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感应加热与表面淬火

2012年04月01日

一、感应加热表面淬火是利用电磁感应的原理,使工件表层产生涡流而被迅速加热,进行淬火的方法。

感应加热的原理是把钢制工件放在感应器内通入交变电流,产生交变磁场。由于电磁感应,在工件内将产生和感应器内的电流频率相同,方向相反的感应电流——涡流。由于集肤效应,涡流在工件截面上的分布是不均匀的,表面的电流密度越大,中心的电流密度越小。交变电流的频率越高,集肤效应越显著,感应加热的深度越浅,由于工件本身有电阻,根据焦耳楞次定律,集中于工件表层的涡流产生的电阻热,使工件表层迅速被加热到淬火温度,而心部温度基本不变。在随即进行喷水(合金钢浸油)冷却后,工件表层被淬硬,实现了感应加热表面淬火。

二、感应加热是一种使工件表面产生一定的高、中频感应电流,迅速加热零件表面,用于金属零件表面淬火或透热的热处理方法。使用高、中频感应加热设备,选用不同的表面淬火感应器,对形状各异的工件可进行感应加热和表面淬火,来改变金属零件表面的金相组织结构,提高金属零件的使用寿命。

  感应加热的原理:工件放到感应器内,感应器是输入中频或高频交流电 (1000-300000Hz或更高)的装备。产生交变磁场在工件中产生出同频率的感应电流,这种感应电流在工件的分布是不均匀的,在表面强,而在内部很弱,到心部接近于0,利用这个集肤效应,可使工件表面迅速加热,在几秒钟内表面温度上升到800-1000ºC,而心部温度升高很小。

  感应加热频率的选择:根据热处理及加热深度的要求选择频率,频率越高加热的深度越浅。

  高频(10KHZ以上)加热的深度为0.5-2.5mm, 一般用于中小型零件的加热,如小模数齿轮及中小轴类零件、套类零件等。

  中频(1~10KHZ)加热深度为2-10mm,一般用于直径大的轴类和大中模数的齿轮加热等。

  感应加热表面淬火具有表面质量好,脆性小,淬火表面不易氧化脱碳,变形小等优点,所以感应加热设备在金属表面热处理中得到了广泛应用。

  感应加热设备是产生特定频率感应电流,进行感应加热及表面淬火处理的设备。

  三、感应加热表面淬火的应用

  (一)应用:

  承受扭转、弯曲等交变负荷作用的工件,要求表面层承受比心部更高的应力或耐磨性,需对工件表面提出强化要求,适于含碳量We=0.40~0.50%钢材。

  (二)工艺方法

  快速加热与立即淬火冷却相结合。

  通过快速加热使待加工钢件表面达到淬火温度,不等热量传到中心即迅速冷却,仅使表层淬硬为马氏体,中心仍为未淬火的原来塑性、韧性较好的退火(或正火及调质)组织。

  (三)感应加热表面淬火

  1.基本原理:

  使用中、高频表面淬火感应器,通入中频或高频交流电后,在工件表面形成同频率的的感应电流,将零件表面迅速加热(几秒钟内即可升温800~1000度,心部仍接近室温)后立即喷水冷却(或浸油淬火),使工件表面层淬硬。

  2.加热频率的选用

  室温时感应电流流入工件表层的深度δ(mm)与电流频率f(HZ)的关系为

  频率升高,电流透入深度降低,淬透层降低。

  常用的电流频率有:

  (1)高频加热:频率100~500KHZ,常用频率200~300KHZ,淬硬层深为0.5~2.5mm,适于中小型零件。

  (2)中频加热:电流频率为500~10000HZ,常用频率2500~8000HZ,淬硬层深度2~10 mm。适于较大直径的轴类、中大齿轮等。

  3.感应加热表面淬火的应用:

  与普通加热淬火比较具有:

  (1)加热速度极快,可扩大A体转变温度范围,缩短转变时间。

  (2)淬火后工件表层可得到极细的隐晶马氏体,硬度稍高(2~3HRC)。脆性较低及较高疲劳强度。

  (3)经该工艺处理的工件不易氧化脱碳,甚至有些工件处理后可直接装配使用。

  (4)淬硬层深,易于控制操作,易于实现机械化,自动化。

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