感應(yīng)加熱淬火技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)及其應(yīng)用
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yflwzj 發(fā)布時(shí)間：2013-10-07 08:19:26
感應(yīng)加熱淬火技術(shù)在20世紀(jì)50年代被采用。感應(yīng)熱處理新工藝?yán)镁€圈電磁感應(yīng)加熱鋼鐵件是很新奇與吸引人的，它具有加熱快、局部淬火、節(jié)能、在線生產(chǎn)、便于自動(dòng)化等特點(diǎn)，很快為熱處理工作者所接受。當(dāng)時(shí)感應(yīng)淬火主要的目標(biāo)是，提高工件的耐磨性，代替滲碳與氰化，縮短時(shí)間周期與降低生產(chǎn)成本[1]。緒論中旨在介紹感應(yīng)加熱表面淬火技術(shù)的基本原理和優(yōu)缺點(diǎn)、應(yīng)用與研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢。
感應(yīng)加熱頻率的選擇：根據(jù)熱處理及加熱深度的要求選擇頻率，頻率越高加熱的深度越淺。
1、高頻(10KHZ以上)加熱的深度為0.5-2.5mm, 一般用于中小型零件的加熱，如小模數(shù)齒輪及中小軸類零件等。
2、中頻(1~10KHZ)加熱深度為2-10mm，一般用于直徑大的軸類和大中模數(shù)的齒輪加熱。
3、工頻(50HZ)加熱淬硬層深度為10-20mm，一般用于較大尺寸零件的透熱，大直徑零件（直徑Ø300mm以上，如軋輥等）的表面淬火。
在感應(yīng)加熱表面淬火時(shí)產(chǎn)生交變磁場，使得工件中產(chǎn)生出同頻率的感應(yīng)電流。這種感應(yīng)電流在工件的分布是不均勻的，在表面強(qiáng)，而在內(nèi)部很弱，到基體接近于0。利用這個(gè)集膚效應(yīng)，可使工件表面迅速加熱，在幾秒鐘內(nèi)表面溫度上升到800～1000℃，而基體溫度升高很小。由于感應(yīng)加熱工藝是瞬間的高溫、冷卻過程，金屬表面不僅會(huì)因迅速淬火而形成馬氏體，而且在經(jīng)過狹窄的淬硬區(qū)后還會(huì)得到感應(yīng)淬火前的預(yù)處理基體組織。
一、感應(yīng)加熱淬火技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)
1、國內(nèi)感應(yīng)加熱表面淬火技術(shù)不僅有效地改善金屬的表面性能（如硬度、耐磨性、抗腐蝕性、導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能等)，與其他常用的表面處理工藝(如滲碳、調(diào)質(zhì)、表面滲氮等)相比，還具有以下優(yōu)點(diǎn)：
（1）加熱速度極快，可擴(kuò)大A體轉(zhuǎn)變溫度范圍，縮短轉(zhuǎn)變時(shí)間。
（2）淬火后工件表層可得到極細(xì)的隱晶馬氏體，硬度稍高（2～3HRC）。脆性較低及較高疲勞強(qiáng)度。
（3）經(jīng)該工藝處理的工件不易氧化脫碳，甚至 有些工件處理后可直接裝配使用。
（4）淬硬層深，易于控制操作，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，自動(dòng)化。
（5）可進(jìn)行工件局部淬火，該技術(shù)能精確地將工件需要進(jìn)行淬火的局部進(jìn)行進(jìn)行加熱，特別是在采用導(dǎo)磁體和使用高功率密度的情況下。
