト化温度への到達
硬化を達成するには、鋼をオーステナイト化温度まで加熱する必要があります。これは、鋼の内部結晶構造が変化する重要な熱点です。
誘導システムは、そのターゲット表面層内でほぼ瞬時にこの温度に到達します。
急速冷却と変態
表面が必要な温度に達すると、急速冷却（しばしば焼き入れと呼ばれる）が行われます。
この温度の急激な低下は、オーステナイトを硬く耐摩耗性のある鋼の相であるマルテンサイトに変換する微細構造を「凍結」させます。
局在化が重要な理由
制御された深さ
このシステムにより、硬化が及ぶ深さを正確に制御できます。周波数と電力設定に基づいて、硬化層は通常1〜6 mmの深さに制限されます。
この精度により、硬化が必要な材料のみが硬化されることが保証されます。
短い保持時間
誘導加熱は、非常に短い保持時間によって定義されます。エネルギー伝達は非常に高速であるため、熱は部品の中心に伝導する時間がありません。
この速度は、部品の残りの部分の熱歪みを防ぐために重要です。
コア特性の維持
この方法の最も重要な貢献は、材料コアの元の特性が影響を受けないことです。
表面は脆く硬くなりますが、コアは破断せずに衝撃を吸収するために必要な靭性と延性を保持します。
トレードオフの理解
深さの制限
このプロセスは、表面改質専用に設計されています。アプリケーションで全体焼き入れ（断面全体を変更する）が必要な場合、高周波誘導はおそらく間違ったツールです。1〜6 mmの範囲に限定されるためです。
部品の形状
円筒形部品や特定ゾーンには効果的ですが、複雑な形状は時々課題を提示することがあります。インダクタ設計は、不規則な表面全体に表皮効果が均一に適用されるように、部品のプロファイルに密接に一致する必要があります。
目標に合わせた適切な選択
鋼部品の熱処理オプションを評価している場合は、これらの特定のパラメータを検討してください。
- 衝撃耐性を備えた耐摩耗性が主な焦点の場合：高周波誘導を選択して、負荷下での破壊的故障を防ぐためにコアを靭性に保ちながら、硬いシェルを作成します。
- 寸法精度が主な焦点の場合：この方法の短い保持時間と局所的な加熱を利用して、炉加熱で一般的な反りや歪みを最小限に抑えます。
- 深い構造変化が主な焦点の場合：表皮効果はコア構造を変更するのに十分な深さに浸透しないため、従来の炉法を再評価してください。
下の部品の構造的完全性を損なうことなく、表面の耐久性を外科的に強化する必要がある場合は、高周波誘導を選択してください。
概要表：
| 特徴 | 誘導表面硬化 | 従来の全体焼き入れ |
|---|---|---|
| 硬化深さ | 精密（1〜6 mm） | 断面全体 |
| コア特性 | 靭性＆延性（変更なし） | 脆性＆硬性 |
| 加熱時間 | 数秒（短い保持時間） | 数分〜数時間 |
| 歪みリスク | 低（局所熱） | 高（全体熱） |
| 微細構造 | マルテンサイト表面層 | 全体に均一 |
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参考文献
- František Nový, Miloš Mičian. The Influence of Induction Hardening, Nitriding and Boronising on the Mechanical Properties of Conventional and Sintered Steels. DOI: 10.3390/coatings14121602
この記事は、以下の技術情報にも基づいています Kintek Furnace ナレッジベース .
