热处理原理工艺及设备课件.pptx
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热处理设备.ppt
清洁、灵活 ➢ 现代热处理设备：大型连续热处理生产线、
密封箱式多用炉生产线、真空热处理设备、 无人化感应加热设备等。
15
§11.1 筑炉材料－概述
筑炉材料：耐火材料、保温材料、炉用金属材料 和一般建筑用材料。 一、对耐火材料的要求（耐火材料的性能） ➢ 耐火材料：用于各种高温设备中，承受高温和在高 温下所产生的物理、化学作用和机械磨损的材料。 ➢ 物理性能：体积密度、真比重、气孔率、透气性、 耐压强度、热膨胀性、导热性、导电性及热容量等。 ➢ 工作性能：耐火度、荷重软化点、高温下的化学稳 定性与体积稳定性、耐急冷急热性等。
17
§11.1 筑炉材料－概述
2、高温结构强度－荷重软化点
荷重软化点：在固定的压力下（196kPa，轻 质材料为98kPa），耐火材料开始变形 （0.6%）及变形到一定程度（4%或40%） 时的温度，是评定耐火材料高温结构强度的 指标，主要取决于化学成分和体积密度。
耐火材料的实际使用最高温度必须低于其 荷重软化点。
➢ 教材：臧尔寿，热处理车间设备与设计，冶 金工业出版社，1995.5
➢ 徐祖耀，相变原理，科学出版社 ➢ 刘云旭，金属热处理原理，机械工业出版社 ➢ 胡光立，钢的热处理，西北工业大学出版社 ➢ 戚正风，金属热处理原理，机械工业出版社 ➢ 材料热处理学报
2
绪论
热处理设备是实现热处理工艺的重要保证， 设计或选用先进又合理的热处理设备，充分 满足热处理工艺参数的要求，这是提高产品 质量的关键，而组建技术先进、设备效益好、 生产组织合理的热处理车间才能有效地提高 劳动生产效率和经济效益。
子冲击炉、流动粒子炉等
➢ 冷却设备(冷却室、淬火槽、淬火机等)
4
绪论
加热炉 5
密封箱式多用炉生产线、真空热处理设备、 无人化感应加热设备等。
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§11.1 筑炉材料－概述
筑炉材料：耐火材料、保温材料、炉用金属材料 和一般建筑用材料。 一、对耐火材料的要求（耐火材料的性能） ➢ 耐火材料：用于各种高温设备中，承受高温和在高 温下所产生的物理、化学作用和机械磨损的材料。 ➢ 物理性能：体积密度、真比重、气孔率、透气性、 耐压强度、热膨胀性、导热性、导电性及热容量等。 ➢ 工作性能：耐火度、荷重软化点、高温下的化学稳 定性与体积稳定性、耐急冷急热性等。
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§11.1 筑炉材料－概述
2、高温结构强度－荷重软化点
荷重软化点：在固定的压力下（196kPa，轻 质材料为98kPa），耐火材料开始变形 （0.6%）及变形到一定程度（4%或40%） 时的温度，是评定耐火材料高温结构强度的 指标，主要取决于化学成分和体积密度。
耐火材料的实际使用最高温度必须低于其 荷重软化点。
➢ 教材：臧尔寿，热处理车间设备与设计，冶 金工业出版社，1995.5
➢ 徐祖耀，相变原理，科学出版社 ➢ 刘云旭，金属热处理原理，机械工业出版社 ➢ 胡光立，钢的热处理，西北工业大学出版社 ➢ 戚正风，金属热处理原理，机械工业出版社 ➢ 材料热处理学报
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绪论
热处理设备是实现热处理工艺的重要保证， 设计或选用先进又合理的热处理设备，充分 满足热处理工艺参数的要求，这是提高产品 质量的关键，而组建技术先进、设备效益好、 生产组织合理的热处理车间才能有效地提高 劳动生产效率和经济效益。
子冲击炉、流动粒子炉等
➢ 冷却设备(冷却室、淬火槽、淬火机等)
4
绪论
加热炉 5
热处理原理工艺及设备概述PPT公开课(67页)
§14.1 感应加热概述 如果δ热<< x ，则加热时热量只集中于表层，要靠热传导传热，加热速度慢，生产率低，过渡层大，但功率小；
圆环效应使电流集中于感应器内侧，有利于加热圆柱零件。
钳形：专门加热齿轮及类似形状的零件
H = L + 8~10 (mm)
旋转部件：为使感应加热均匀，圆形工件加热时应旋转
