感應加熱熱處理

將工件放入感應器(線圈)內，當感應器中通入一定頻率的交變電流時，周圍即產生交變磁場。交變磁場的電磁感應作用使工件內產生封閉的感應電流──渦流。感應電流在工件截面上的分佈很不均勻，工件表層電流密度很高，向內逐漸減小, 這種現象稱為集膚效應。工件表層高密度電流的電能轉變為熱能，使表層的溫度升高，即實現表面加熱。電流頻率越高，工件表層與內部的電流密度差則越大，加熱層越薄。在加熱層溫度超過鋼的臨界點溫度后迅速冷卻，即可實現表面淬火。

根據交變電流的頻率高低，可將感應加熱熱處理分為超高頻、高頻、超音頻、中頻、工頻 5類。①超高頻感應加熱熱處理所用的電流頻率高達27兆赫，加熱層極薄，僅約0.15毫米，可用於圓盤鋸等形狀複雜工件的薄層表面淬火。②高頻感應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，用超音頻感應電流對小模數齒輪加熱，加熱層大致沿齒廓分佈，粹火后使用性能較好。④中頻感應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，多用於大模數齒輪、直徑較大的軸類和冷軋輥等工件的表面淬火。⑤工頻感應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。

感應加熱的主要優點是：①不必整體加熱，工件變形小，電能消耗小。②無公害。③加熱速度快，工件表面氧化脫碳較輕。④表面淬硬層可根據需要進行調整，易於控制。⑤加熱設備可以安裝在機械加工生產線上，易於實現機械化和自動化，便於管理，且可減少運輸，節約人力，提高生產效率。⑥淬硬層馬氏體組織較細，硬度、強度、韌性都較高。⑦表面淬火后工件表層有較大壓縮內應力，工件抗疲勞破斷能力較高。

感應加熱熱處理也有一些缺點。與火焰淬火相比，感應加熱設備較複雜，而且適應性較差，對某些形狀複雜的工件難以保證質量。

感應加熱廣泛用於齒輪、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。汽車後半軸採用感應加熱表面淬火，設計載荷下的疲勞循環次數比用調質處理約提高10倍。感應加熱表面淬火的工件材料一般為中碳鋼。為適應某些工件的特殊需要，已研製出供感應加熱表面淬火專用的低淬透性鋼。高碳鋼和鑄鐵製造的工件也可採用感應加熱表面淬火。淬冷介質常用水或高分子聚合物水溶液。

感應加熱熱處理的設備主要由電源設備、淬火機床和感應器組成。電源設備的主要作用是輸出頻率適宜的交變電流。高頻電流電源設備有電子管高頻發生器和可控硅變頻器兩種。中頻電流電源設備是發電機組。一般電源設備只能輸出一種頻率的電流，有些設備可以改變電流頻率，也可以直接用50赫的工頻電流進行感應加熱。

電源設備的選擇與工件要求的加熱層深度有關。加熱層深的工件，應使用電流頻率較低的電源設備；加熱層淺的工件，應使用電流頻率較高的電源設備。選擇電源設備的另一條件是設備功率。加熱表面面積增大，需要的電源功率相應加大。當加熱表面面積過大時或電源功率不足時，可採用連續加熱的方法，使工件和感應器相對移動，前邊加熱，後邊冷卻。但最好還是對整個加熱表面一次加熱。這樣可以利用工件心部餘熱使淬硬的表層回火，從而使工藝簡化，還可節約電能。感應加熱淬火機床的主要作用是使工件定位並進行必要的運動。此外還應附有提供淬火介質的裝置。淬火機床可分為標準機床和專用機床，前者適用於一般工件，後者適用於大量生產的複雜工件。

進行感應加熱熱處理時，為保證熱處理質量和提高熱效率，必須根據工件的形狀和要求，設計製造結構適當的感應器。常用的感應器有外表面加熱感應器、內孔加熱感應器、平面加熱感應器等