感應加熱淬火

優(yōu)點

感應加熱表面淬火是表面淬火方法中比較好的一種，因此，受到普遍的重視和廣泛應用。與傳統(tǒng)熱處理相比，它有以下的優(yōu)點：

1）感應加熱屬于內(nèi)熱源直接加熱，熱損失小，因此加熱速度快，熱效率高。

2）加熱過程中，由于加熱時間短，零件表面氧化脫碳少，與其他熱處理相比，零件廢品率極低。

3）感應加熱淬火后零件表面的硬度高，心部保持較好的塑性和韌性，呈現(xiàn)低的缺L]敏感性，故沖擊韌性、疲勞強度和耐磨性等有很大的提高。

4）感應加熱設備緊湊，占地面積小，使用簡便（即操作方便）。

5）生產(chǎn)過程清潔，無高溫，勞動條件好。

6）能進行選擇性加熱。

7）感應加熱表面淬火的機械零件脆件小，同時還能提高零件的力學性能（如屈服點、抗拉強度、疲勞強度），同樣經(jīng)過感應加熱表面淬火的鋼制零件的淬火硬度也高于普通加熱爐的淬火硬度。

8）感應加熱設備可放置在加工生產(chǎn)線上，通過電氣參數(shù)對過 程進行精確的工藝控制。

9）和用感應加熱淬火，可用普通碳素結(jié)構(gòu)鋼代替合金結(jié)構(gòu)鋼 制作零件而不降低零件質(zhì)量，所以，在某些條件下可以代替工藝復 雜的化學熱處理。

10）感應加熱小便應用于零件的表面淬火，還可以用于零件的 內(nèi)孔淬火，這是傳統(tǒng)熱處理所不能達到的。

缺點

然而，感應加熱表面淬火也有其本身的不足：

1）設備與淬火工藝匹配比較麻煩，因為電參數(shù)常發(fā)生變化。

2）需要淬火的零件要有一定的感應器與其相對應。

3）要求使用專業(yè)化強的淬火機床。

4）設備維修比較復雜。

感應加熱淬火缺陷及防止

淬火裂紋

感應加熱淬火時，馬氏體轉(zhuǎn)變所產(chǎn)生的體積膨脹作用顯著。由于表層的體積膨脹受到心部冷硬材料的制約，拉著表層不讓它脹大，結(jié)果在表層形成殘余壓應力，而在表層與心部的交界處形成殘余拉應力。當表層處于受壓狀態(tài)時，表層中的原子有彼此靠近壓緊的傾向，故感應加熱一般不產(chǎn)生淬火裂紋。

但是如果工件局部過熱，則會導致淬火開裂。高頻感應加熱時溫度上升極快，工件上的尖角、鍵槽和孔的周圍處容易過熱。為防止淬火裂紋產(chǎn)生，可用銅塞或鋼塞將槽、孔填平后再加熱。

導致淬火裂紋的另一個原因是冷卻不當。如果冷卻過于緩慢；以致表層冷卻速度達不到臨界淬火速度，則熱應力的作用顯著，結(jié)果因在表層形成殘余拉應力而容易產(chǎn)生龜裂。因此，工件感應加熱后必須快冷，高頻感應加熱時尤其要注意這一點。

淬火變形

感應加熱淬火是表面淬火，淬火過程中只在表層形成熱應力和組織應力，因此，這種淬火方法所導致的變形一般都不明顯。

但是，當軸類和長條形零件加熱層厚度不均時，則會產(chǎn)生淬火翹曲。加熱層較淺的那一側(cè)冷卻較快，根據(jù)第四章中對淬火變形原因的闡述，零件變形仍然是快曄的一側(cè)外凸。軸類零件加熱時應不停地轉(zhuǎn)動，以彌補工件表面與感應器的間隙不均，從而使加熱層變得均勻一致。長條形零件則應考慮加熱層的對稱性，在設計感應器時必須注意這一點。

圓柱齒輪的淬火變形主要是內(nèi)孔脹縮和齒形變化。在滿足淬硬層要求的前提下采用較大的比功率以縮短加熱時間，對齒輪進行合理設計使壁厚均勻和形狀對稱，合理安排工藝路線等措施，都有利于減小齒輪變形。

硬度不足

高頻淬火后常出現(xiàn)硬度不足、軟點和軟帶等缺陷。連續(xù)加熱淬火所形成的軟帶，呈暗紫色的螺旋形，這是噴水孔堵塞或孔的大小和數(shù)目不當所產(chǎn)生的現(xiàn)象。同時加熱淬火后硬度不足，則往往是冷卻不及時造成的。改變噴水孔的角度和噴水量，調(diào)整工件的轉(zhuǎn)動和移動速度可有效地避免螺旋軟帶形成。

造成硬度不足的另一個原因是加熱溫度不夠。亞共析鋼加熱溫度不夠時，組織中會有較多量鐵素體殘留下來，造成淬火后硬度不足。降低工件在連續(xù)加熱淬火過程中的移動速度，可使加熱溫度獲得提高。 2100433B

感應加熱表面淬火的使用頻率不同，可以分為超高頻（27MHz）、高頻（200-250kHz）、中頻（2500-8000Hz）和工頻（50Hz）。由于電流頻率不同，加熱時感應電流投入深度不同。使用高頻時，感應電流透入深度很?。s0.5mm），主要用于小模數(shù)齒輪和小軸類零件的表面淬火；使用中頻時，感應電流投入深度（約5～10 mm），主要用于中、小模數(shù)的齒輪、凸輪軸、曲軸的表面淬火；使用超高頻時，感應電流投入深度極小，主要用于鋸齒、刀刃、薄件的表面淬火；使用工頻時，電流投入深度較大（超過10mm），主要用于冷軋輥表面淬火。

