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浅谈感应加热淬火技术的发展方向

时间:2013-05-29 08:59来源:洛阳科诺 作者:admin 点击:
      随着工业技术的发展,各种机械设备的性能不断提高。相应的机械零件承载能力,运行品质、体积大小和服役条件也不断升级,因此研究它们的感应淬火表面强化工艺有代表性意义。近几年来,国内外感应加热技术在提高产品质量、发挥材料潜力、降低生产成本、改善设备性能、增加淬火装置的容量、发展淬火机床、大量采用穿透感应加热淬火工艺、提高机械化和自动化程度等方面都有了很大进展。
      其中感应加热电源经历从机械式中频发电机组、电子管式高频电源、晶闸管式中频电源到晶体管超高频和高频电源的发展。其中晶体管器件电源具有集大电流、高耐压和高频于一身的特点,将来最有可能成为感应加热的主导电源。半导体功率器件在今后将向着大容量化、高频、驱动简单、低导通压降、模块化和功率集成化方向发展。随着加热电源的发展,以及零件苛刻的要求,新的感应热处理工艺在提高零件的表面性能方面扮演着越来越重要的角色
(1)双频感应加热淬火
      双频感应加热淬火主要用于齿轮的表面强化。从20世纪90年代,美国采用中频和高频电源处理齿轮,先在中频感应器中加热,然后迅速降到高频感应器中加热,最后落入油中淬火。进入21世纪,直到最近几年,美国公司[6]提出同时用双频感应加热进行表面淬火,实现了齿轮的轮廓淬火。双频电流齿轮淬火是用中频电流预热齿轮齿沟部分,随后立即用高频电流加热齿顶部分 ,得到沿齿轮廓的淬硬层。在汽车齿轮生产上应用此种工艺,不但能同时加热,且能扫描加热。
双频感应加热淬火的特点主要有:
      ①双频感应加热速度快、时间短、奥氏体晶粒不易长大,使表层呈细晶结构;快速加热形成不均匀的奥氏体,转变后的马氏体组织中,残余奥氏体数量较少;淬火时表层产生的压应力对提高硬度也有一定影响。
      ②双频加热淬火技术可以得到更好的仿形淬硬层,对于提高齿轮疲劳强度、减小淬火变形等非常有利。
(2)双频感应加热技术
      双频感应加热是在一个感应圈上同时供给中频和高频能量,即在一个感应圈上施加掺和频率,由一个中频基础振荡迭加一个高频振荡组成。两种频率(MF和HF)的振幅能独自控制,同时能调整MF和HF的输出份额,齿面淬硬程度优于齿根和齿顶,能达到工件的技术要求。
这种同时双频感应加热能实现加速奥氏体化,具有热处理质量高、生产率高和变形小的优点,能适应今天的经济发展需求,这要归功于能获得极细小的奥氏体晶粒和加热时间短。也使它能实现自淬火,高能量的迅速加热只加热工件的表面层,下方的冷基体能很快传热,实现淬硬。
(3)感应加热气体渗氮及碳氮共渗
      感应加热气体渗碳及碳氮共渗是将需要渗氮或氮碳共渗的零件感应加热到560℃,保温一定时间。加热过程通人氨气进行渗氮。改变加热温度、时间和通入的氨气流量得到不同的渗层深度和渗层硬度。
感应加热气体渗氮具有升温速度快,能在选定部位进行局部渗氮、供给渗氮的活性氮原子充足、有脉冲渗氮和磁场渗氮特点、生产周期短、渗氮层脆性低等特点。
(4)液体介质感应渗碳
      液体介质感应渗碳是将处理工件和感应加热器一起浸于特殊的冷的液态活性介质中,介质具有不同的化学组份和物理性能。选择合理工艺参数,在同一活性介质中冷却。感应渗碳过程中工件表面受感应高频电流加热,高密度和精确限定的高频能量迅速加热工件表面层至材料熔点以下的某一温度。液体活性介质在工件表面直接分解,产生大量原子态高活性碳,工件表面吸收并扩散至一定深度。一般适用于钢件、Ti合金和一些超合金 。
这种新技术能确保处理工件的高的质量、一致可靠的性能和长的服役寿命。同时能节约成本、能源、材料和环境保护费用。
(5)高频电阻感应加热表面淬火
      高频电阻感应加热表面淬火是把工件要淬硬的部分作为感应器导体回路的一部分,用高频电流对工件表面同时感应加热和电阻加热,实现表面淬火。通高频电流时,工件表层的一部分直接通电,由自身的电阻加热。与此同时,感应器附近的工件表面产生感应电流,见图,两种作用加热工件的表层和表面,达到淬火温度后,切断电源。更换不同的感应器,可以加热不同形状的工件表面。由于加热速度极快,加热部分仅限于某一范围,周围及深处冷的部分迅速导热,使加热区激冷,实现自冷淬火。与传统的高频加热相比,工件表面加热电流更集中、密度更大、加热速度更快。因此可以对工件表面实施高能量热处理。
高频感应电阻加热表面淬火的特点:
      ①适用于齿条轴的齿条淬火和各种凸轮轴汽缸内表面的强化。
      ②功率密度高、加热速度快、畸变小、淬硬层浅。
      ③不需淬火介质,真空室等,无需发黑化处理。
(6)高频脉冲感应加热表面淬火
      用高频脉冲感应加热进行淬火,使用20~30MHz的高频脉冲,通过感应圈在毫秒级极短时间内使工件表面急速加热到淬火温度,然后自冷。高频脉冲感应加热综合感应加热与高频脉冲加热的某些特点,与其他热处理工艺比较,淬火后具有高硬度、高耐磨性、良好的韧性和疲劳强度、以及微变形等特点。而且相应的设备投资少,维修简单。感应脉冲加热淬火后的超常硬化,是有效的晶粒细化,高密度亚结构及高的残余应力综合作用的结果。