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金屬熱處理 :感應(yīng)加熱熱處理
用感應(yīng)電流使工件局部加熱的表面熱處理工藝。這種熱處理工藝常用於表面淬火?也可用於局部退火或回火?有時(shí)也用於整體淬火和回火。20世紀(jì)30年代初?美國(guó)?蘇聯(lián)先后開(kāi)始應(yīng)用感應(yīng)加熱方法對(duì)零件進(jìn)行表面淬火。隨著工業(yè)的發(fā)展?感應(yīng)加熱熱處理技術(shù)不斷改進(jìn)?應(yīng)用范圍也不斷擴(kuò)大。
基本原理 將工件放入感應(yīng)器(線(xiàn)圈)內(nèi)(圖1 感應(yīng)加熱原理 )?當(dāng)感應(yīng)器中通入一定頻率的交變電流時(shí)?周?chē)?生交變磁場(chǎng)。交變磁場(chǎng)的電磁感應(yīng)作用使工件內(nèi)?生封閉的感應(yīng)電流──渦流。感應(yīng)電流在工件截面上的分布很不均勻?工件表層電流密度很高?向內(nèi)逐漸減小(圖2 沿工件截面的電流密度分布 )?這種現(xiàn)象稱(chēng)為集膚效應(yīng)。工件表層高密度電流的電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?使表層的溫度?N高?即實(shí)現(xiàn)表面加熱。電流頻率越高?工件表層與內(nèi)部的電流密度差則越大?加熱層越薄。在加熱層溫度超過(guò)鋼的臨界點(diǎn)溫度后迅速冷卻?即可實(shí)現(xiàn)表面淬火。
分類(lèi) 根據(jù)交變電流的頻率高低?可將感應(yīng)加熱熱處理分為超高頻?高頻?超音頻?中頻?工頻 5類(lèi)。①超高頻感應(yīng)加熱熱處理所用的電流頻率高達(dá)27兆赫?加熱層極薄?僅約0.15毫米?可用於圓盤(pán)鋸等形狀復(fù)雜工件的薄層表面淬火。②高頻感應(yīng)加熱熱處理所用的電流頻率通常為200～300千赫?加熱層深度為0.5～2毫米?可用於齒輪?汽缸套?凸輪?軸等零件的表面淬火。③超音頻感應(yīng)加熱熱處理所用的電流頻率一般為20～30千赫?用超音頻感應(yīng)電流對(duì)小模數(shù)齒輪加熱?加熱層大致沿齒廓分布?粹火后使用性能較好。④中頻感應(yīng)加熱熱處理所用的電流頻率一般為2.5～10千赫?加熱層深度為2～8毫米?多用於大模數(shù)齒輪?直徑較大的軸類(lèi)和冷軋輥等工件的表面淬火。⑤工頻感應(yīng)加熱熱處理所用的電流頻率為50～60赫?加熱層深度為10～15毫米?可用於大型工件的表面淬火。(見(jiàn)彩圖 差溫爐淬火 ? 600毫米直徑冷軋輥工頻感應(yīng)加熱淬火 ? 大型鑄鋼件的熱處理爐 ? 真空淬火爐 )
特點(diǎn)和應(yīng)用 感應(yīng)加熱的主要優(yōu)點(diǎn)是?①不必整體加熱?工件變形小?電能消耗小。②無(wú)公害。③加熱速度快?工件表面氧化脫碳較輕。④表面淬硬層可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整?易於控制。⑤加熱設(shè)備可以安裝在機(jī)械加工生?線(xiàn)上?易於實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化?便於管理?且可減少運(yùn)輸?節(jié)約人力?提高生?效率。⑥淬硬層馬氏體組織較細(xì)?硬度?強(qiáng)度?韌性都較高。⑦表面淬火后工件表層有較大壓縮內(nèi)應(yīng)力?工件抗疲勞破斷能力較高。