热能来源：涡流热效应（主要热源）和磁滞热 效应。
§14 感应加热设备
组成
感应加热电源 淬火机床 感应器 设备冷却和淬火冷却介质循环系统
分类
装置频率：超高频、高频、超音频、中频、工 频
变频方式：电子管变频、机式变频、晶体管变 频、固体电路逆变及工频加热装置
§14.1 感应加热概述
在感应器的导电管 如果δ热 ≥ x ，加热速度快，表面辐射损失小，过渡层浅，但功率大。
短轴零件进行局部一次性加热：
之间，如多匝感应 5、尽量采用矩形纯铜管代替圆形管制作感应器。
3 感应加热器设计概要
器的匝与匝之间存 导体内电流的频率越高，邻近效应越明显。 在邻近效应，感应 为提高感应器效率，有效圈长度与感应有效圈高度比值在5~10之间比较合适，如果小于5，应用多匝感应器。
电流在流动时，往往是沿电阻小的部位进行，有时感应器的厚度有变化时，应考虑电流走捷径对加热的影响。
器与加热工件之间 a－工件表面与施感导体内表面的间隙
外圆表面加热用的施感导体采用矩形或方形截面的铜管绕成。
也存在邻近效应， 特点：工频感应加热速度低，不易产生过热，整个加热过程易控制。 在感应器的设计中 按处理工件类型的不同：轴类、齿轮、导轨、平面淬火机床、棒料生产线
因此，感应器的施感导体常采用空心的铜管制成， 管内通水冷却，以降低施感导体温度。
热处理原理与工艺ppt
1 2
空气冷却器
利用空气作为冷却介质，通过换热器将热量带 走。
水冷装置
利用水作为冷却介质，通过循环水将热量带走 。
3
油冷装置
利用油作为冷却介质，通过油循环将热量带走 。
辅助设备
输送装置
包括输送带、辊道等， 用于工件的输送和定位 。
装料装置
包括料仓、料斗、抓斗 等，用于工件的装料和 卸料。
加热元件
包括电热丝、硅碳棒等 ，用于加热设备中的加 热元件。
热处理质量控制
为了保证热处理效果的一致性和可靠性，需要对热处理过 程进行严格的质量控制，包括温度控制、时间控制和气氛 控制等。
展望
01
新技术的发展
随着科技的不断进步，新的热处理技术也不断涌现。例如，真空热处
理、保护气氛热处理和激光热处理等新技术的应用，将进一步提高热
处理质量和效率。
02
节能减排的需求
Байду номын сангаас
04
热处理的应用
工业应用
航空航天领域
为了提高航空航天构件的强度、硬度、韧性和疲劳性能，通常 需要进行热处理。
汽车工业
汽车零部件如齿轮、轴、弹簧等需要进行热处理，以提高其耐 磨性和抗疲劳性能。
机械制造
在机械制造过程中，对金属材料进行热处理可以改变其内部结 构，提高材料的使用性能。
日常生活应用
餐具
THANKS
热处理原理应用
广泛应用于机械制造业、 冶金工业、电子工业等领 域。
热处理的过程
加热
将金属材料加热到一定温 度，使其发生相变或奥氏 体化。
保温
保持一定时间，使金属材 料充分吸收热量，达到预 期的组织结构。
冷却
《热处理原理及工艺》课件
热处理的基本原理
热处理基于材料的相变和晶体结构变化。通过控制加热温度、保温时间和冷 却速率，可以调控晶粒尺寸、相组成和硬度。
热处理工艺流程
热处理工艺包括加热、保温和冷却阶段。常见的工艺流程包括退火、淬火、 回火和表面处理。
热处理常用的设备和工具
热处理设备包括炉子、加热器、冷却介质和测温仪器。常用的工具有夹具、 夹具和渗碳等。每种方法具有不同的应用场景和效果。
热处理的应用范围和优势
热处理广泛应用于航空航天、汽车制造、机械加工等领域。它能够提高材料 的强度、硬度、耐磨性和耐腐蚀性。
热处理的注意事项和常见问题解答
热处理过程中需要注意温度控制、冷却方式和工艺参数的选择。课件中还将解答常见问题，帮助您更好地理解 和应用热处理技术。
热处理原理及工艺
热处理是一种关键的金属加工工艺，通过加热和冷却改变金属的物理和化学 性质。本课件将深入探讨热处理的原理、工艺和应用，并分享一些注意事项 和常见问题解答。
热处理的定义和作用
热处理是通过加热和冷却控制材料的结构和性能，从而改变其力学性质、导 热性、电性能等。它广泛应用于金属加工、材料改良和工业制造。
热处理原理及工艺(PPT63张)
三、贝氏体转变过程及其热力学分析
（一）贝氏体转变过程
贝氏体转变的两个基本过程
典型的上、下贝氏体是由铁素体和碳化物组成的复相组织， 因此贝氏体转变应当包含铁素体的成长和碳化物的析出两 个基本过程。
奥氏体中碳的再分配
