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感应加热淬火技术的优缺点及其应用

时间:2013-05-28 10:24来源:洛阳科诺 作者:admin 点击:
感应加热淬火技术在20世纪50年代被采用。感应热处理新工艺利用线圈电磁感应加热钢铁件是很新奇与吸引人的,它具有加热快、局部淬火、节能、在线生产、便于自动化等特点,很快为热处理工作者所接受。当时感应淬火主要的目标是,提高工件的耐磨性,代替渗碳与氰化,缩短时间周期与降低生产成本[1]。绪论中旨在介绍感应加热表面淬火技术的基本原理和优缺点、应用与研究现状及发展趋势。
      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。   
1、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。   
2、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。   
3、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Ø300mm以上,如轧辊等)的表面淬火。
      在感应加热表面淬火时产生交变磁场,使得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,到基体接近于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800~1000℃,而基体温度升高很小。由于感应加热工艺是瞬间的高温、冷却过程,金属表面不仅会因迅速淬火而形成马氏体,而且在经过狭窄的淬硬区后还会得到感应淬火前的预处理基体组织。
一、感应加热淬火技术的优缺点
1、国内感应加热表面淬火技术不仅有效地改善金属的表面性能(如硬度、耐磨性、抗腐蚀性、导热、导电性能等),与其他常用的表面处理工艺(如渗碳、调质、表面渗氮等)相比,还具有以下优点:
      (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。                              
      (5)可进行工件局部淬火,该技术能精确地将工件需要进行淬火的局部进行进行加热,特别是在采用导磁体和使用高功率密度的情况下。
      (6)节能热处理,其能耗与渗碳、氮化、调质相比具有极大的优势,当工件淬火部位质量与整体质量之差越大时,它的优势也越显著。感应热处理常具有高的附加值。
      (7)快速热处理,感应淬火的加热时间以妙计,一般在2~14s之内,生产周期亦短,特别是在采用自回火或随机感应回火情况下,此工序与机加工工序相似。为此,现代化的感应加热淬火装备已经安排在生产线或自动线上。
      (8)清洁热处理,感应淬火所用淬火液一般为水或具有添加剂的水溶液,淬火时,几乎没有油烟,劳动环境好。
      (9)便于机械化及自动化,大批量生产的感应淬火,一般均配有进步梁送料、机械手取工件及机器人操纵感应器等减少体力劳动的装置。
2、感应加热表面淬火也有其本身的不足:
      (1)工具费用高,需要专用工装即感应器热处理炉一炉可装多种工件加热、渗碳、氮化,而感应淬火则要求一个部位一种感应器,甚至要求一种专用定位夹具等,因此工具费用高。它只适用于大批量生产一种或一种族的工件。
      (2)成套装置投资费用高,和一般热处理设备相比,感应加热成套装置包括变频电源、淬火机床、感应器,以及附属的冷却水、淬水液循环装置等,其投资费用相对较高,维护技术及费用亦比一般热处理设备高[2]。
二、感应加热淬火技术的应用
      高频感应加热表面淬火是表面淬火方法中比较好的一种,主要应用于承受扭转、弯曲等交变负荷作用的工件,要求表面层承受比基体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%的钢材。目前被运用于重型机械、轴承工业、石油钻井、冶金机械、纺织机械、建筑材料等领域。
(1)汽车制造业
      汽车制造业广泛地采用了热处理技术,感应加热淬火的汽车零部件,已经上升到占全部热处理零件的50%左右。感应淬火的目的除提高零件飞耐磨性以外,相当部分是提高零件的扭转疲劳强度和弯曲疲劳强度。典型零件有曲轴、凸轮轴、飞轮齿圈、半轴、等速万向联轴器、变速叉、传动器轴、十字轴、减震器轴等。
(2)拖拉机及工程机械
      除发动机淬火零件与汽车发动机相似外,其行走部分有许多感应淬火件,例如:驱动轮、导向轮、支重轮、链轨节、销、套、水泵轴、气门摇臂、推土机刀片、拖拉机最终传动齿轮等。
(3)机床制造工业
      机床制造中,感应淬火件有主轴箱的变速齿轮、主轴、变速叉、导轨表面以及各种小零件的耐磨部分。
(4)铁路运输
      60㎏及以上的钢轨全长淬火的提高其强韧性的主要途径之一,铁道部以建立起10多条钢轨感应淬火生产线。此外,机床零件应用感应淬火的内燃机的相关零件,例如:曲轴、齿轮、轴等。