09感应热处理设备及其它表面加热设备
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第九章感应热处理设备及其它 表面加热设备
授课人：杨晓敏
North University of China College of Materials Science and Engineering 2008.01.04
返回总目录
1.1
第九章感应热处理设备及其他表面加热设备
1.2
在这种情况下，单从材料选择入手或采用普通热处理方法 都有不能满足其要求。 表面淬火是将工件的表面层淬硬到一定深度 ,而心部仍 表面热处理 保持未淬火状态的一种局部淬火法.它是利用快速加热 使钢件表面奥氏体化,而中心尚处在较低温度.
Ix I0 exp( 2 c
f x)
1 I x降至I0的 （e＝2.718）处的深度为电流透入深度 e ＝50300 （mm） f 钢铁材料在800－900。 C及室温20。 C 500 电流透入深度 热＝ （mm） f 20 冷＝ （mm） f
1.7
§9－1感应热处理的基本原理
2、邻近效应：
1.8
§9－1感应热处理的基本原理
3、圆环效应：当交变电流通过环形导体时，电流仅 仅集中在圆环的内侧，这种现象叫圆环效应。
4、尖角效应：当感应器与工件间的距离相同，但在 工件尖角处的加热强度远较其它光滑部位强烈。往往 会造成过热，这种现象称为尖角效应。
1.9
§ 9－ 2
感应热处理设备的选择
2
；
（2）间隙大小与淬硬层的关系（频率有关） 从邻近效应考虑，间隙小，集肤效应越显著，电流透入深 度越小，淬硬层深度减小。间隙越小，操作越不方便，工件与 感应器接触短路的可能性越大。
（3）间隙大小与设备的功率大小的关系 设备功率大，间隙尺寸可大些；
1.15
§ 9－ 3
例如：
感应器设计概要
用60千瓦的高频感应加热设备处理简单外圆表面时， 间隙多采用2－3mm。同样的工件若采用100千瓦的设备时， 由于功率大，间隙可采用3－5mm。 对淬硬层深度较大的工件，间隙可增大到5－6mm。
一、感应热处理设备的特点和分类 特点 • 加热速度快，温度高，生产效率高 • 氧化脱碳 表面质量 耐磨性 • 心部无相变 变形 • 淬火层容易控制 • 不适于复杂形状零件和小批量生产 • 设备昂贵，耗电量大
1.10
§ 9－ 2
感应热处理设备的选择
分类 ① 高频感应加热电流频率为80－1000kHz，功率范围5－ 500kW,可获得的表面硬化层深度为0.1－3mm。需变频 装置，加热速度快，主要用于中小模数齿轮和小轴的表 面淬火。 ② 中频感应加热电流频率为500－10000Hz，功率范围15－ 1000kW，可获得3－6mm深的硬化层，主要用于要求淬 硬层较深的零件，如发动机曲轴、凸轮轴、大模数齿轮、 较大尺寸的轴等。 ③ 工频感应加热电流频率为50Hz，功率范围50－4000kW， 可获得10－15mm以上的硬化层。不需变频装置，加热 速度低。适用于大直径钢材的穿透加热及要求淬硬层深 的大工件的表面淬火。
60000 x2
4.0 15000 1000 6.0 8000 500 10.0 2500 150
最佳频率
推荐使用 设备 1.12
60000
真空管 式
25000
真空管式或机 式（8000赫）
15000
同左
7000
4000
1500
同左
500
机式（500、 1000赫）
机式 机式 （8000赫） （2500赫）
1.5
第九章感应热处理设备及其他表面加热设备
一、感应热处理的基本原理 工作原理：
感应电动势的瞬时值 取决于感应器内流过的频率，电流频率越高， 越高，e越大。
1.6
二、中、高频电流的特点 1、集肤效应：当交流电流通过导体时，在导体表面电 流最大．越向内部电流密度越小的现象称为集肤效应。 当电流频率越高，集肤效应越显著。
中频感应器 高频感应器
1－感应圈；2－汇流排； 3－接线座；4－冷却水管；5－喷水管 1.14
§ 9－ 3
感应器设计概要
功率因素 cos 1 a 1 1 P M
2
（一）感应器与工件间的间隙 （1）间隙大小与功率因素关系
a 间隙；PM 磁流产生的深度，PM＝
