感应加热表面热处理技术

感应加热是最常用的表面加热淬火方法，具有工艺简单、工件畸变小、生产效率高、省能、环境污染少、工艺过程易于实现机械化和自动化等优点。感应加热设备可按电源频率分为工频、中频、高频和超音频，各频率范围和加热的功率密度参照表8-1。

表8-1 感应加热方法的分类

一般多用中碳结构钢（如45、40Cr钢等）施行感应淬火。钢件在表面淬火前应进行调质或正火，以保证心部性能。加热好的工件可进行水、乳化液、合成淬火剂的喷冷或浸入淬火。淬完火的工件应及时在200℃以下温度回火，也可利用工件的淬火余热（不冷到底）施行“自回火”。经感应淬火的零件比炉中加热淬火件的硬度高2～5HRC（见图8-1）。

把钢件置于通交流电的感应线圈中，在其表层产生的感应电流由于焦耳效应而加热表面。交流电在导体中有集肤效应，电频率越高，电流就越向表面集中。电流在金属中的透入深度δ（mm）和金属材料的电阻率ρ、磁导率μ以及交变电流频率f有如下关系

而工件表层的涡流I_x（A）由表面（I_O）向中心呈指数规律衰减，即

式中 c——光速，等于3×10¹⁰（cm/s）；(https://www.xing528.com)

x——距工件表面距离（cm）。

图8-1 感应淬火与炉中加热淬火工件的表面硬度

1—感应淬火 2—炉中加热淬火

钢件表层加热到居里点以上时，磁导率μ急剧减少，感应电流和加热速度剧烈降低，表层上未失去磁性区域加热速度相对增大，表面热量也由表向里传导，故用感应加热方法也可以实现钢件穿透加热。表8-2所列为各种频率电流在45钢中的透入深度。

表8-2 各种频率电流在45钢中的透入深度