Одной из недавних выдающихся разработок в области термообработки стало применение индукционного нагрева к локальному поверхностному упрочнению. Прогресс, связанный с применением тока высокой частоты, был не чем иным, как феноменальным. Начавшийся сравнительно недавно как долгожданный метод упрочнения поверхностей подшипников на коленчатых валах (несколько миллионов из них используются, устанавливая все временные рекорды), сегодня этот очень избирательный метод упрочнения поверхности создает упрочненные участки на множестве части. Тем не менее, несмотря на нынешнюю широту применения, индукционная закалка все еще находится в зачаточном состоянии. Вероятность его использования для термической обработки и закалки металлов, нагрева для ковки или пайки, пайки однородных и разнородных металлов непредсказуема.
Индукционная закалка приводит к получению локально закаленных стальных изделий с желаемой степенью глубины и твердости, необходимой металлургической структурой сердцевины, демаркационной зоны и закаленного корпуса, с практическим отсутствием деформации и образования окалины. Это позволяет проектировать оборудование, которое гарантирует механизацию всей операции для выполнения требований производственной линии. Временные циклы всего в несколько секунд поддерживаются автоматическим регулированием мощности и долей секунды нагрева и интервалами закалки, необходимыми для создания факсимильных результатов точной специальной фиксации. Оборудование для индукционной закалки позволяет пользователю упрочнить поверхность только необходимой части большинства стальных предметов и, таким образом, сохранить первоначальную пластичность и прочность; для упрочнения изделий сложной конструкции, которые невозможно обработать никаким другим способом; исключить обычную дорогостоящую предварительную обработку, такую как меднение и науглероживание, и дорогостоящие последующие операции по правке и очистке; снизить стоимость материалов за счет широкого выбора сталей; и упрочнить полностью обработанное изделие без необходимости каких-либо чистовых операций.
Стороннему наблюдателю может показаться, что индукционная закалка возможна в результате некоторого преобразования энергии, происходящего в индуктивной области меди. Медь пропускает электрический ток высокой частоты, и в течение нескольких секунд поверхность куска стали, помещенного в эту область под напряжением, нагревается до критического уровня и закаливается до оптимальной твердости. Для производителя оборудования для этого метода упрочнения это означает применение явлений гистерезиса, вихревых токов и скин-эффекта для эффективного производства локализованного поверхностного упрочнения.
Нагрев осуществляется с помощью токов высокой частоты. В настоящее время широко используются специально выбранные частоты от 2,000 до 10,000 циклов и выше 100 циклов. Ток такой природы при протекании через индуктор создает высокочастотное магнитное поле в области индуктора. Когда магнитный материал, такой как сталь, помещается в это поле, в стали происходит рассеивание энергии, что приводит к выделению тепла. Молекулы внутри стали пытаются выровняться с полярностью этого поля, и при этом изменении тысячи раз в секунду возникает огромное внутреннее молекулярное трение в результате естественной тенденции стали сопротивляться изменениям. Таким образом электрическая энергия преобразуется посредством трения в теплоту.
Однако, поскольку другой неотъемлемой характеристикой высокочастотного тока является концентрация на поверхности его проводника, нагреваются только поверхностные слои. Эта тенденция, называемая «скин-эффектом», является функцией частоты, и при прочих равных условиях более высокие частоты эффективны на меньших глубинах. Действие трения, производящее тепло, называется гистерезисом и, очевидно, зависит от магнитных свойств стали. Таким образом, когда температура проходит критическую точку, при которой сталь становится немагнитной, весь гистерезисный нагрев прекращается.
Существует дополнительный источник тепла из-за вихревых токов, протекающих в стали в результате быстро меняющегося потока в поле. При увеличении сопротивления стали с температурой интенсивность этого воздействия снижается по мере нагрева стали и составляет лишь часть ее «холодного» исходного значения при достижении соответствующей температуры закалки.
Когда температура стального стержня, нагретого индукционным способом, достигает критической точки, нагрев за счет вихревых токов продолжается со значительно меньшей скоростью. Поскольку все действие происходит в поверхностных слоях, затрагивается только эта его часть. Первоначальные свойства сердцевины сохраняются, поверхностное упрочнение достигается закалкой при достижении полного растворения карбида в поверхностных участках. Продолжительное приложение мощности вызывает увеличение глубины твердости, поскольку по мере того, как каждый слой стали нагревается, плотность тока смещается к слою под ним, сопротивление которого ниже. Очевидно, что правильный выбор частоты, контроль мощности и времени нагрева сделают возможным выполнение любых заданных требований к поверхностному упрочнению.
Металлургия Индукционный нагрев
Необычное поведение стали при индукционном нагреве и полученные результаты заслуживают обсуждения в металлургии. Скорость растворения карбида менее секунды, более высокая твердость, чем при печной обработке, и шаровидный тип мартенсита являются важными моментами.
которые относят металлургию индукционной закалки к «иным». Кроме того, из-за короткого цикла нагревания не происходит обезуглероживания поверхности и роста зерен.
Индукционный нагрев обеспечивает твердость, которая сохраняется на 80 % ее глубины, а затем постепенное снижение через переходную зону до исходной твердости стали, характерной для сердцевины, которая не была затронута. Таким образом, соединение является идеальным, исключая любую возможность растрескивания или растрескивания.
Полное растворение карбида и однородность, о чем свидетельствует максимальная твердость, могут быть достигнуты при общем времени нагрева 0.6 секунды. Из этого времени только 0.2–0.3 секунды фактически выше нижнего критического значения. Интересно отметить, что оборудование для индукционной закалки находится в повседневной эксплуатации на производственной основе с полным раствором карбида, полученным в результате цикла нагрева и закалки, общее время которого составляет менее 0.2 секунды.
Мелкозернистый и более однородный мартенсит, возникающий в результате индукционной закалки, более заметен для углеродистых сталей, чем для легированных сталей, из-за узловатости большинства легированных мартенситов. Эта тонкая структура должна иметь своим происхождением аустенит, являющийся результатом более полной диффузии карбидов, чем при термическом нагреве. Практически мгновенное развитие критических температур по всей микроструктуре альфа-железа и карбида железа особенно способствует быстрому растворению карбида и такому распределению компонентов, при котором неизбежным продуктом является полностью гомогенный аустенит. Кроме того, преобразование этой структуры в мартенсит приведет к получению мартенсита, обладающего аналогичными характеристиками и соответствующей стойкостью к износу или проникающим инструментам. 
высокоскоростной индукционный нагрев