高频感应加热表面淬火

加热时间(温度) 钢种 冷却 方式 (秒) 表面硬度(H RC) (Δ L) Δ L=1 硬 度 法 金 相 法 硬度(H RC) 硬化层 深度(mm) 表面硬度(H RC) Δ L=6 (Δ L) Δ L=1 硬 度 法 金 相 法 (秒 ) 硬度 (HRC) 硬化层 深度(mm) 表面硬 度(HRC) (Δ L) Δ L= 1 Δ L= 2 Δ L= 3 Δ L= 4 Δ L=5 硬 度 法 金 相 法 (秒) 硬度(H RC) 硬化层 深度(mm)
e If Z
e R X
2 2
出水
淬 火 喷 水 套
Z：涡流回路电抗， R：电阻，XL：感抗 ∵Z很小，∴（涡流）能达到很大。
涡流热效应
Q 0.24 I R
2 f
Q总=Q+Q′，将零件表层加热，
密电 度流
进 水
（Q′磁滞热效应，比涡流热效应小的多）
2、表面效应（集肤效应）
• 涡流强度随高频电磁场强度由零件表面向内层逐渐减小而相 应减小的规律，称为表面效应。 • 交流电频率越高，涡流层越浅—集肤效应。
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ΔL( 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。
• 离表面x处的涡流强度：
x
I x I0 e

• 式中，I0-表面最大的涡流强度；x-到工件表面的距离；Δ-与工件 材料物理性质有关的系数。 • 当x=0时，Ix = I0 • 当x＞0时，Ix＜I0 • 当x=Δ时，工程规定，当涡流强度从表面向内层降低到表面最大涡 流强度的36.8%(即)时，由该处到表面的距离Δ称为电流透入深度。
热处理工艺及设备
实验二 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
钢的表面淬火
零件使用性能要求： 高 的 表 面 硬 度 （ HRC50～ 58 ）、强度和疲劳强度，较 好的心部塑性和韧性。 采用热处理工艺：表面淬火
σ-1 σ
N
火焰加热表面淬火
操作:高温火焰加热工件表面，随后水冷淬火。
特点:（1）方法简单、不需贵重设备。 （2）工件大小不受限制
（3）加热温度不易控制，淬火质量不够稳定。
喷水管、烧嘴移动方向 淬硬层
工件
烧嘴
喷水管
火焰加热表面淬火示意图
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； ф8× 100mm,45号钢，T12钢各5根。
特点：
(1)加热速度快、时间短，表面淬火可得极细的马氏体。 (2)工件表面存在残余压应力，可提高疲劳强度 疲劳强度显著↑→使用寿命↑ 如：40Cr钢，φ20mm光滑试样， σ-1值：调质：450-480， 调质+表淬：630Mpa， 40MnB钢制造汽车半轴， 调质改调质+表淬，寿命↑20倍 (3)工件不易氧化、脱碳，变形小。 (4)易于自动化，生产率高。 (5)设备昂贵 (6)不适合形状复杂的工件。
• 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： 20 20 (mm) • 在： f
C钢：感应加热透入深度（近似公式）：
800 20℃时

500 ~ 600 f
(mm )
f为电源频率（Hz）
3.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5 0%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 淬 火 层 加热感应圈 进水 出水 淬 火 喷 水 套
进 水
轧辊
电 流 密 度
进 水
快速灵活的感应加热表面淬火
高频淬火
火焰加热表面淬火
激光加热表面淬火
感应加热表面淬火
二、实验原理
1、感应加热基本原理
感应线圈通交流电→交变磁场→表面感应电势 瞬时：
d e K dt
进水
ห้องสมุดไป่ตู้
感生涡流强度：
Δ L=6
Δ L=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，去掉氧化 皮后再测定硬度值； • 硬度测量一般取3点以上的平均值作为该点硬度值。
七、实验报告要求
Δ L=2
Δ L=2
Δ L=3 45钢 水冷
Δ L=3
Δ L=4
Δ L=4
Δ L=5
Δ L=6
Δ L=6
Δ L=1
Δ L=1
Δ L= 1 Δ L= 2 Δ L= 3 Δ L= 4
Δ L=2
Δ L=2
Δ L=3 T12 钢 水冷
Δ L=3
Δ L=4
Δ L=4
Δ L=5
Δ L=5
Δ L= 5
Δ L= 6
• • • • 明确本次实验目的； 实验材料与实验内容； 实验步骤； 分析加热温度与钢种(C%)对硬化层深度的影响并加 以讨论； • 分别绘制出45钢和T12钢硬度分布曲线并加以讨论； • 分析实验中存在的问题； • 实验结论。
●感应加热的频率选择及应用
加热方式 （频率范 围） 高频 (200~300KHZ) 超音频 （20~40KHZ） 中频 （2.5~8KHZ） 工频（50HZ） 淬硬层深 度(mm) 0.5~2.5 0.5~2.5 2~8 ≥10~15 应用范围 中小型零件，如小模数齿轮，中小型轴类 同上（能改善淬硬层沿零件轮廊的均匀分布） 直径较大的轴类和模数较大齿轮 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）