贝氏体中的铁素体是低碳相，而碳化物是高碳相，当贝氏 体转变时，为了使领先相得以形核，在过冷奥氏体中必须 通过碳原子的扩散来实现其重新分布，形成富碳区和贫碳 区，以满足新相形核时所必须的浓度条件。
B上中的铁素体形成时可在抛光试样表面形成浮 凸。B上中铁素体的惯习面为{111}g，与奥氏体之间的 位向关系为K-S关系。碳化物的惯习面为{227}g，与奥 氏体之间也存在一定的位向关系，因此一般认为碳化 物是从奥氏体中直接析出的。
值得指出的是，在含有Si或Al的钢中，由于Si和Al 具有延缓渗碳体沉淀的作用，使铁素体条之间的奥氏 体为碳所富集而趋于稳定，因此很少沉淀或基本上不 沉淀出渗碳体，形成在条状铁素体之间夹有残余奥氏 体的B上组织。
物则取决于钢的成分、形成温度以及持续时间。硅含量高时， 下贝氏体中的碳化物为e碳化物。其它钢的下贝氏体中的碳化物 多为两者的混合物。温度越低，持续时间越短，出现e碳化物的 可能性越大。
上贝氏体中碳化物是由奥氏体中直接析出（Pitsch关系为证
据），下贝氏体中碳化物析出源目前还不确定，观察结果比较 分散。
（二）贝氏体转变的热力学分析
贝氏体转变的驱动力 贝氏体转变的热力学条件与马氏体转变相似。相变的驱动力（新相与母
相之间的自由能差）必须足以补偿表面能、弹性应变能以及塑性应变能
等相变阻力。
贝氏体转变时，奥氏体中碳发生了再分配，使
贝氏体铁素体中碳含量降低，这就使铁素体的
热处理工艺介绍课件
高强度钢是一种广泛应用于建筑、桥梁、航空航天等领域的重要材料，其制造过程中需要进行热处理工艺。通过研究高强度钢的热处理工艺，可以提高其强度、韧性和抗疲劳性能，从而满足各种工程应用的需求。
在研究高强度钢的热处理工艺时，需要进行实验研究和理论分析，以确定最优的热处理工艺参数。同时，还需要进行生产成本的评估和环保性能的评估，以确定最优的热处理工艺方案。
热处理工艺介绍课件
目录
热处理工艺概述热处理工艺基本原理常见热处理工艺介绍热处理工艺参数控制热处理工艺对性能的影响热处理工艺应用案例分析
01
CHAPTER
热处理工艺概述
回火
分类
根据加热和冷却方式的不同，热处理可分为以下几类
正火
加热至一定温度后，保温一段时间，然后快速冷却至室温。
淬火
加热至一定温度后，保温一段时间，然后快速冷却至室温，最后进行回火处理。
06
CHAPTER
热处理工艺应用案例分析
汽车零件的制造过程中，热处理工艺是非常关键的一环。通过优化热处理工艺，可以提高汽车零件的强度、硬度、耐磨性和抗疲劳性能，从而提高汽车的整体性能和使用寿命。
在优化热处理工艺的过程中，需要考虑的因素包括：加热温度、保温时间、冷却速度和淬火介质等。同时，还需要进行生产成本的评估和环保性能的评估，以确定最优的热处理工艺方案。
定义
目的
方法
消除金属中的内应力，提高金属的塑性和韧性，为后续的加工或热处理工艺做好准备。
空气退火、炉内退火、等温退火等。
03
02
01
淬火是一种将金属加热到临界温度以上，保温一段时间，然后迅速冷却的一种工艺方法。
定义
提高金属的硬度、强度和耐磨性。
目的
热处理工艺及设备ppt课件
1850～1880年，对于运用各种气体(诸如氢气、煤 气、一氧化碳等)进展维护加热曾有一系列专利。 1889～1890年英国人莱克获得多种金属光亮热处置的专 利。
1901～1925年，在工业消费中运用转筒炉进展气体 渗碳 ；30年代出现露点电位差计,使炉内气氛的碳势到达 可控，以后又研讨出用二氧化碳红外仪、氧探头等进一
第二节 淬火槽
1、淬火槽的根本构造 〔1〕淬火槽体 〔2〕循环溢流安装 〔3〕温度控制安装 〔4〕淬火槽的机械搅拌安装 〔5〕排烟安装 〔6〕灭火安装
2、普通淬火槽 3、周期作业机械化淬火槽 〔1〕悬臂式提升机淬火槽 〔2〕料斗式提升机淬火槽 4、延续作业式机械化淬火槽 〔1〕保送带式淬火槽 〔2〕螺旋保送式淬火槽
A1、 A3、 加A热cm临界点：
Ac1、Ac3、 冷A却cc临m界点：
Ar1、Ar3、Arcm
第二章 钢的退火和正火
第一节 退火的定义、目的和分类 第二节 常用的退火工艺 第三节 钢的正火 第四节 退火、正火后钢的组织与性能 第五节 退火、正火缺陷
常用退火工艺方法 分散退火工艺曲线 完全退火工艺曲线 不完全退火 球化退火 再结晶退火和消除应力退火