（6）節(jié)能熱處理，其能耗與滲碳、氮化、調(diào)質(zhì)相比具有極大的優(yōu)勢，當(dāng)工件淬火部位質(zhì)量與整體質(zhì)量之差越大時(shí)，它的優(yōu)勢也越顯著。感應(yīng)熱處理常具有高的附加值。
（7）快速熱處理，感應(yīng)淬火的加熱時(shí)間以妙計(jì)，一般在2～14s之內(nèi)，生產(chǎn)周期亦短，特別是在采用自回火或隨機(jī)感應(yīng)回火情況下，此工序與機(jī)加工工序相似。為此，現(xiàn)代化的感應(yīng)加熱淬火裝備已經(jīng)安排在生產(chǎn)線或自動(dòng)線上。
（8）清潔熱處理，感應(yīng)淬火所用淬火液一般為水或具有添加劑的水溶液，淬火時(shí)，幾乎沒有油煙，勞動(dòng)環(huán)境好。
（9）便于機(jī)械化及自動(dòng)化，大批量生產(chǎn)的感應(yīng)淬火，一般均配有進(jìn)步梁送料、機(jī)械手取工件及機(jī)器人操縱感應(yīng)器等減少體力勞動(dòng)的裝置。
2、感應(yīng)加熱表面淬火也有其本身的不足：
（1）工具費(fèi)用高，需要專用工裝即感應(yīng)器熱處理爐一爐可裝多種工件加熱、滲碳、氮化，而感應(yīng)淬火則要求一個(gè)部位一種感應(yīng)器，甚至要求一種專用定位夾具等，因此工具費(fèi)用高。它只適用于大批量生產(chǎn)一種或一種族的工件。
（2）成套裝置投資費(fèi)用高，和一般熱處理設(shè)備相比，感應(yīng)加熱成套裝置包括變頻電源、淬火機(jī)床、感應(yīng)器，以及附屬的冷卻水、淬水液循環(huán)裝置等，其投資費(fèi)用相對較高，維護(hù)技術(shù)及費(fèi)用亦比一般熱處理設(shè)備高[2]。
二、感應(yīng)加熱淬火技術(shù)的應(yīng)用
高頻感應(yīng)加熱表面淬火是表面淬火方法中比較好的一種，主要應(yīng)用于承受扭轉(zhuǎn)、彎曲等交變負(fù)荷作用的工件，要求表面層承受比基體更高的應(yīng)力或耐磨性，需對工件表面提出強(qiáng)化要求，適于含碳量We=0.40～0.50%的鋼材。目前被運(yùn)用于重型機(jī)械、軸承工業(yè)、石油鉆井、冶金機(jī)械、紡織機(jī)械、建筑材料等領(lǐng)域。
（1）汽車制造業(yè)
汽車制造業(yè)廣泛地采用了熱處理技術(shù)，感應(yīng)加熱淬火的汽車零部件，已經(jīng)上升到占全部熱處理零件的50%左右。感應(yīng)淬火的目的除提高零件飛耐磨性以外，相當(dāng)部分是提高零件的扭轉(zhuǎn)疲勞強(qiáng)度和彎曲疲勞強(qiáng)度。典型零件有曲軸、凸輪軸、飛輪齒圈、半軸、等速萬向聯(lián)軸器、變速叉、傳動(dòng)器軸、十字軸、減震器軸等。
（2）拖拉機(jī)及工程機(jī)械
除發(fā)動(dòng)機(jī)淬火零件與汽車發(fā)動(dòng)機(jī)相似外，其行走部分有許多感應(yīng)淬火件，例如：驅(qū)動(dòng)輪、導(dǎo)向輪、支重輪、鏈軌節(jié)、銷、套、水泵軸、氣門搖臂、推土機(jī)刀片、拖拉機(jī)最終傳動(dòng)齒輪等。
（3）機(jī)床制造工業(yè)
機(jī)床制造中，感應(yīng)淬火件有主軸箱的變速齒輪、主軸、變速叉、導(dǎo)軌表面以及各種小零件的耐磨部分。
（4）鐵路運(yùn)輸
60㎏及以上的鋼軌全長淬火的提高其強(qiáng)韌性的主要途徑之一，鐵道部以建立起10多條鋼軌感應(yīng)淬火生產(chǎn)線。此外，機(jī)床零件應(yīng)用感應(yīng)淬火的內(nèi)燃機(jī)的相關(guān)零件,例如：曲軸、齒輪、軸等。
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