感應(yīng)加熱熱處理也有一些缺點(diǎn)。與火焰淬火相比?感應(yīng)加熱設(shè)備較復(fù)雜?而且適應(yīng)性較差?對(duì)某些形狀復(fù)雜的工件難以保證質(zhì)量。
感應(yīng)加熱廣泛用於齒輪?軸?曲軸?凸輪?軋輥等工件的表面淬火?目的是提高這些工件的耐磨性和抗疲勞破斷的能力。汽車(chē)后半軸?裼酶杏?尤缺礱媧慊皓o設(shè)計(jì)載荷下的疲勞循環(huán)次數(shù)比用調(diào)質(zhì)處理約提高10倍。感應(yīng)加熱表面淬火的工件材料一般為中碳鋼。為適應(yīng)某些工件的特殊需要?已研?出供感應(yīng)加熱表面淬火專(zhuān)用的低淬透性鋼。高碳鋼和鑄鐵?造的工件也可?裼酶杏?尤缺礱媧慊?。淬冷綑┦常用?蚋叻腫泳酆銜鎪?芤骸
設(shè)備 感應(yīng)加熱熱處理的設(shè)備主要由電源設(shè)備?淬火機(jī)床和感應(yīng)器組成。
電源設(shè)備的主要作用是輸出頻率適宜的交變電流。高頻電流電源設(shè)備有電子管高頻發(fā)生器和可控硅變頻器兩種。中頻電流電源設(shè)備是發(fā)電機(jī)組。一般電源設(shè)備只能輸出一種頻率的電流?有些設(shè)備可以改變電流頻率?也可以直接用50赫的工頻電流進(jìn)行感應(yīng)加熱。
電源設(shè)備的選擇與工件要求的加熱層深度有關(guān)。加熱層深的工件?應(yīng)使用電流頻率較低的電源設(shè)備?加熱層淺的工件?應(yīng)使用電流頻率較高的電源設(shè)備。選擇電源設(shè)備的另一條件是設(shè)備功率。加熱表面面積增大?需要的電源功率相應(yīng)加大。當(dāng)加熱表面面積過(guò)大時(shí)或電源功率不足時(shí)?可?裼昧??尤鵲姆椒īo使工件和感應(yīng)器相對(duì)移動(dòng)?前邊加熱?后邊冷卻。但最好還是對(duì)整個(gè)加熱表面一次加熱。這樣可以利用工件心部?熱使淬硬的表層回火?從而使工藝簡(jiǎn)化?還可節(jié)約電能。
感應(yīng)加熱淬火機(jī)床的主要作用是使工件定位并進(jìn)行必要的運(yùn)動(dòng)。此外還應(yīng)附有提供淬火介質(zhì)的裝置。淬火機(jī)床可分為標(biāo)?駛?埠妥ㄓ沒(méi)?博o前者適用於一般工件?后者適用於大量生?的復(fù)雜工件。
進(jìn)行感應(yīng)加熱熱處理時(shí)?為保證熱處理質(zhì)量和提高熱效率?必須根據(jù)工件的形狀和要求?設(shè)計(jì)?造結(jié)構(gòu)適當(dāng)?shù)母袘?yīng)器。常用的感應(yīng)器有外表面加熱感應(yīng)器?內(nèi)孔加熱感應(yīng)器?平面加熱感應(yīng)器等(圖3 常用的高頻感應(yīng)器 )。對(duì)於變截面軸類(lèi)零件?可?裼冒肴π胃杏ζ鰻o利用橫向磁場(chǎng)加熱。根據(jù)加熱方法?感應(yīng)器又可分為同時(shí)加熱用感應(yīng)器和連續(xù)加熱用感應(yīng)器。為了提高生?效率?對(duì)小型工件還可以設(shè)計(jì)能對(duì)多個(gè)工件同時(shí)加熱的感應(yīng)器。為了提高小孔和平面加熱感應(yīng)器的熱效率和獲得理想的加熱輪廓?可在感應(yīng)器上安裝導(dǎo)磁體?以使電流分布合理。
