感应加热表面淬火

随着硬化层厚度的增加，材料断裂模式从内断裂模式
变为了硬化层断裂模式。对于浅硬化层样品，断裂裂 纹从材料内部产生，对相对厚的样品，疲劳裂纹从样 品硬化层夹杂处产生。
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第三章 感应加热淬火展望
表面感应加热是一种最经济也最节能的 热处理工艺。感应加热技术在零件表面改 性方面取得了广泛的应用，而且其在理论 与应用方面的发展也很迅速。当前在基础 研究方面最活跃的领域是应用计算机模拟 感应加热温度场，磁场的变化。今后，如 果能够将感应加热的热效应和温度场，磁 场等随时间变化，并结合表面加热相变， 冷却相变，残余应力分布，零件变形与性 能预测等用软件结合起来，必然会推动感 应表面技术向一个新的层次发展。
感应加热淬火工艺
硬化层深度，零件 技术条件：工件材料，表面硬度，淬硬层深度，硬化区分布，形变量， 尺寸等。硬化层深 表面裂纹，和金相组织等。 中碳，高碳，合金 钢，调质预处理。 度为电流透入深度 一半左右时，频率 最佳。 与钢成分原始 组织有关；同 时加热；连续 加热。
材质及预 先热处理 确定回 火工艺
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表面淬火后的残余应力
热应力：淬火冷却时体积收缩，表面热应力为拉应力。 组织应力：形成马氏体时体积膨胀，在表面形成压应力。
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感应加热表面淬火原理 简介：工件在感应 线圈中，在高频交流磁 场的作用下，产生很大 的感应电流（涡流）， 并因集肤效应而集中分 布于工件表面，使受热 区迅速加热到钢的相变 临界温度Ac3或Acm之上 (奥氏体化)，然后在冷 却介质中快速冷却，使 工件表层获得马氏体。
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基本原理： （1）电磁感应
自感电抗
（2）集肤效应
电流透入 深度
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感应加热分类
频率范围 高频感应加热 中频感应加热 工频感应加热 200~300kHz 1~10kHz 50Hz
Βιβλιοθήκη Baidu
淬硬层深度 0.5~2mm 2~8mm
应
用
举
例
摩擦条件下工作的 零件小齿轮、小轴 承受扭矩、压力载荷 的零件，曲轴、大齿 轮、 承受扭矩、压力载荷的 大型零件 ，如冷轧辊等
设备（频 率和功率） 确定冷却 方式和冷 却介质
根据钢材，零件形状与尺 寸，加热方法等综合考虑 决定。水，聚乙烯醇水溶 液，油，乳化液等。
加热速度温度 和方式
感应器设计
（结构和电参 数）形状与被 加热零件外形 相适应。
低温回火，降 低残余应力和 脆性。
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第二章 文献阅读
超快速感应加热淬火钢的疲劳强度和断裂机制研究
10~15mm
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感应加热淬火技术特点
优 点
热能集中工件表面层，加热速度快； 加热时间短，表面氧化、脱碳轻微； 淬火质量好。得到极细马氏体，表面硬 度高，耐磨性好，疲劳强度高； 淬硬层深度易于控制，易实现机械化和 自动化。
局 限 性
与普通淬火相比，设备的成本较高。 感应加热时，容易使零件的尖角棱边处过 热，即导致所谓“尖角效应”。 对一些形状复杂的零件，感应加热淬火难 以保证所有的淬火面都能够获得均匀的表面 淬硬层。 10
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参考文献
[1] Komotori J, Shimizu M, Misaka Y, et al. Fatigue strength and fracture mechanism of steel modified by super-rapid induction heating and quenching[J]. International journal of fatigue, 2001, 23: 225-230. [2] Kristoffersen H, Vomacka P. Influence of process parameters for induction hardening on residual stresses[J]. Materials & Design, 2001, 22(8): 637-644. [3] Coupard D, Palin-luc T, Bristiel P, et al. Residual stresses in surface induction hardening of steels: Comparison between experiment and simulation[J]. Materials Science and Engineering: A, 2008, 487(1): 328339. [4] 刘尚超. 感应深度加热表面淬火工艺与低淬透性钢的应用[J]. 汽 车工艺与材料, 1998 (8): 17-21. [5] 潘邻. 表面改性热处理技术进展[J]. 金属热处理, 2005, 30(C00):23-29. [6] 齐晓华, 魏冠义. 金属零件感应加热表面淬火的应用研究[J]. 漯 河职业技术学院学报, 2011, 10(5): 27-28.
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主要研究的是浅硬化层的疲劳强度以及其 疲劳断裂机制。
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A：0.13s 0.7mm B：0.30s 1.2mm C： 0.37s 1.5mm D：0.67s 1.8mm E：1.5s
硬化层受加热时间的影响，同时硬化层也影响着残 余压应力的分布。
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疲劳强度随着硬化层的 深度增加而增加。
表面压应力一般能提高 材料的抗疲劳性能，A， B样品的的残余压应力在 1000Mpa左右，他们的抗 疲劳性能相对于原样品 却没有提高多少！
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表面淬火组织与性能特点
钢的成分，淬火 前的原始组织及 淬火加热时截面 的温度梯度有关。
T8钢 45钢
淬硬层 Ⅰ 硬化层 Ⅱ 过渡层 Ⅲ 心部 图：表面加热淬火后组织和硬度的分布 4
性能特点
高硬度
耐磨性好
高的疲劳强 度
表面有限深度具有高硬度，强度和耐磨性。
特殊需求零件 （齿轮，轴承等）
心部具有足够的塑形和韧性。
图：旋转弯曲疲劳测试结果 14
内断裂 模式
硬化层断 裂模式
图：样品B（硬化层1.2mm）断裂表面 的特征。
图：样品D（硬化层2.2mm）断裂表面 的特征。 15
图：随着硬化深度的增加，断裂模式转变示意图 16
实验结论
硬化层的深度可以通过调整加热时间来进行控制。 尽管一些样品具有高的表面压应力，但是对于极浅的 硬化层却表现出不太高的疲劳强度，主要是由于裂纹 产生于硬化层下方的非硬化层区域。
感应加热表面淬火
胡洋 13721584
目录
第一章 感应加热表面淬火概述
第二章 相关文献阅读
第三章 感应加热表面淬火技术展望
第四章 参考文献
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第一章 概述
表面淬火：将钢表面快速加热到Ac3（亚
共析钢）或Ac1 （过共析钢）以上，然后使 之迅速冷却并转变为马氏体。
分类 表 面 淬 火
火焰加热表面淬 火 感应加热表面淬 火 激光加热表面淬火 电子束加热表面淬火 电接触加热表面淬火 电解液加热表面淬火