中频感应加热时，间隙应比高频大些。
1.16
§ 9－ 3
感应器设计概要
（二）感应器的截面尺寸
D D0 2a
外圆加热用的感应圈内径： D 感应圈的内径；
D0－工件的直径；
H L 2（ a mm）(适用于短轴工件)
教 学 要 求 ：了解感应热处理的工作原理及设备
的选择；了解感应器设计要点；了解淬火机床结构 、选择以及其他表面加热装置。
1.4
第九章感应热处理设备及其他表面加热设备
§ 9－ 1 § 9－ 2 §9－3 § 9－ 4 § 9－ 5
感应热处理的基本原理 感应热处理设备的选择 感应器设计概要 淬火机床的选择 其它表面加热装置
1.11
§ 9－ 2
感应热处理设备的选择
二、感应加热设备频率的选择 选择原则：根据工件的技术条件要求（淬硬层深度（mm）大小）
15000 250000 f Biblioteka Baidu x2 x2 最理想的情况是当 热＝2x，f＝
淬硬层深 度（mm） 最高频率 最低频率 1.0 250000 15000 1.5 100000 7000 2.0 60000 4000 3.0 30000 1500
§ 9－ 2
感应热处理设备的选择
三、感应加热设备功率的确定
P0 F 设备的总功率P＝ （kW）
－设备的效率（％）；
F－工件的加热面积； P0 -工件单位面积功率（kW/cm 2）。
1.13
§ 9－ 3
感应器设计概要
一、感应器结构尺寸的设计 感应器的设计包括： 感应圈的形状、尺 寸、圈数，感应器 与工件的间隙，汇 流板的尺寸和连接 方法，冷却方式等。
低碳钢 ：可满足心部要求， 表面要求不能满足； 高碳钢： 可满足表面要求， 心部要求不能满足；
1.3
第九章感应热处理设备及其他表面加热设备
教 学 提 示 :表面热处理是只对工件表层进行热处
理以改变其组织和性能的热处理工艺。常用的方法是 表面淬火。表面淬火目的是使工件表层具有高硬度、 耐磨性，而心部具有足够的强度和韧性。工业上常用 的表面淬火方法有火焰淬火和感应淬火。
授课人：杨晓敏
North University of China College of Materials Science and Engineering 2008.01.04
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第九章感应热处理设备及其他表面加热设备
1.2
在这种情况下，单从材料选择入手或采用普通热处理方法 都有不能满足其要求。 表面淬火是将工件的表面层淬硬到一定深度 ,而心部仍 表面热处理 保持未淬火状态的一种局部淬火法.它是利用快速加热 使钢件表面奥氏体化,而中心尚处在较低温度.
Ix I0 exp( 2 c
f x)
1 I x降至I0的 （e＝2.718）处的深度为电流透入深度 e ＝50300 （mm） f 钢铁材料在800－900。 C及室温20。 C 500 电流透入深度 热＝ （mm） f 20 冷＝ （mm） f
1.7
§9－1感应热处理的基本原理
2、邻近效应：
1.8
§9－1感应热处理的基本原理
3、圆环效应：当交变电流通过环形导体时，电流仅 仅集中在圆环的内侧，这种现象叫圆环效应。
4、尖角效应：当感应器与工件间的距离相同，但在 工件尖角处的加热强度远较其它光滑部位强烈。往往 会造成过热，这种现象称为尖角效应。
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§ 9－ 2
感应热处理设备的选择
2
；
（2）间隙大小与淬硬层的关系（频率有关） 从邻近效应考虑，间隙小，集肤效应越显著，电流透入深 度越小，淬硬层深度减小。间隙越小，操作越不方便，工件与 感应器接触短路的可能性越大。
（3）间隙大小与设备的功率大小的关系 设备功率大，间隙尺寸可大些；
1.15
§ 9－ 3
例如：
感应器设计概要
用60千瓦的高频感应加热设备处理简单外圆表面时， 间隙多采用2－3mm。同样的工件若采用100千瓦的设备时， 由于功率大，间隙可采用3－5mm。 对淬硬层深度较大的工件，间隙可增大到5－6mm。
