高频感应加热表面淬火

1、 热处理工艺及设备 实验二实验二 高频感应加热表面淬火高频感应加热表面淬火一、实验目的1、了解感应加热的原理；2、了解电流透入深度与材料电阻率及电流频 率之间的关系；3、了解淬硬层深度的测定方法；4、掌握高频感应加热淬火的方法零件使用性能要求：零件使用性能要求：高的表面硬度（高的表面硬度（HRC5058）、强度和疲劳强度，较）、强度和疲劳强度，较好的心部塑性和韧性。好的心部塑性和韧性。采用热处理工艺：表面淬火采用热处理工艺：表面淬火 加热感应圈加热感应圈进水进水出水出水淬淬火火喷喷水水套套进进水水进进水水电流密度电流密度加加热热淬淬火火层层轧辊钢的表面淬火钢的表面淬火快速灵活的感应加热表面淬火

2、快速灵活的感应加热表面淬火二、实验原理1 1、感应加热基本原理、感应加热基本原理感应线圈通感应线圈通交流电交流电交变磁场交变磁场表面表面感应电势感应电势瞬时：瞬时：感生涡流强度：感生涡流强度：Z Z：涡流回路电抗，：涡流回路电抗，R R：电阻，：电阻，X XL L：感抗：感抗Z Z很小，很小，（涡流）能达到很大。（涡流）能达到很大。涡流热效应涡流热效应 Q Q总总=Q+Q=Q+Q，将零件表层加热，将零件表层加热， （QQ磁滞热效应，比涡流热效应小的多）磁滞热效应，比涡流热效应小的多）dtdKe22XReZeIf进水进水出水出水淬淬火火喷喷水水套套进进水水电流电流密度密度RIQf224. 0 涡

3、流强度涡流强度随高频电磁场强度随高频电磁场强度由零件表面向内由零件表面向内层逐渐减小而相层逐渐减小而相应应减小减小的规律，称为表面效应。的规律，称为表面效应。 交流电交流电频率越高，涡流层越浅频率越高，涡流层越浅集肤效应。集肤效应。离表面离表面x处的涡流强度：处的涡流强度： 式中，式中，I0-表面最大的涡流强度；表面最大的涡流强度；x-到工件表面的距离；到工件表面的距离；-与工件与工件材料物理性质有关的系数。材料物理性质有关的系数。当当x=0时，时，Ix = I0当当x0时，时，IxI0当当x=时，工程规定，当涡流强度从表面向内层降低到表面最大涡时，工程规定，当涡流强度从表面向内层降低到表面最

4、大涡流强度的流强度的36.8%(即即)时，由该处到表面的距离时，由该处到表面的距离称为称为电流透入深度电流透入深度。2 2、表面效应（集肤效应）、表面效应（集肤效应）xxeII0 在感应加热实践中，钢中电流透入深度的计算常常使用下列简化公式： 在：C C钢：感应加热透入深度（近似公式）：钢：感应加热透入深度（近似公式）： 800 800 20时 f为电源频率（Hz） )(600500mmf)(2020mmf3.淬硬层深度淬硬层深度 工件经感应加热淬火后的金相组织与加热温度沿截面分布有关，一般可分为淬硬层、过渡层及心部组织三部分。 与钢的化学成分、淬火规范、工件尺寸等因素有关；如果加热层较深，在

5、淬硬层中存在马氏体+贝氏体或马氏体+贝氏体+屈氏体+少量铁素体混合组织。 奥氏体化不均匀，淬火后还可以观察到高碳马氏体和低碳马氏体混合组织。 工件经感应淬火后可以用金相法、硬度法或酸蚀发测定或标定硬化层深度。金相法测定硬化层深度由表面测至50%马氏体区的深度。 硬度法测定硬化层深度按半马氏体区硬度为准。加热方式 （频率范围） 淬硬层深度(mm) 应用范围 高频(200300KHZ) 0.52.5 中小型零件，如小模数齿轮，中小型轴类 超音频（2040KHZ） 0.52.5 同上（能改善淬硬层沿零件轮廊的均匀分布） 中频 （2.58KHZ） 28 直径较大的轴类和模数较大齿轮 工频（50HZ）