随着淬火技术的开展，人们逐渐发现淬冷剂对淬火 质量的影响。三国蜀人蒲元曾在今陕西斜谷为诸葛亮打 制3000把刀，相传是派人到成都取水淬火的。这阐明中 国在古代就留意到不同水质的冷却才干了，同时也留意 了油和尿的冷却才干。
中国出土的西汉(公元前206～公元24)中山靖王墓中 的宝剑,心部含碳量为0.15～0.4%，而外表含碳量却达 0.6%以上，阐明已运用了渗碳工艺。但当时作为个人 “手艺〞的，不肯外传，因此开展很慢。
步控制炉内气氛碳势的方法； 20世纪60年代以来，热处置技术运用等离子场，发
热处理原理和工艺培训课件
刀具热处理
刀具热处理
01
刀具的热处理可以提高其硬度和耐磨性，从而提高切削效率和
刀具寿命。
高速钢刀具
02
高速钢刀具在热处理后具有较高的硬度和良好的耐磨性，适用
于加工硬度较高的材料。
硬质合金刀具
03
硬质合金刀具的热处理可以进一步提高其硬度和耐热性，适用
于高速切削和加工高温合金等难加工材料。
模具热处理
模具热处理
模具的热处理可以提高其硬度和耐磨性，延长模具使用寿命，保 证产品质量。
冷冲模具
冷冲模具需要进行表面强化处理，以提高其耐磨性和抗冲击性。
塑料模具
塑料模具需要进行适当的热处理，以提高其抗腐蚀性和耐热性。
精密零件热处理
精密零件热处理
精密零件的热处理可以提高其尺寸稳定性和机械性能，保证产品 质量和精度。
热处理质量检测与评估
硬度检测
采用硬度计对热处理后 的产品进行硬度检测，
以评估热处理效果。
金相组织分析
通过金相显微镜观察热 处理后的产品组织结构， 分析热处理对组织的影
响。
力学性能测试
对热处理后的产品进行 拉伸、冲击、弯曲等力 学性能测试，以评估其
机械性能。
不合格品处理
对不合格的热处理产品 进行追溯和处理，分析 原因并采取相应的纠正
工艺中具有重要意义。
03
应力与应变原理
金属材料在加热和冷却过程中会产生热应力、组织应力和相变应力等。
这些应力会导致材料变形和开裂。因此，在热处理过程中需要采取措施
控制应力与应变，以获得良好的热处理效果。
02 热处理工艺
预处理工艺
01
02
03
清理
去除工件表面的油污、锈 迹和氧化皮，确保工件表 面干净，以便进行后续的 热处理工艺。
热处理原理及工艺ppt
①机床齿轮：传递应力较大，接触应力较大—摩擦磨损不大； 中碳钢-调质-表淬-低回； ②汽车齿轮：传递应力大，接触应力、 磨损大，有冲击载荷；
低碳（合金）钢-渗碳-淬火-低回；
③介于二者之间可用渗N处理。 38CrMoAlA 调质-机加-渗N.
槽口:35-45HRC 45钢：高频局部淬火
-回火。
山东理工大学
（3）表面硬化件
如高频淬火、渗碳、渗氮件
选材：材料的淬透性、 心部的含碳量、硬化层深度、
截面尺寸比（硬化层与心部）。
14-1直径大，表残余压应力大。
14-2 深碳层浅，最大压应力移向表面处。
14-3 含碳低，表面压应力大。
2、合理确定热处理技术条件
（1）根据零件服役条件，恰当地提出性能要求
如齿轮：
3/4Fe+ C O2 = 3/4 Fe3 O4 + C O 在加热温度> 570度时，发生下列反应：
Fe＋1/2 O2 = FeO
Fe+ C O2 = FeO+ C O
Fe+ H2 O = FeO+ H2
3:氧化物的组织形式： （1） ： Fe3 O4 磁性氧化铁，在570度以下形成，组织严密，一 旦形成氧化速度较慢，如步枪枪支要氧化处理。 （2） ： Fe2 O3 当T >570度时，形成无磁性氧化铁。 （3） FeO： 温度继续升高，形成疏松FeO，氧化速度加剧。
12.3.2 形变量 12.3.3 形变后退火前的停留时间
山东理工大学
Shandong University of Technology
第13章
真空热处理
金属在加热时的氧化反应及氧化过程 1：氧化: 材料中金属元素与氧化性气氛形成氧化物层。其危 害是不仅使工件表面变色，失去光泽，而且使机械性能变坏 （如疲劳性能）因此要防止氧化。 2：氧化反应：对于铁来说，根据加热温度不同，常见的氧化反 应也不同， 在加热温度<570度时， 形成Fe3 O4，反应如下： Fe＋2 O2 = Fe3 O4 3/4Fe + H2 O = 1/4 Fe3 O4 + H2
低碳（合金）钢-渗碳-淬火-低回；
③介于二者之间可用渗N处理。 38CrMoAlA 调质-机加-渗N.
