感應加熱熱處理

感應加熱熱處理

感應加熱熱處理 induction heat treatment 用感應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,有時也用於整體淬火和回火。20世紀30年代初,美國、蘇聯先後開始應用感應加熱方法對零件進行表面淬火。隨著工業的發展,感應加熱熱處理技術不斷改進,應用範圍也不斷擴大。

基本原理


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。

分類


00kw系列中頻感應加熱機
00kw系列中頻感應加熱機
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。

特點和應用

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。

優缺點

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。

應用範圍

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。

設備

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。
超音頻感應加熱設備
超音頻感應加熱設備
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