6、1015 较大直径钢材透热及要求淬硬层很深的大直径零件， （如轧辊、火车车轮等） 感应加热的频率选择及应用感应加热的频率选择及应用 特点：特点：(1)(1)加热速度快、时间短，表面淬火可得加热速度快、时间短，表面淬火可得极细的马氏体极细的马氏体。(2)(2)工件表面存在工件表面存在残余压应力残余压应力，可提高，可提高疲劳强度疲劳强度疲劳强度显著疲劳强度显著使用寿命使用寿命如：如：40Cr40Cr钢，钢，20mm20mm光滑试样，光滑试样，-1-1值：调质：值：调质：450-480450-480， 调质调质+ +表淬：表淬：630Mpa630Mpa，40MnB40MnB钢制造汽车半轴，钢制造汽车

7、半轴，调质调质改改调质调质+ +表淬，寿命表淬，寿命2020倍倍-1N(3)工件工件不易氧化、脱碳，变形小不易氧化、脱碳，变形小。(4)易于自动化，易于自动化，生产率高生产率高。(5)设备昂设备昂贵贵(6)不适合形状复杂的工件不适合形状复杂的工件。操作操作: :高温火焰加热工件表面，随后水冷淬火。高温火焰加热工件表面，随后水冷淬火。特点特点: :（1 1）方法简单、不需贵重设备。）方法简单、不需贵重设备。 （2 2）工件大小不受限制）工件大小不受限制 （3 3）加热温度不易控制，淬火质量不够稳定。）加热温度不易控制，淬火质量不够稳定。 火焰加热表面淬火示意图火焰加热表面淬火示意图工件工件喷水管

8、喷水管烧嘴烧嘴淬硬层淬硬层喷水管、烧嘴移动方向喷水管、烧嘴移动方向火焰加热表面淬火火焰加热表面淬火三、实验材料实验设备 高频感应加热设备10KW一台； 淬火机床一台； 硬度计2台； 金相显微镜5台； 8100mm,45号钢，T12钢各5根。四、实验内容 1、高频感应加热淬火测定45号钢和T12 钢工件表面硬度； 2、测定45号钢和T12钢的硬化层深度。五、实验步骤 全班分成10组，每组一个试样，通过加热时改变各种参数来改变硬化层深度以及加热温度高低对淬硬层组织的影响，经淬火后测表面硬度及硬化组织，并做出硬度分布曲线 接通高频感应加热设备电源，接通冷却水，按规定进行 不同的参数选择； 将工件放入

9、不同的感应器中加热(加热温度由加热时间 进行控制)，加热完毕后喷水冷却； 将高频感应加热淬火后的工件用砂纸打磨光亮，测定工 件不同参数条件下的表面硬度值和距表面不同深度L( 六等份)对应的硬度值填入表中； 用金相显微镜观察不同淬火条件下的金相组织并测定工 件不同参数条件下的硬化层深度； 做出45号钢和T12钢工件的硬度分布曲线。钢种冷却方式加热时间(温度)(秒)(秒)(秒)表面硬度(HRC)(L)硬度(HRC)硬化层深度(mm)表面硬度(HRC)(L)硬度(HRC)硬化层深度(mm)表面硬度(HRC)(L)硬度(HRC)硬化层深度(mm)45钢水冷L=1硬度法金相法L=6L=1硬度法金相法L=1硬度法金相法L=2L=2L=2L=3L=3L=3L=4L=4L=4L=5L=5L=6L=6T12钢水冷L=1L=1L=1L=2L=2L=2L=3L=3L=3L=4L=4L=4L=5L=5L=5L=6L=6L=6六、实验注意事项 取放试件时注意不要碰伤感应器； 控制加热时间(温度)不能过长，试件淬火时，动作要迅速，以免试件表面过热，影响淬火质量； 淬火或回火后的试样均要用砂纸打磨表面，去