槽口:35-45HRC 45钢：高频局部淬火
-回火。
山东理工大学
（3）表面硬化件
如高频淬火、渗碳、渗氮件
选材：材料的淬透性、 心部的含碳量、硬化层深度、
截面尺寸比（硬化层与心部）。
14-1直径大，表残余压应力大。
14-2 深碳层浅，最大压应力移向表面处。
14-3 含碳低，表面压应力大。
2、合理确定热处理技术条件
（1）根据零件服役条件，恰当地提出性能要求
如齿轮：
3/4Fe+ C O2 = 3/4 Fe3 O4 + C O 在加热温度> 570度时，发生下列反应：
Fe＋1/2 O2 = FeO
Fe+ C O2 = FeO+ C O
Fe+ H2 O = FeO+ H2
3:氧化物的组织形式： （1） ： Fe3 O4 磁性氧化铁，在570度以下形成，组织严密，一 旦形成氧化速度较慢，如步枪枪支要氧化处理。 （2） ： Fe2 O3 当T >570度时，形成无磁性氧化铁。 （3） FeO： 温度继续升高，形成疏松FeO，氧化速度加剧。
12.3.2 形变量 12.3.3 形变后退火前的停留时间
山东理工大学
Shandong University of Technology
第13章
真空热处理
金属在加热时的氧化反应及氧化过程 1：氧化: 材料中金属元素与氧化性气氛形成氧化物层。其危 害是不仅使工件表面变色，失去光泽，而且使机械性能变坏 （如疲劳性能）因此要防止氧化。 2：氧化反应：对于铁来说，根据加热温度不同，常见的氧化反 应也不同， 在加热温度<570度时， 形成Fe3 O4，反应如下： Fe＋2 O2 = Fe3 O4 3/4Fe + H2 O = 1/4 Fe3 O4 + H2
热处理原理工艺及设备课件
热处理原理、工艺及设备
Principles, Technology and Equipments for Heat Treatment
第三部分 热处理设备（4）
Equipments for Heat Treatment
1
§14 感应加热设备
随着科学技术的发展，表面热处理技术得 到了广泛的应用。表面热处理可以提高产品 质量，缩短生产周期和改善劳动条件，提高 生产组织水平。目前应用最广泛的表面热处 理是感应热处理，它可应用于淬火、回火、 正火、调质、透热等，适用于机械化大生产， 可通过计算机控制实现无人操作。
16
§14.1 感应加热概述
17
§14.2 感应加热设备
一、工频感应加热设备
18
§14.2 感应加热设备
构成：供电系统＋工艺装备系统 f = 50Hz（或60Hz）
f = 50Hz时，δ＝15mm 当温度高于居里点（700℃）时，δ＝75mm 工频感应加热速度小于中、高频感应加热，
高频感应加热设备实质上就是一种大功率 的频率变换装置，它将50Hz的工频电流转换 成几百千赫的高频电流，以满足感应加热的 需要。电流频率越高，加热工件时电流透入 深度越浅，涡流强度越大，热量越集中，因 而加热速度越快，淬硬层也越薄，所以高频 感应加热设备多用于要求淬硬层小于1mm的 中、小型零件。
22
15
§14.1 感应加热概述
4、尖角效应
定义：当用感应器加热不规则形状工件表面 时，工件的尖角部位的加热强度远较其它光 滑平坦部位强烈，往往会造成过热(例如，齿 轮的齿顶部位)，这种现象称做尖角效应。
尖角效应是由于磁力线易于在尖角处集中， 感应涡流较强的缘故。
为了克服这一现象，在设计形状不规则的工 件时，应适当加大尖角或凸出部位与感应器 之间的间隙。
Principles, Technology and Equipments for Heat Treatment
第三部分 热处理设备（4）
Equipments for Heat Treatment
1
§14 感应加热设备
随着科学技术的发展，表面热处理技术得 到了广泛的应用。表面热处理可以提高产品 质量，缩短生产周期和改善劳动条件，提高 生产组织水平。目前应用最广泛的表面热处 理是感应热处理，它可应用于淬火、回火、 正火、调质、透热等，适用于机械化大生产， 可通过计算机控制实现无人操作。
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§14.1 感应加热概述
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§14.2 感应加热设备
一、工频感应加热设备
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§14.2 感应加热设备
构成：供电系统＋工艺装备系统 f = 50Hz（或60Hz）
f = 50Hz时，δ＝15mm 当温度高于居里点（700℃）时，δ＝75mm 工频感应加热速度小于中、高频感应加热，
高频感应加热设备实质上就是一种大功率 的频率变换装置，它将50Hz的工频电流转换 成几百千赫的高频电流，以满足感应加热的 需要。电流频率越高，加热工件时电流透入 深度越浅，涡流强度越大，热量越集中，因 而加热速度越快，淬硬层也越薄，所以高频 感应加热设备多用于要求淬硬层小于1mm的 中、小型零件。
22
15
§14.1 感应加热概述
4、尖角效应
定义：当用感应器加热不规则形状工件表面 时，工件的尖角部位的加热强度远较其它光 滑平坦部位强烈，往往会造成过热(例如，齿 轮的齿顶部位)，这种现象称做尖角效应。
