感应加热表面淬火工艺详解

2023-06-24 理论教育版权反馈

【摘要】：根据电流频率的不同，可将感应加热表面淬火分为三类。工频感应加热表面淬火：常用电流频率为50Hz，可获得10～15mm以上的硬化层深度，适用于大直径钢材的穿透加热及要求淬硬层深的大尺寸工件的表面淬火。对细、薄工件或合金钢齿轮，为减少变形、开裂，可将感应器与工件同时放入油槽中加热，断电后冷却，这种方法称为埋油淬火法。

1.根据零件尺寸及硬化层深度的要求，合理选择设备

1)设备频率的选择

设备频率主要根据硬化层的深度要求来选择。一般采用透入式加热，频率应符合

式中 δx——要求的硬化层深度，cm。

频率的选择也不宜过低，否则需要相当大的比功率才能获得所要求的硬化层深度，且无功损耗太大。当感应器单位损耗大于0.4kW/cm2时，在一般冷却条件下会烧坏感应器，因此，硬化层深度不小于热态电流透入深度的1/4，即所选频率下限应满足

式中 P设——设备输出功率，kW；

A——同时被加热工件的面积，cm2；

工件比功率与设备比功率的关系是

当硬化层深度为热态电流透入深度的40%～50%时，总效率最高，符合此条件的最佳频率为

感应加热时工件的硬化层深度主要取决于电流频率。生产上根据零件尺寸及硬化层深度的要求选择不同的电流频率。根据电流频率的不同，可将感应加热表面淬火分为三类。

高频感应加热表面淬火：常用电流频率为80～1000kHz，可获得的表面硬化层深度为0.5～2mm，主要用于中小模数齿轮和小尺寸轴类的表面淬火。

中频感应加热表面淬火：常用电流频率为2500～8000Hz，可获得的表面硬化层深度为3～6mm，主要用于要求淬硬层较深的零件，如发动机曲轴、凸轮轴、大模数齿轮、较大尺寸的轴和钢轨的表面淬火。

工频感应加热表面淬火：常用电流频率为50Hz，可获得10～15mm以上的硬化层深度，适用于大直径钢材的穿透加热及要求淬硬层深的大尺寸工件的表面淬火。

2)比功率的选择

比功率(ΔP)是指感应加热时工件单位面积上所吸收的电功率(单位为kW/cm2)。当频率一定时，比功率越大，加热速度越快，工件表面能够达到的温度也越高。当比功率一定时，频率越低，电流透入深度越深，加热速度越慢。

比功率大小的选择一般由工件尺寸、硬化层深度和设备的频率决定。在实际生产中还受设备输出功率的限制。在频率一定时，硬化层较浅的，选择较大的比功率(透入式加热)；在层深相同的情况下，设备频率较低的可选用较大的比功率。

工件上获得的比功率很难测定，故常用设备比功率来表示。设备比功率为设备输出功率与零件同时被加热的面积比，即

式中 P设——设备输出功率，kW；

A——同时被加热工件的面积，cm2；

工件比功率与设备比功率的关系是

式中 η——设备总效率，一般为0.4～0.6。

在实际生产中，比功率要结合工件尺寸大小、加热方式以及试淬后的组织、硬度和硬化层分布等做出最后的调整。

2.淬火加热温度和加热方式的选择

感应加热淬火温度与加热速度和淬火前原始组织有关。由于感应加热速度快，奥氏体转变在较高温度下进行，奥氏体起始晶粒较细，且一般不进行保温，为了在加热过程中能使先共析铁素体(对亚共析钢)等游离的第二相充分溶解，这些都允许并要求感应加热表面淬火采用较高的淬火加热温度。一般高频加热淬火温度可比普通加热淬火温度高30～200℃，加热速度较快的，采用较高的温度。

淬火前的原始组织不同，也可适当地调整淬火加热温度，调质处理的组织比正火的均匀，可采用较低的温度。

当综合考虑表面淬火前的原始组织和加热速度的影响时，每种钢都有最佳加热规范，可参见有关手册。

常用感应加热有两种方式：一种为同时加热法，即对工件需淬火表面同时加热，一般在设备功率足够、生产批量比较大的情况下采用；另一种为连续加热法，即对工件需淬火部位中的一部分进行加热，通过感应器与工件之间的相对运动，把已加热部位逐渐移到冷却位置冷却，待加热部位移至感应器中加热，如此连续进行，直至需硬化的全部部位淬火完毕。如果工件是较长的圆柱形，为了使加热均匀，还可使工件绕其本身轴线旋转。一般在单件、小批量生产中，轴类、杆类及尺寸较大的平面加热，采用连续加热法。

通常借控制加热时间来控制加热温度。在用同时加热法时，控制一次加热时间，在大批量生产条件下可用设备上的时间继电器自动控制。在连续加热条件下，通过控制工件与感应圈相对位移速度来实现。

3.冷却方式和冷却介质的选择

最常用的冷却方式是喷射冷却法和浸液冷却法。喷射冷却法即当感应加热终了时把工件置于喷射器之中，向工件喷射淬火介质进行淬火冷却。其冷却速度可以通过调节液体压力、温度及喷射时间来控制。浸液冷却法即当工件加热终了时，浸入淬火介质中进行冷却。

对细、薄工件或合金钢齿轮，为减少变形、开裂，可将感应器与工件同时放入油槽中加热，断电后冷却，这种方法称为埋油淬火法。