金屬熱處理 :感應(yīng)加熱熱處理
用感應(yīng)電流使工件局部加熱的表面熱處理工藝。這種熱處理工藝常用於表面淬火?也可用於局部退火或回火?有時(shí)也用於整體淬火和回火。20世紀(jì)30年代初?美國(guó)?蘇聯(lián)先后開(kāi)始應(yīng)用感應(yīng)加熱方法對(duì)零件進(jìn)行表面淬火。隨著工業(yè)的發(fā)展?感應(yīng)加熱熱處理技術(shù)不斷改進(jìn)?應(yīng)用范圍也不斷擴(kuò)大。
基本原理 將工件放入感應(yīng)器(線(xiàn)圈)內(nèi)(圖1 感應(yīng)加熱原理 )?當(dāng)感應(yīng)器中通入一定頻率的交變電流時(shí)?周?chē)?生交變磁場(chǎng)。交變磁場(chǎng)的電磁感應(yīng)作用使工件內(nèi)?生封閉的感應(yīng)電流──渦流。感應(yīng)電流在工件截面上的分布很不均勻?工件表層電流密度很高?向內(nèi)逐漸減小(圖2 沿工件截面的電流密度分布 )?這種現(xiàn)象稱(chēng)為集膚效應(yīng)。工件表層高密度電流的電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?使表層的溫度?N高?即實(shí)現(xiàn)表面加熱。電流頻率越高?工件表層與內(nèi)部的電流密度差則越大?加熱層越薄。在加熱層溫度超過(guò)鋼的臨界點(diǎn)溫度后迅速冷卻?即可實(shí)現(xiàn)表面淬火。
分類(lèi) 根據(jù)交變電流的頻率高低?可將感應(yīng)加熱熱處理分為超高頻?高頻?超音頻?中頻?工頻 5類(lèi)。①超高頻感應(yīng)加熱熱處理所用的電流頻率高達(dá)27兆赫?加熱層極薄?僅約0.15毫米?可用於圓盤(pán)鋸等形狀復(fù)雜工件的薄層表面淬火。②高頻感應(yīng)加熱熱處理所用的電流頻率通常為200～300千赫?加熱層深度為0.5～2毫米?可用於齒輪?汽缸套?凸輪?軸等零件的表面淬火。③超音頻感應(yīng)加熱熱處理所用的電流頻率一般為20～30千赫?用超音頻感應(yīng)電流對(duì)小模數(shù)齒輪加熱?加熱層大致沿齒廓分布?粹火后使用性能較好。④中頻感應(yīng)加熱熱處理所用的電流頻率一般為2.5～10千赫?加熱層深度為2～8毫米?多用於大模數(shù)齒輪?直徑較大的軸類(lèi)和冷軋輥等工件的表面淬火。⑤工頻感應(yīng)加熱熱處理所用的電流頻率為50～60赫?加熱層深度為10～15毫米?可用於大型工件的表面淬火。(見(jiàn)彩圖 差溫爐淬火 ? 600毫米直徑冷軋輥工頻感應(yīng)加熱淬火 ? 大型鑄鋼件的熱處理爐 ? 真空淬火爐 )
特點(diǎn)和應(yīng)用 感應(yīng)加熱的主要優(yōu)點(diǎn)是?①不必整體加熱?工件變形小?電能消耗小。②無(wú)公害。③加熱速度快?工件表面氧化脫碳較輕。④表面淬硬層可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整?易於控制。⑤加熱設(shè)備可以安裝在機(jī)械加工生?線(xiàn)上?易於實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化?便於管理?且可減少運(yùn)輸?節(jié)約人力?提高生?效率。⑥淬硬層馬氏體組織較細(xì)?硬度?強(qiáng)度?韌性都較高。⑦表面淬火后工件表層有較大壓縮內(nèi)應(yīng)力?工件抗疲勞破斷能力較高。
