大尺寸零件深淬硬層高頻表面淬火

發(fā)布時(shí)間：2020-05-27 已經(jīng)有1人查過此文章返回感應(yīng)淬火列表

（1）加工難點(diǎn)

此工件的高頻淬火也采用同時(shí)加熱的方式。其加工難點(diǎn)主要在于受設(shè)備功率和電流頻率的限制。

高頻淬火為短時(shí)快速加熱，需要在很短的時(shí)間內(nèi)加熱到很高的溫度，需要足夠的加熱功率作為基礎(chǔ)。工件需要加熱的表面越大，所需的功率也就越大，被加熱表面大到一定程度時(shí)，就會(huì)因設(shè)備功率限制難以順利實(shí)現(xiàn)同時(shí)加熱。

工件進(jìn)行感應(yīng)加熱時(shí)，電流透入深度由電流頻率決定，這一原理使電流頻率成為了決定淬硬層深度的主要因素。高頻淬火設(shè)備的電流頻率一般是固定的，如高頻設(shè)備電流頻率為200～300kHz，對(duì)應(yīng)熱透入深度為0.9～1.1mm，這就限制了淬硬層深度的進(jìn)一步加深。

某產(chǎn)品牽引銷（淬火部位見圖2）為產(chǎn)品中的關(guān)鍵零部件，材料為40Cr合金結(jié)構(gòu)鋼，要求f 89mm外圓表面高頻淬火，淬火硬度要求50～60HRC，淬硬層深度2.5～4.5mm。該工件需淬火表面尺寸較大，除需要較大的功率進(jìn)行加熱外，對(duì)于加熱影響更大的問題是淬火部位為工件凹槽部，感應(yīng)器的制作也是一大困難。如按常規(guī)方法制作感應(yīng)器，即感應(yīng)器內(nèi)徑稍大于需淬火表面直徑，則感應(yīng)器必須現(xiàn)場(chǎng)制作，十分麻煩，而且工件淬火必須損壞感應(yīng)器才能進(jìn)行，每一工件的高頻表面淬火必須制作相應(yīng)的一件感應(yīng)器，也存在著每一感應(yīng)器的制作誤差；如感應(yīng)器內(nèi)徑大于相鄰截面直徑，即大于111mm，則感應(yīng)器與淬火部位的間距加大了11mm，感應(yīng)加熱效率將顯著降低。淬硬層方面，2.5～4.5mm的深度范圍是正常熱透入深度的2.5～4.5倍，為提高淬硬層深度，一般可適當(dāng)利用熱傳導(dǎo)的原理，即利用熱量由表面向心部傳導(dǎo)的特性，加大加熱層的厚度。但單純依靠熱傳導(dǎo)的方法需要自表面向內(nèi)存在較大的溫度差，往往要求的淬硬層深度達(dá)到淬火溫度時(shí)，表面溫度已過高，產(chǎn)生表面組織過熱、過燒等缺陷。

高頻感應(yīng)淬火

（2）淬火工藝方案

為完成此項(xiàng)工件的淬火，專門制作了感應(yīng)器，加強(qiáng)了工藝過程控制并采用了斷續(xù)加熱方式。

結(jié)合牽引銷的諸多特點(diǎn)，改變傳統(tǒng)感應(yīng)器制作方式，將感應(yīng)器制作為半圓形，克服傳統(tǒng)感應(yīng)器對(duì)于該工件高頻淬火的上述難點(diǎn)，既可以實(shí)現(xiàn)感應(yīng)器與加熱表面之間盡可能小距離的配合，又可以方便地使工件與感應(yīng)器脫離進(jìn)行淬火。在具體的操作實(shí)施中，使工件相對(duì)于感應(yīng)器進(jìn)行同心旋轉(zhuǎn)，達(dá)到瞬間對(duì)半圓進(jìn)行加熱，整體上又對(duì)全部淬火表面進(jìn)行加熱的特殊效果（見圖3）。

高頻感應(yīng)淬火

前面已講述，鋼鐵材料在加熱到一定溫度后，將失去磁性，加熱速度隨之下降數(shù)倍。實(shí)際加熱過程中，當(dāng)表面出現(xiàn)超過失磁點(diǎn)的薄層時(shí)，和薄層相鄰的內(nèi)部交界處渦流強(qiáng)度就會(huì)突然上升，成為加熱速度最快的部位，出現(xiàn)高溫表層加熱速度降低，交界處升溫加速，并向內(nèi)部推移的現(xiàn)象。這一現(xiàn)象為提高淬硬層深度是有利的，但表層高溫區(qū)加熱速度較交界處以內(nèi)的部位快很多，表層過熱、過燒傾向仍很嚴(yán)重。此時(shí)，就需要找出電壓、加熱速度等參數(shù)的最佳配置，嚴(yán)格加熱過程的控制，在保證質(zhì)量的前提下盡量增大淬硬層深度。

牽引銷要求淬硬層深度較大，單純的參數(shù)控制在完全滿足技術(shù)要求方面仍有欠缺，還需要采取一些其他技巧。斷續(xù)加熱，即在未達(dá)到淬火溫度時(shí)，暫時(shí)停止加熱，使工件表面熱量較多地向內(nèi)傳導(dǎo)，然后再重新開始加熱。這樣相當(dāng)于增加了熱傳導(dǎo)時(shí)間，降低表面向內(nèi)部的溫度梯度，反復(fù)進(jìn)行數(shù)次，表面溫度不致過高而產(chǎn)生過熱、過燒。實(shí)現(xiàn)從表面向內(nèi)2.5～4.5mm內(nèi)較均勻的達(dá)到淬火溫度的目的。

（3）實(shí)際效果

采取改進(jìn)感應(yīng)器設(shè)計(jì)、優(yōu)化工藝參數(shù)、斷續(xù)加熱等措施后，牽引銷表面高頻淬火后硬度可以穩(wěn)定達(dá)到55HRC左右，淬硬層深度3mm以上，使用高頻淬火的方式達(dá)到了本適合于中頻淬火的淬硬層深度要求。而且由于感應(yīng)器的改進(jìn)，工件可以逐一連續(xù)不斷地進(jìn)行淬火操作，有效提高了工作效率。

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