高频淬火原理及应用

高频淬火原理及应用

线圈通以高频电流，产生高频磁场，在铁磁性材料中产生感生电流，由于趋肤效应，感生电流聚积于材料的表面产生热，达到相变温度。激冷达到淬火目的。

感应加热与其它加热炉传导、对流或辐射使工件到达加热温度相比，它具有完全不同的加热原理。其基本原理是：把加热材料（即工件）置于通有交流电流的线圈内，由于交变磁场的作用工件内部会产生感应电势，在感生电势的作用下工件内会产生涡流，依靠这些涡流的能量达到加热目的。

通过热高频淬火多数用于工业金属零件表面淬火，是使工件表面产生一定的感应电流，迅速加热零件表面，然后迅速淬火的一种金属热处理方法。感应加热设备，即对工件进行感应加热，以进行表面淬火的设备。感应加热的原理：工件放到感应器内，感应器一般是输入中频或高频交流电(1000-300000Hz或更高)的空心铜管。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

词语解释

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。

一、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等。

二、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。

三、工频(50HZ)加热淬硬层深度为10-20mm，一般用于较大尺寸零件的透热，大直径零件（直径300mm以上，如轧辊等）的表面淬火。

感应加热淬火表层淬硬层的深度，取决于交流电的频率，一般是频率高加热深度浅，淬硬层深度也就浅。频率f与加热深度δ的关系，有如下经验公式：δ=20/√f(20°C)；δ=500/√f(800°C)。

式中：f为频率，单位为Hz；δ为加热深度，单位为毫米（mm）。

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。

编辑本段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、主要方法

感应加热表面淬火（高频、中频、工频）,火焰加热表面淬火，电接触加热表面淬火，电解液加热表面淬火，激光加热表面淬火，电子束加热表面淬火。

编辑本段表面淬火原理

(一）基本原理：

将工件放在用空心铜管绕成的感应器内，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。(如下面动画所示)

(二）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：100～500KHZ，常用200～300KHZ，为电子管式高频加热，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2500～8000HZ，电源设备为机械式中频加热装置或可控硅中频发生器。淬硬层深度2～10 mm。适于较大直径的轴类、中大齿轮等。

3、工频加热：电流频率为50HZ。采用机械式工频加热电源设备，淬硬层深可达10～20mm，适于大直径工件的表面淬火。

(三）、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。

五、火焰表面加热淬火

适于中碳钢35、45钢和中碳合金结构钢40Cr及65Mn、灰口铸铁、合金铸铁的火焰表面淬火。是用乙炔-氧或煤气-氧混合气燃烧的火焰喷射快速加热工件。工件表面达到淬火温度后，立即喷水冷却。淬硬层深度为2～6mm，否则会引起工件表面严重过热及变形开裂。

表1 初试工艺及结果

阳压/kV 阳

流

/A

栅

流

/A

加热

时间

/s

冷却

介质

淬硬层

深度

/mm

硬度

/HR

C

脱碳层

深度

/mm

11 3 0.6 8 自来

水浸

淬

3.4-3.9 54 0.15

序号工

艺

检测结果

参数

阳压/k V 阳

流

/A

栅

流

/A

加

热

时

间

/s

冷

却

介

质

淬硬

层深

度

/mm

硬

度

/H

RC

脱碳

层深

度

/mm

裂纹

1 11.

2.4

0.5

7.0

自来

水浸

淬

3.2

-3.

8

54

.

1

2

发现几

条细小

裂纹

2 10.

5

2.4

0.4

6.5

自来

水浸

淬

3.2

-3.

7

55

.

1

存在

3 10.

5

2.2

0.3

5

5.5

自来

水浸

淬

2.8

-3.

3

55

.

3

存在