探究感应淬火工艺及其优化

感应加热是利用电磁感应原理，当交变电流通过感应器时，产生的交变磁场，使放在感应器内的工件表面产生相同频率、方向相反的感应电动势，从而形成感应电流，即涡流，感应电流发生的电阻热将表面层加热到相变点以上，从而实现表面淬火的目的。

根据感应加热设备的交变电流频率范围，感应加热分为高频（频率大于15kHz）、中频（频率为1～8kHz）和工频（频率为50Hz）三种。交变电流频率愈高，集肤效应愈强烈，电流透入深度愈浅。由于集肤效应使工件表面层的电流强度达到几千安培，热量比较集中，使高频感应加热在几秒钟内就可把工件表面加热到高温，而工件内部温度仍然很低。

高频表面感应加热设备大多采用200～300kHz，有效淬硬层厚度为0.5～2.0mm。用于中、小型件，如中小模数齿轮，中小尺寸轴的表面淬火；中频感应加热有效淬层厚度为2～10 mm，用于淬硬层要求较厚的零件，如直径较大的轴，中大模数的齿轮；常用的超声频电流频率为20～70kHz，兼有高、中频加热的优点，淬硬层厚度略高于高频，对中、小模数齿轮、花键轴、链轮等基本上能实现轮廓淬火。工频感应加热，有效淬硬层厚度为10～20mm，用于大件，如轧辊、火车轮等表面淬火。为了保证淬火时表面获得均匀马氏体组织和心部有足够韧性，常在高频感应加热表面淬火前采用调质或正火作为预处理；调质后心部获得回火索氏体，心部综合力学性能较高，而正火后获得索氏体，机械加工性能好。

大多工件采用连续加热法，连续加热法是采用感应器与工件作相对运动，使工件表面逐次得到加热，随后逐次冷却淬火。连续加热淬火后，硬化层分布均匀，感应器通用性大。一般情况下，工件的直径越大，它所要求的硬化层越厚，因此，应根据工件的尺寸及硬化层厚度选择合适的电流频率。频率确定后则需根据硬化层厚度以及工件单位面积上输送的功率（比功率），选择设备的功率。硬化层深度和轴类零件直径与电流频率之间的关系分别见表5-32和表5-33。

表5-32 硬化层深度与电流频率之间的关系

表5-33 轴类零件直径与电流频率的关系

高频感应加热的温度则应根据钢种、原始组织及相应区的加热速度来确定，见表5-34。感应加热淬火可用喷液冷却和浸液冷却，淬火介质常用水、油，有时用聚乙烯醇水溶液及乳化液等。

表5-34 常用钢种高频感应加热表面淬火的加热温度

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注：P-珠光体，F-铁素体，S-索氏体。

由于高频感应加热速度很快，淬火后可在表层获得细小隐针状马氏体，淬火硬度比普通淬火高出2～5HRC，而且淬火后表面存在压应力，耐磨性、抗疲劳强度显著提高，缺口敏感性较小，感应加热淬火广泛应用于齿轮、曲轴、轴、凸轮、轧辊、套筒形工件、机床导轨、螺杆、量具、工具等工件。图5-19和图5-20所示为高频感应淬火与普通淬火的硬度和耐磨性比较。表5-35为常用钢感应加热表面淬火后的回火工艺规范。

图5-19 高频感应淬火与普通淬火的硬度比较

图5-20 高频感应淬火与普通淬火的耐磨性比较

表5-35 常用钢感应加热表面淬火后的回火工艺规范

感应加热淬火后为了减少淬火应力和降低脆性，一般要进行低温回火，使表面得到回火马氏体。可以自回火也可以在加热炉内进行回火，大多数是在炉内进行回火。