尖角效应是由于磁力线易于在尖角处集中， 感应涡流较强的缘故。
为了克服这一现象，在设计形状不规则的工 件时，应适当加大尖角或凸出部位与感应器 之间的间隙。
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变频器两种。中频发电机是使用较早而广泛 的设备，可控硅变频器是一种较先进的设备， 它有许多优点，在工业中也得到迅速地发展 和推广使用。 ➢ 中频发电机组构成：电动机＋中频发电机＋ 激磁用电动机和发电机＋电容器＋降压变压 器＋感应器
8
§14.1 感应加热概述
三、中高频电流的特点
1、集肤效应 ➢ 定义：当交变电流通过施感导体时，导体的
表面的电流密度最大，越向导体内部电流密 度越小，这种现象称集肤效应(或称表面效 应)。 ➢ 电流的频率越高，集肤效应越显著。
9
§14.1 感应加热概述
➢ 涡流由表面向心部衰减规律（指数规律）
❖I0－表面涡流强度 ❖c－光速 ❖ρ－工件材料的电阻率 ❖u－工件材料的导磁率 ❖x－距工件表面的距离 ❖f－交流电频率
6
§14.1 感应加热概述
二、感应加热设备的分类
➢ 工频应加热设备
f＝50Hz δ>10mm，适用于大型工件 （如冷轧辊）
➢ 中频感应加热设备
f＝500~10000Hz 型工件
δ≈5mm，适用于中小
➢ 高频感应加热设备
f＝100~300kHz 工件表面淬火
δ< 3mm，适用于大多数
7
§14.1 感应加热概述
对于碳钢：δ=500·f -1/2 (mm)
f－电流频率
4
§14.1 感应加热概述
➢ 感应加热的物理过程
❖感应加热开始时，工件处于室温，电流透入深度 很小，仅在此薄层内进行加热。但温度超过A2点 后，表面由铁磁性变为顺磁性，表面电流密度下 降，而在紧靠顺磁体层的铁磁体处，电流密度剧 增，此处迅速被加热，温度也很快升高。由此， 工件截面内最大密度的涡流由表面向心部逐渐推 移，同时自表面向心部依次加热。这种加热方式 称为透入式加热。与此同时，由于热传导的作用， 热量向工件内部传递，加热层厚度增厚，这时工 件内部的加热和普通加热相同，称为传导式加热。
感应加热示意图
感应加热示意图
激光加热表面淬火 2
§14.1 感应加热概述
一、感应加热的基本原理
➢ 感应加热的物理基础
❖将工件放在感应器中，当感应 器中通过交变电流时，在其内 部产生交变磁场，由交变磁场 激发的感应电势将在工件的表 面产生感应电流，这种电流又 称涡流。因为工件材料的电阻 很小，所以不大的感应电势便 造成强度很大的涡流，从而释 放出大量的焦耳热，使工件表 面层温度迅速升高。
➢ 导体内电流的频率越高，邻近效应越明显。
12
§14.1 感应加热概述
13Байду номын сангаас
§14.1 感应加热概述
3、圆环效应
➢ 定义：当高频电流流过环形导体时，电流在 导体横截面上的分布将发生变化，此时电流 仅仅集中在圆环的内侧，这种现象叫圆环效 应。
➢ 圆环的曲率半径越小，径向宽度越大，圆环 效应也越明显；
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§14.1 感应加热概述
➢ 当f 很高时，电流大部分集中在导体表面， 心部已无电流，这样导致导体的有效电阻增 加，导体发热显著增加。 因此，感应器的施感导体常采用空心的 铜管制成，管内通水冷却，以降低施感导体 温度。
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§14.1 感应加热概述
2、临近效应
➢ 定义：当两个载有高频电流的导体彼此相距 很近时，每个导体内的电流将重新分布。如 果两个导体中电流方向相同，则最大电流密 度将出现在两导体相背的一面，如果两个导 体中电流方向相反，则最大电流密度将出现 在两导体相邻的一面。这种电流向一侧集中 的现象叫临近效应。
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§14.1 感应加热概述
4、尖角效应
➢ 定义：当用感应器加热不规则形状工件表面 时，工件的尖角部位的加热强度远较其它光 滑平坦部位强烈，往往会造成过热(例如，齿 轮的齿顶部位)，这种现象称做尖角效应。
➢ 尖角效应是由于磁力线易于在尖角处集中， 感应涡流较强的缘故。
➢ 为了克服这一现象，在设计形状不规则的工 件时，应适当加大尖角或凸出部位与感应器 之间的间隙。
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§14.1 感应加热概述
➢ 透入式加热较传导式加热有如下特点 ❖表面的温度超过A2点以后，最大密度的涡 流流向内层，表层加热速度开始变慢，不 易过热，而传导式加热随着加热时间的延 长，表面继续加热容易过热； ❖加热迅速，热损失小，热效率高； ❖热量分布较陡，淬火后过渡层较窄，使表 面压应力提高。
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§14.1 感应加热概述
❖ 集肤效应：涡流在工件表面最大，由表面向 心部呈指数规律衰减的现象。
❖ 感应电动势的瞬时值：e＝-dø/dt (V)
式中：dø/dt表示磁通ø对时间的变化率，负号 表示感应电动势方向与dø/dt方向相反。
