用感應(yīng)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于表面淬火,也可用于局部退火或回火,有時也用于整體淬火和回火。20世紀(jì)30年代初,美國、蘇聯(lián)先后開始應(yīng)用感應(yīng)加熱方法對零件進行表面淬火。隨著工業(yè)的發(fā)展,感應(yīng)加熱熱處理技術(shù)不斷改進,應(yīng)用范圍也不斷擴大。
將工件放入感應(yīng)器(線圈)內(nèi),當(dāng)感應(yīng)器中通入一定頻率的交變電流時,周圍即產(chǎn)生交變磁場。交變磁場的電磁感應(yīng)作用使工件內(nèi)產(chǎn)生封閉的感應(yīng)電流──渦流。感應(yīng)電流在工件截面上的分布很不均勻,工件表層電流密度很高,向內(nèi)逐漸減小, 這種現(xiàn)象稱為集膚效應(yīng)。工件表層高密度電流的電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽贡韺拥臏囟壬撸磳崿F(xiàn)表面加熱。電流頻率越高,工件表層與內(nèi)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(xiàn)表面淬火。
1.分類
根據(jù)交變電流的頻率高低,可將感應(yīng)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(yīng)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,可用于圓盤鋸等形狀復(fù)雜工件的薄層表面淬火。
(2)高頻感應(yīng)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,可用于齒輪、汽缸套、凸輪、軸等零件的表面淬火。
(3)超音頻感應(yīng)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(yīng)電流對小模數(shù)齒輪加熱,加熱層大致沿齒廓分布,粹火后使用性能較好。
(4)中頻感應(yīng)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,多用于大模數(shù)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(yīng)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,可用于大型工件的表面淬火。
2.特點和應(yīng)用
感應(yīng)加熱的主要優(yōu)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(jù)需要進行調(diào)整,易于控制。
(5)加熱設(shè)備可以安裝在機械加工生產(chǎn)線上,易于實現(xiàn)機械化和自動化,便于管理,且可減少運輸,節(jié)約人力,提高生產(chǎn)效率。
(6)淬硬層馬氏體組織較細(xì),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(nèi)應(yīng)力,工件抗疲勞破斷能力較高。
感應(yīng)加熱熱處理也有一些缺點。與火焰淬火相比,感應(yīng)加熱設(shè)備較復(fù)雜,而且適應(yīng)性較差,對某些形狀復(fù)雜的工件難以保證質(zhì)量。感應(yīng)加熱廣泛用于齒輪、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。汽車后半軸采用感應(yīng)加熱表面淬火,設(shè)計載荷下的疲勞循環(huán)次數(shù)比用調(diào)質(zhì)處理約提高10倍。感應(yīng)加熱表面淬火的工件材料一般為中碳鋼。為適應(yīng)某些工件的特殊需要,已研制出供感應(yīng)加熱表面淬火專用的低淬透性鋼。高碳鋼和鑄鐵制造的工件也可采用感應(yīng)加熱表面淬火。淬冷介質(zhì)常用水或高分子聚合物水溶液。
3.設(shè)備
感應(yīng)加熱熱處理的設(shè)備主要由電源設(shè)備、淬火機床和感應(yīng)器組成。電源設(shè)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(shè)備有電子管高頻發(fā)生器和可控硅變頻器兩種。中頻電流電源設(shè)備是發(fā)電機組。一般電源設(shè)備只能輸出一種頻率的電流,有些設(shè)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(yīng)加熱。
電源設(shè)備的選擇與工件要求的加熱層深度有關(guān)。加熱層深的工件,應(yīng)使用電流頻率較低的電源設(shè)備;加熱層淺的工件,應(yīng)使用電流頻率較高的電源設(shè)備。選擇電源設(shè)備的另一條件是設(shè)備功率。加熱表面面積增大,需要的電源功率相應(yīng)加大。當(dāng)加熱表面面積過大時或電源功率不足時,可采用連續(xù)加熱的方法,使工件和感應(yīng)器相對移動,前邊加熱,后邊冷卻。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余熱使淬硬的表層回火,從而使工藝簡化,還可節(jié)約電能。
感應(yīng)加熱淬火機床的主要作用是使工件定位并進行必要的運動。此外還應(yīng)附有提供淬火介質(zhì)的裝置。淬火機床可分為標(biāo)準(zhǔn)機床和專用機床,前者適用于一般工件,后者適用于大量生產(chǎn)的復(fù)雜工件。
進行感應(yīng)加熱熱處理時,為保證熱處理質(zhì)量和提高熱效率,必須根據(jù)工件的形狀和要求,設(shè)計制造結(jié)構(gòu)適當(dāng)?shù)母袘?yīng)器。常用的感應(yīng)器有外表面加熱感應(yīng)器、內(nèi)孔加熱感應(yīng)器、平面加熱感應(yīng)器等。