感應加熱的基本原理

將工件放在一個由銅管制成的感應器內(nèi)，感應器中通入一定頻率的交流電，在感應器周圍將產(chǎn)生一個頻率相同的交變磁場，于是工件內(nèi)就會產(chǎn)生同頻率的感應電流，這個電流在工件內(nèi)形成回路，稱為渦流。此渦流能使電能變?yōu)闊崮芗訜峁ぜ?。渦流在工件內(nèi)分布是不均勻的，表面密度大，心部密度小。通入感應器的電流頻率愈高，渦流集中的表層愈薄，這種現(xiàn)象稱為集膚效應。由于集膚效應使工件表面迅速被加熱到淬火溫度，隨后噴水冷卻，工件表面被淬硬。

淬硬層的厚度取決于高頻電流投入工件表面的深度δ，而此深度δ又取決于高頻電流的頻率：

感應加熱頻率的選用

感應電流透入工件表面的深度主要取決于電流頻率。因此，可選用不同頻率來達到不同要求的淬硬層深度。按所用電流頻率的不同，感應加熱可分為三類：

1）高頻感應加熱：電流頻率多為200~300kHz，淬硬層深度為1.0~2.0 mm。適用于淬硬層較薄的中、小型零件（如軸、齒輪等）。用高頻交流電進行表面淬火的方法稱為高烷感應加熱淬火。

2）中頻感應加：熱常用的電流頻率為2500~8000Hz，淬硬層深度一般為2~10 mm。適

用于較大尺寸的軸和大、中模數(shù)的齒輪等。電源設備為機械式中頻發(fā)電機組或可控硅變頻器。

3）工頻感應加熱：電流頻率為50Hz，通過感應器加熱工件。它不需要變頻設備。淬硬

層深度可達10~15 mm。適用于大直徑零件（如軋輥、火車車輪等）的表匣淬火。

感應加熱淬火的特點

與普通淬火相比，感應加熱淬火有以下主要特點：

1）于感應加熱速度很快，且無保溫時間，使鐵、碳原子來不及擴散，故使相變溫度升高加熱溫度一般在Ac₃以上80~150℃。

2）由于感應加熱時間短，使奧氏體晶粒細小而均勻，淬火后得到隱針馬氏體組織，故硬度比普通淬火高HRC 2~3，且脆性較低。

3）感應加熱淬火后，由于馬氏體體積膨脹，工件表層產(chǎn)生殘余壓應力，從而提高了疲勞強度。

4）由于加熱時間極短，工件一般不會發(fā)生氧化和脫碳。同時由于心部未被加熱，故工件變形很小。

5）生產(chǎn)率高，適于大批量生產(chǎn)，而且易于實現(xiàn)機械化和自動化。但感應加熱設備昂貴，維修、調(diào)整比較困難，形狀復雜的工件不易制造感應器，且不適合單件小批生產(chǎn)。

感應加熱淬火主要適用于中碳鋼和中碳合金鋼（如45，40Cr、40MnB等）。也可用于高碳工具鋼和合金工具鋼及鑄鐵件等。通常，表面淬火前應進行預先熱處理（正火或調(diào)質(zhì)），這不僅為保證表面淬火質(zhì)量作好組織準備，也為工件在整個截面上具有良好的力學性能做好組織準備。感應加熱淬火后，為了降低淬火應力，保持高的硬度和耐磨性，要進行低溫（180~200℃）回火。對于形狀簡單、大量生產(chǎn)的工件可利用其淬火余熱進行自熱回火。

中文名稱

感應加熱淬火裝置

英文名稱

induction hardening equipment

定　　義

供爐料淬火用的感應加熱裝置。

應用學科

機械工程（一級學科），機械工程(2)_熱處理（二級學科），熱處理設備（三級學科）

感應加熱表面淬火也有其本身的不足。

1、設備與淬火工藝匹配比較麻煩，因為電參數(shù)常發(fā)生變化。

2、需要淬火的零件要有一定的感應器與其相對應。

3、要求使用專業(yè)化強的淬火機床。

4、設備維修比較復雜。

感應加熱表面淬火是表面淬火方法中比較好的一種，因此，受到普遍的重視和廣泛應用。與傳統(tǒng)熱處理相比，它有以下的優(yōu)點。

1、感應加熱屬于內(nèi)熱源直接加熱，熱損失小，因此加熱速度快，熱效率高。

2、加熱過程中，由于加熱時間短，零件表面氧化脫碳少，與其他熱處理相比，零件廢品率極低。

3、感應加熱淬火后零件表面的硬度高，心部保持較好的塑性和韌性，呈現(xiàn)低的缺口敏感性，故沖擊韌性、疲勞強度和耐磨性等有很大的提高。

4、感應加熱設備緊湊，占地面積小，使用簡單(即操作方便)。

5、生產(chǎn)過程清潔，無高溫，勞動條件好。

6、能進行選擇性加熱。

7、感應加熱表面淬火的機械零件脆性小，同時還能提高零件的力學性能(如屈服點、抗拉強度、疲勞強度)，同樣經(jīng)過感應加熱表面淬火的鋼制零件的淬火硬度也高于普通加熱爐的淬火硬度。

8、感應加熱設備可放置在加工生產(chǎn)線上，通過電氣參數(shù)對過程進行精確的工藝控制。

9、利用感應加熱淬火，可用普通碳素結(jié)構(gòu)鋼代替合金結(jié)構(gòu)鋼及滲碳鋼制作零件而不降低零件質(zhì)量，所以，在某些條件下可以代替工藝復雜的化學熱處理。

10、感應加熱不僅應用于零件的表面淬火，還可以用于零件的內(nèi)孔淬火，這是傳統(tǒng)熱處理所不能達到的。