63高频感应加热表面淬火

热处理工艺及设备实验二高频感应加热表面淬火一、实验目的1、了解感应加热的原理；2、了解电流透入深度与材料电阻率及电流频率之间的关系；3、了解淬硬层深度的测定方法；4、掌握高频感应加热淬火的方法零件使用性能要求：高的表面硬度（HRC50～58）、强度和疲劳强度，较好的心部塑性和韧性。采用热处理工艺：表面淬火加热感应圈进水出水淬火喷水套进水进水电流密度加热淬火层轧辊钢的表面淬火快速灵活的感应加热表面淬火高频淬火火焰加热表面淬火激光加热表面淬火感应加热表面淬火二、实验原理1、感应加热基本原理感应线圈通交流电→交变磁场→表面感应电势瞬时：感生涡流强度：Z：涡流回路电抗，R：电阻，XL：感抗∵Z很小，∴（涡流）能达到很大。涡流热效应Q总=Q+Q′，将零件表层加热，（Q′磁滞热效应，比涡流热效应小的多）dtdKe22XReZeIf进水出水淬火喷水套进水电流密度RIQf224.0•涡流强度随高频电磁场强度由零件表面向内层逐渐减小而相应减小的规律，称为表面效应。•交流电频率越高，涡流层越浅—集肤效应。•离表面x处的涡流强度：•式中，I0-表面最大的涡流强度；x-到工件表面的距离；Δ-与工件材料物理性质有关的系数。•当x=0时，Ix=I0•当x＞0时，Ix＜I0•当x=Δ时，工程规定，当涡流强度从表面向内层降低到表面最大涡流强度的36.8%(即)时，由该处到表面的距离Δ称为电流透入深度。2、表面效应（集肤效应）xxeII0•在感应加热实践中，钢中电流透入深度的计算常常使用下列简化公式：•在：C钢：感应加热透入深度（近似公式）：80020℃时f为电源频率（Hz）)(600~500mmf)(2020mmf3.淬硬层深度•工件经感应加热淬火后的金相组织与加热温度沿截面分布有关，一般可分为淬硬层、过渡层及心部组织三部分。•与钢的化学成分、淬火规范、工件尺寸等因素有关；如果加热层较深，在淬硬层中存在马氏体+贝氏体或马氏体+贝氏体+屈氏体+少量铁素体混合组织。•奥氏体化不均匀，淬火后还可以观察到高碳马氏体和低碳马氏体混合组织。•工件经感应淬火后可以用金相法、硬度法或酸蚀发测定或标定硬化层深度。金相法测定硬化层深度——由表面测至50%马氏体区的深度。•硬度法测定硬化层深度——按半马氏体区硬度为准。加热方式（频率范围）淬硬层深度(mm)应用范围高频(200~300KHZ)0.5~2.5中小型零件，如小模数齿轮，中小型轴类超音频（20~40KHZ）0.5~2.5同上（能改善淬硬层沿零件轮廊的均匀分布）中频（2.5~8KHZ）2~8直径较大的轴类和模数较大齿轮工频（50HZ）≥10~15较大直径钢材透热及要求淬硬层很深的大直径零件，（如轧辊、火车车轮等）●感应加热的频率选择及应用特点：(1)加热速度快、时间短，表面淬火可得极细的马氏体。(2)工件表面存在残余压应力，可提高疲劳强度疲劳强度显著↑→使用寿命↑如：40Cr钢，φ20mm光滑试样，σ-1值：调质：450-480，调质+表淬：630Mpa，40MnB钢制造汽车半轴，调质改调质+表淬，寿命↑20倍σ-1Nσ(3)工件不易氧化、脱碳，变形小。(4)易于自动化，生产率高。(5)设备昂贵(6)不适合形状复杂的工件。操作:高温火焰加热工件表面，随后水冷淬火。特点:（1）方法简单、不需贵重设备。（2）工件大小不受限制（3）加热温度不易控制，淬火质量不够稳定。火焰加热表面淬火示意图工件喷水管烧嘴淬硬层喷水管、烧嘴移动方向火焰加热表面淬火三、实验材料实验设备•高频感应加热设备10KW一台；•淬火机床一台；•硬度计2台；•金相显微镜5台；•ф8×100mm,45号钢，T12钢各5根。四、实验内容•1、高频感应加热淬火测定45号钢和T12钢工件表面硬度；•2、测定45号钢和T12钢的硬化层深度。五、实验步骤•全班分成10组，每组一个试样，通过加热时改变各种参数来改变硬化层深度以及加热温度高低对淬硬层组织的影响，经淬火后测表面硬度及硬化组织，并做出硬度分布曲线•接通高频感应加热设备电源，接通冷却水，按规定进行不同的参数选择；•将工件放入不同的感应器中加热(加热温度由加热时间进行控制)，加热完毕后喷水冷却；•将高频感应加热淬火后的工件用砂纸打磨光亮，测定工件不同参数条件下的表面硬度值和距表面不同深度ΔL(六等份)对应的硬度值填入表中；•用金相显微镜观察不同淬火条件下的金相组织并测定工件不同参数条件下的硬化层深度；•做出45号钢和T12钢工件的硬度分布曲线。钢种冷却方式加热时间(温度)(秒)(秒)(秒)表面硬度(HRC)(ΔL)硬度(HRC)硬化层深度(mm)表面硬度(HRC)(ΔL)硬度(HRC)硬化层深度(mm)表面硬度(HRC)(ΔL)硬度(HRC)硬化层深度(mm)45钢水冷ΔL=1硬度法金相法ΔL=6ΔL=1硬度法金相法ΔL=1硬度法金相法ΔL=2ΔL=2ΔL=2ΔL=3ΔL=3ΔL=3ΔL=4ΔL=4ΔL=4ΔL=5ΔL=5ΔL=6ΔL=6T12钢水冷ΔL=1ΔL=1ΔL=1ΔL=2ΔL=2ΔL=2ΔL=3ΔL=3ΔL=3ΔL=4ΔL=4ΔL=4ΔL=5ΔL=5ΔL=5ΔL=6ΔL=6ΔL=6六、实验注意事项•取放试件时注意不要碰伤感应器；•控制加热时间(温度)不能过长，试件淬火时，动作要迅速，以免试件表面过热，影响淬火质量；•淬火或回火后的试样均要用砂纸打磨表面，去掉氧化皮后再测定硬度值；•硬度测量一般取3点以上的平均值作为该点硬度值。七、实验报告要求•明确本次实验目的；•实验材料与实验内容；•实验步骤；•分析加热温度与钢种(C%)对硬化层深度的影响并加以讨论；•分别绘制出45钢和T12钢硬度分布曲线并加以讨论；•分析实验中存在的问题；•实验结论。