❖ 电流透入深度：工程上规定，当涡流强度从
表面向内层降低到其数值等于表面最大涡流 强度的0.368倍时，该处到表面的距离称为电 流透入深度。
特别是在居里点以上时，加热速度更低，因 而热应力较小，热应力引起的变形与开裂的 可能性也较小，造成过热的危险性也较小。 ➢ 不需要变频设备，设备简单，投资较低；
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§14.2 感应加热设备
二、中频感应加热设备
➢ f = 50~10000Hz，又称音频感应加热设备 ➢ 目前主要有中频发电机和可控硅（晶闸管）
➢ 电流的频率越大，圆环效应也越显著。
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§14.1 感应加热概述
➢ 当加热圆柱体的外表面时，圆环效应与邻近 效应一致，感应器中的电流与工件表面靠近。 但是对于加热内孔的感应器来说，圆环效应 与临近效应不一致，圆环效应使电流在感应 器施感导体内侧流过，因而电流距内孔表面 较远，邻近效应减弱，使加热效率降低。
热处理原理、工艺及设备
Principles, Technology and Equipments for Heat Treatment
第三部分 热处理设备（4）
Equipments for Heat Treatment
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§14 感应加热设备
随着科学技术的发展，表面热处理技术得 到了广泛的应用。表面热处理可以提高产品 质量，缩短生产周期和改善劳动条件，提高 生产组织水平。目前应用最广泛的表面热处 理是感应热处理，它可应用于淬火、回火、 正火、调质、透热等，适用于机械化大生产， 可通过计算机控制实现无人操作。
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§14.1 感应加热概述
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§14.2 感应加热设备
一、工频感应加热设备
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§14.2 感应加热设备
➢ 构成：供电系统＋工艺装备系统 ➢ f = 50Hz（或60Hz）
f = 50Hz时，δ＝15mm ➢ 当温度高于居里点（700℃）时，δ＝75mm ➢ 工频感应加热速度小于中、高频感应加热，
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§14.1 感应加热概述
三、中高频电流的特点
1、集肤效应 ➢ 定义：当交变电流通过施感导体时，导体的
表面的电流密度最大，越向导体内部电流密 度越小，这种现象称集肤效应(或称表面效 应)。 ➢ 电流的频率越高，集肤效应越显著。
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§14.1 感应加热概述
➢ 涡流由表面向心部衰减规律（指数规律）
❖I0－表面涡流强度 ❖c－光速 ❖ρ－工件材料的电阻率 ❖u－工件材料的导磁率 ❖x－距工件表面的距离 ❖f－交流电频率
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§14.1 感应加热概述
二、感应加热设备的分类
➢ 工频应加热设备
f＝50Hz δ>10mm，适用于大型工件 （如冷轧辊）
➢ 中频感应加热设备
f＝500~10000Hz 型工件
δ≈5mm，适用于中小
➢ 高频感应加热设备
f＝100~300kHz 工件表面淬火
δ< 3mm，适用于大多数
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§14.1 感应加热概述
对于碳钢：δ=500·f -1/2 (mm)
f－电流频率
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§14.1 感应加热概述
➢ 感应加热的物理过程
❖感应加热开始时，工件处于室温，电流透入深度 很小，仅在此薄层内进行加热。但温度超过A2点 后，表面由铁磁性变为顺磁性，表面电流密度下 降，而在紧靠顺磁体层的铁磁体处，电流密度剧 增，此处迅速被加热，温度也很快升高。由此， 工件截面内最大密度的涡流由表面向心部逐渐推 移，同时自表面向心部依次加热。这种加热方式 称为透入式加热。与此同时，由于热传导的作用， 热量向工件内部传递，加热层厚度增厚，这时工 件内部的加热和普通加热相同，称为传导式加热。
感应加热示意图
感应加热示意图
激光加热表面淬火 2
§14.1 感应加热概述
一、感应加热的基本原理
➢ 感应加热的物理基础
❖将工件放在感应器中，当感应 器中通过交变电流时，在其内 部产生交变磁场，由交变磁场 激发的感应电势将在工件的表 面产生感应电流，这种电流又 称涡流。因为工件材料的电阻 很小，所以不大的感应电势便 造成强度很大的涡流，从而释 放出大量的焦耳热，使工件表 面层温度迅速升高。
➢ 导体内电流的频率越高，邻近效应越明显。