感應(yīng)加熱熱處理也有一些缺點(diǎn)。與火焰淬火相比?感應(yīng)加熱設(shè)備較復(fù)雜?而且適應(yīng)性較差?對(duì)某些形狀復(fù)雜的工件難以保證質(zhì)量。
感應(yīng)加熱廣泛用於齒輪?軸?曲軸?凸輪?軋輥等工件的表面淬火?目的是提高這些工件的耐磨性和抗疲勞破斷的能力。汽車(chē)后半軸?裼酶杏?尤缺礱媧慊皓o設(shè)計(jì)載荷下的疲勞循環(huán)次數(shù)比用調(diào)質(zhì)處理約提高10倍。感應(yīng)加熱表面淬火的工件材料一般為中碳鋼。為適應(yīng)某些工件的特殊需要?已研?出供感應(yīng)加熱表面淬火專(zhuān)用的低淬透性鋼。高碳鋼和鑄鐵?造的工件也可?裼酶杏?尤缺礱媧慊稹４憷浣櫓食Ｓ盟?蚋叻腫泳酆銜鎪?芤骸
設(shè)備 感應(yīng)加熱熱處理的設(shè)備主要由電源設(shè)備?淬火機(jī)床和感應(yīng)器組成。
電源設(shè)備的主要作用是輸出頻率適宜的交變電流。高頻電流電源設(shè)備有電子管高頻發(fā)生器和可控硅變頻器兩種。中頻電流電源設(shè)備是發(fā)電機(jī)組。一般電源設(shè)備只能輸出一種頻率的電流?有些設(shè)備可以改變電流頻率?也可以直接用50赫的工頻電流進(jìn)行感應(yīng)加熱。
電源設(shè)備的選擇與工件要求的加熱層深度有關(guān)。加熱層深的工件?應(yīng)使用電流頻率較低的電源設(shè)備?加熱層淺的工件?應(yīng)使用電流頻率較高的電源設(shè)備。選擇電源設(shè)備的另一條件是設(shè)備功率。加熱表面面積增大?需要的電源功率相應(yīng)加大。當(dāng)加熱表面面積過(guò)大時(shí)或電源功率不足時(shí)?可?裼昧??尤鵲姆椒īo使工件和感應(yīng)器相對(duì)移動(dòng)?前邊加熱?后邊冷卻。但最好還是對(duì)整個(gè)加熱表面一次加熱。這樣可以利用工件心部?熱使淬硬的表層回火?從而使工藝簡(jiǎn)化?還可節(jié)約電能。
感應(yīng)加熱淬火機(jī)床的主要作用是使工件定位并進(jìn)行必要的運(yùn)動(dòng)。此外還應(yīng)附有提供淬火介質(zhì)的裝置。淬火機(jī)床可分為標(biāo)?駛?埠妥ㄓ沒(méi)?博o前者適用於一般工件?后者適用於大量生?的復(fù)雜工件。
進(jìn)行感應(yīng)加熱熱處理時(shí)?為保證熱處理質(zhì)量和提高熱效率?必須根據(jù)工件的形狀和要求?設(shè)計(jì)?造結(jié)構(gòu)適當(dāng)?shù)母袘?yīng)器。常用的感應(yīng)器有外表面加熱感應(yīng)器?內(nèi)孔加熱感應(yīng)器?平面加熱感應(yīng)器等(圖3 常用的高頻感應(yīng)器 )。對(duì)於變截面軸類(lèi)零件?可?裼冒肴π胃杏ζ鰻o利用橫向磁場(chǎng)加熱。根據(jù)加熱方法?感應(yīng)器又可分為同時(shí)加熱用感應(yīng)器和連續(xù)加熱用感應(yīng)器。為了提高生?效率?對(duì)小型工件還可以設(shè)計(jì)能對(duì)多個(gè)工件同時(shí)加熱的感應(yīng)器。為了提高小孔和平面加熱感應(yīng)器的熱效率和獲得理想的加熱輪廓?可在感應(yīng)器上安裝導(dǎo)磁體?以使電流分布合理。