感应加热表面淬火

出处：按学科分类—工业技术 北京工业大学出版社《热加工手册》第1079页（2235字）

15．5．3．1 什么是感应加热表面淬火

感应加热表面淬火是利用感应电流通过工件产生的热效应，使工件局部受热，然后快速冷却，获得马氏体组织的工艺．

15．5．3．2 感应加热表面淬火原理

感应加热表面淬火原理如图15-20所示．当交流电通过铜制感应器时，在其周围产生交变磁常于是工件中就产生感应电流(即涡流)这种感应电流有“集肤效应”，即在工件截面上的分布不均匀，靠近表面的电流密度最大，而中心几乎为零．因此，工件表面可迅速被加热至800～1000℃，而心部温度仍近于室温．被加热的深度由电流透入深度决定，而电流透入深度又与电流频率有反比关系，即电流频率越高，电流透入深度越小．因此，通过频率选择，可以得到不同的淬硬层深度．

图15-20 感应加热表面淬火示意图

15．5．3．3 感应加热表面淬火的分类、工艺及应用

1．分类

根据电流频率的不同，可将感应加热表面淬火分为以下三类：

(1)高频感应加热(70～1000kHz)；

(2)中频感应加热(0．5～10kHz)；

(3)工频感应加热(50Hz)．

常用感应加热设备有三种，见表15-22．其中应用最多的是高频感应加热淬火法．其透入层深度δ与电流频率f的关系为：

式中 δ——高频感应电流透入深度，mm；

μ——被加热工件的磁导率，H／m；

ρ——被加热工件材料的电阻率，Ω·m；

f——高频电流频率，Hz．

表15-22 常用感应加热设备

2．工艺及应用

感应加热表面淬火工艺过程是：

钢件：锻造→退火(正火)→机加工→调质(正火)→机加工→表面淬火→低温回火→磨削；

铸铁件：铸造→正火→高温回火→机加工→表面淬火→低温回火→磨削．

这里说明几点：

(1)电流频率的选择．一般中小型工件加热，如小模数齿轮、中小型圆柱零件用高频加热；直径较大的轴类和大中等模数的齿轮用中频加热；大直径工件(如轧辊)用工频加热．

(2)冷却．感应加热后，可采用喷射冷却法或浸液冷却法进行冷却．常用淬火介质有水、聚乙烯醇水溶液、乳化液和油．

(3)回火．淬火后，一般只进行低温(180～200℃)回火，目的是降低残余应力和脆性，而又不致降低硬度．在生产中也常采用自回火，即在工件冷却到200℃左右时停止喷水，利用工件内部的余热来达到回火的目的．

(4)选材．为保证工件淬火后表面硬又耐磨，而心部有良好韧性，一般选材为中碳钢及中碳合金钢，也可是高碳工具钢、低合金工具钢及球墨铸铁件．其中，碳的质量分数为0．35%～0．50%的钢，淬火效果最好．

(5)淬硬层深度的确定．工件淬硬层与选材有关，还与淬硬层深度有关．一般来讲，淬硬层深度增加，强度提高，但脆性也增大因此，只要求耐磨的工件淬硬层深度可浅些，而要求耐疲劳的工件淬硬层可深一点一般而言，当淬硬层深度为半径的1／10左右时，可得到强度、耐疲劳性和韧性的最好配合．

15．5．3．4 感应加热表面淬火优缺点

优点是：

(1)淬火组织(马氏体)细微，力学性能好，疲劳强度及冲击韧性好，硬度也较普通淬火高HRC2～3．此外，工件表面不易氧化和脱碳，变形校淬硬层深度可控制，工艺质量稳定．

(2)淬火操作易于实现机械化、自动化．

(3)主要适用于大批量形状简单工件．

缺点是：设备昂贵、复杂，维修及调整要求具有一定水平的技术人员．