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§14.1 感应加热概述
13Байду номын сангаас
§14.1 感应加热概述
3、圆环效应
➢ 定义：当高频电流流过环形导体时，电流在 导体横截面上的分布将发生变化，此时电流 仅仅集中在圆环的内侧，这种现象叫圆环效 应。
➢ 圆环的曲率半径越小，径向宽度越大，圆环 效应也越明显；
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§14.1 感应加热概述
➢ 当f 很高时，电流大部分集中在导体表面， 心部已无电流，这样导致导体的有效电阻增 加，导体发热显著增加。 因此，感应器的施感导体常采用空心的 铜管制成，管内通水冷却，以降低施感导体 温度。
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§14.1 感应加热概述
2、临近效应
➢ 定义：当两个载有高频电流的导体彼此相距 很近时，每个导体内的电流将重新分布。如 果两个导体中电流方向相同，则最大电流密 度将出现在两导体相背的一面，如果两个导 体中电流方向相反，则最大电流密度将出现 在两导体相邻的一面。这种电流向一侧集中 的现象叫临近效应。
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§14.1 感应加热概述
4、尖角效应
➢ 定义：当用感应器加热不规则形状工件表面 时，工件的尖角部位的加热强度远较其它光 滑平坦部位强烈，往往会造成过热(例如，齿 轮的齿顶部位)，这种现象称做尖角效应。
➢ 尖角效应是由于磁力线易于在尖角处集中， 感应涡流较强的缘故。
➢ 为了克服这一现象，在设计形状不规则的工 件时，应适当加大尖角或凸出部位与感应器 之间的间隙。
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§14.1 感应加热概述
➢ 透入式加热较传导式加热有如下特点 ❖表面的温度超过A2点以后，最大密度的涡 流流向内层，表层加热速度开始变慢，不 易过热，而传导式加热随着加热时间的延 长，表面继续加热容易过热； ❖加热迅速，热损失小，热效率高； ❖热量分布较陡，淬火后过渡层较窄，使表 面压应力提高。
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§14.1 感应加热概述
❖ 集肤效应：涡流在工件表面最大，由表面向 心部呈指数规律衰减的现象。
❖ 感应电动势的瞬时值：e＝-dø/dt (V)
式中：dø/dt表示磁通ø对时间的变化率，负号 表示感应电动势方向与dø/dt方向相反。
❖ 电流透入深度：工程上规定，当涡流强度从
表面向内层降低到其数值等于表面最大涡流 强度的0.368倍时，该处到表面的距离称为电 流透入深度。
特别是在居里点以上时，加热速度更低，因 而热应力较小，热应力引起的变形与开裂的 可能性也较小，造成过热的危险性也较小。 ➢ 不需要变频设备，设备简单，投资较低；
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§14.2 感应加热设备
二、中频感应加热设备
➢ f = 50~10000Hz，又称音频感应加热设备 ➢ 目前主要有中频发电机和可控硅（晶闸管）
➢ 电流的频率越大，圆环效应也越显著。
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§14.1 感应加热概述
➢ 当加热圆柱体的外表面时，圆环效应与邻近 效应一致，感应器中的电流与工件表面靠近。 但是对于加热内孔的感应器来说，圆环效应 与临近效应不一致，圆环效应使电流在感应 器施感导体内侧流过，因而电流距内孔表面 较远，邻近效应减弱，使加热效率降低。
热处理原理、工艺及设备
Principles, Technology and Equipments for Heat Treatment
第三部分 热处理设备（4）
Equipments for Heat Treatment
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§14 感应加热设备
随着科学技术的发展，表面热处理技术得 到了广泛的应用。表面热处理可以提高产品 质量，缩短生产周期和改善劳动条件，提高 生产组织水平。目前应用最广泛的表面热处 理是感应热处理，它可应用于淬火、回火、 正火、调质、透热等，适用于机械化大生产， 可通过计算机控制实现无人操作。
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§14.1 感应加热概述
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§14.2 感应加热设备
一、工频感应加热设备
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§14.2 感应加热设备
➢ 构成：供电系统＋工艺装备系统 ➢ f = 50Hz（或60Hz）
f = 50Hz时，δ＝15mm ➢ 当温度高于居里点（700℃）时，δ＝75mm ➢ 工频感应加热速度小于中、高频感应加热，