一、感应热处理设备的特点和分类 特点 • 加热速度快，温度高，生产效率高 • 氧化脱碳 表面质量 耐磨性 • 心部无相变 变形 • 淬火层容易控制 • 不适于复杂形状零件和小批量生产 • 设备昂贵，耗电量大
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§ 9－ 2
感应热处理设备的选择
分类 ① 高频感应加热电流频率为80－1000kHz，功率范围5－ 500kW,可获得的表面硬化层深度为0.1－3mm。需变频 装置，加热速度快，主要用于中小模数齿轮和小轴的表 面淬火。 ② 中频感应加热电流频率为500－10000Hz，功率范围15－ 1000kW，可获得3－6mm深的硬化层，主要用于要求淬 硬层较深的零件，如发动机曲轴、凸轮轴、大模数齿轮、 较大尺寸的轴等。 ③ 工频感应加热电流频率为50Hz，功率范围50－4000kW， 可获得10－15mm以上的硬化层。不需变频装置，加热 速度低。适用于大直径钢材的穿透加热及要求淬硬层深 的大工件的表面淬火。
60000 x2
4.0 15000 1000 6.0 8000 500 10.0 2500 150
最佳频率
推荐使用 设备 1.12
60000
真空管 式
25000
真空管式或机 式（8000赫）
15000
同左
7000
4000
1500
同左
500
机式（500、 1000赫）
机式 机式 （8000赫） （2500赫）
1.5
第九章感应热处理设备及其他表面加热设备
一、感应热处理的基本原理 工作原理：
感应电动势的瞬时值 取决于感应器内流过的频率，电流频率越高， 越高，e越大。
1.6
二、中、高频电流的特点 1、集肤效应：当交流电流通过导体时，在导体表面电 流最大．越向内部电流密度越小的现象称为集肤效应。 当电流频率越高，集肤效应越显著。
中频感应器 高频感应器
1－感应圈；2－汇流排； 3－接线座；4－冷却水管；5－喷水管 1.14
§ 9－ 3
感应器设计概要
功率因素 cos 1 a 1 1 P M
2
（一）感应器与工件间的间隙 （1）间隙大小与功率因素关系
a 间隙；PM 磁流产生的深度，PM＝
中频感应加热时，间隙应比高频大些。
1.16
§ 9－ 3
感应器设计概要
（二）感应器的截面尺寸
D D0 2a
外圆加热用的感应圈内径： D 感应圈的内径；
D0－工件的直径；
H L 2（ a mm）(适用于短轴工件)
教 学 要 求 ：了解感应热处理的工作原理及设备
的选择；了解感应器设计要点；了解淬火机床结构 、选择以及其他表面加热装置。
1.4
第九章感应热处理设备及其他表面加热设备
§ 9－ 1 § 9－ 2 §9－3 § 9－ 4 § 9－ 5
感应热处理的基本原理 感应热处理设备的选择 感应器设计概要 淬火机床的选择 其它表面加热装置
1.11
§ 9－ 2
感应热处理设备的选择
二、感应加热设备频率的选择 选择原则：根据工件的技术条件要求（淬硬层深度（mm）大小）
15000 250000 f Biblioteka Baidu x2 x2 最理想的情况是当 热＝2x，f＝
淬硬层深 度（mm） 最高频率 最低频率 1.0 250000 15000 1.5 100000 7000 2.0 60000 4000 3.0 30000 1500
§ 9－ 2
感应热处理设备的选择
三、感应加热设备功率的确定
P0 F 设备的总功率P＝ （kW）
－设备的效率（％）；
F－工件的加热面积； P0 -工件单位面积功率（kW/cm 2）。
1.13
§ 9－ 3
感应器设计概要
一、感应器结构尺寸的设计 感应器的设计包括： 感应圈的形状、尺 寸、圈数，感应器 与工件的间隙，汇 流板的尺寸和连接 方法，冷却方式等。
低碳钢 ：可满足心部要求， 表面要求不能满足； 高碳钢： 可满足表面要求， 心部要求不能满足；
1.3
第九章感应热处理设备及其他表面加热设备
教 学 提 示 :表面热处理是只对工件表层进行热处
理以改变其组织和性能的热处理工艺。常用的方法是 表面淬火。表面淬火目的是使工件表层具有高硬度、 耐磨性，而心部具有足够的强度和韧性。工业上常用 的表面淬火方法有火焰淬火和感应淬火。