2.較大尺寸零件深淬硬層高頻表面淬火

（1）加工難點

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

高頻淬火為短時快速加熱，需要在很短的時間內(nèi)加熱到很高的溫度，需要足夠的加熱功率作為基礎。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，就會因設備功率限制難以順利實現(xiàn)同時加熱。

工件進行感應加熱時，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。高頻淬火設備的電流頻率一般是固定的，如高頻設備電流頻率為200～300kHz，對應熱透入深度為0.9～1.1mm，這就限制了淬硬層深度的進一步加深。

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行加熱外，對于加熱影響更大的問題是淬火部位為工件凹槽部，感應器的制作也是一大困難。如按常規(guī)方法制作感應器，即感應器內(nèi)徑稍大于需淬火表面直徑，則感應器必須現(xiàn)場制作，十分麻煩，而且工件淬火必須損壞感應器才能進行，每一工件的高頻表面淬火必須制作相應的一件感應器，也存在著每一感應器的制作誤差；如感應器內(nèi)徑大于相鄰截面直徑，即大于111mm，則感應器與淬火部位的間距加大了11mm，感應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，一般可適當利用熱傳導的原理，即利用熱量由表面向心部傳導的特性，加大加熱層的厚度。但單純依靠熱傳導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到淬火溫度時，表面溫度已過高，產(chǎn)生表面組織過熱、過燒等缺陷。

（2）淬火工藝方案

為完成此項工件的淬火，專門制作了感應器，加強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，改變傳統(tǒng)感應器制作方式，將感應器制作為半圓形，克服傳統(tǒng)感應器對于該工件高頻淬火的上述難點，既可以實現(xiàn)感應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器脫離進行淬火。在具體的操作實施中，使工件相對于感應器進行同心旋轉(zhuǎn)，達到瞬間對半圓進行加熱，整體上又對全部淬火表面進行加熱的特殊效果（見圖3）。

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。實際加熱過程中，當表面出現(xiàn)超過失磁點的薄層時，和薄層相鄰的內(nèi)部交界處渦流強度就會突然上升，成為加熱速度*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、過燒傾向仍很嚴重。此時，就需要找出電壓、加熱速度等參數(shù)的*佳配置，嚴格加熱過程的控制，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，即在未達到淬火溫度時，暫時停止加熱，使工件表面熱量較多地向內(nèi)傳導，然后再重新開始加熱。這樣相當于增加了熱傳導時間，降低表面向內(nèi)部的溫度梯度，反復進行數(shù)次，表面溫度不致過高而產(chǎn)生過熱、過燒。實現(xiàn)從表面向內(nèi)2.5～4.5mm內(nèi)較均勻的達到淬火溫度的目的。

（3）實際效果

采取改進感應器設計、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)定達到55HRC左右，淬硬層深度3mm以上，使用高頻淬火的方式達到了本適合于中頻淬火的淬硬層深度要求。而且由于感應器的改進，工件可以逐一連續(xù)不斷地進行淬火操作，有效提高了工作效率。

3.需要注意的事項

為保證加工質(zhì)量，需注意下列事項：

（1）設備維護工作極為重要。高頻感應器與工件間距應盡可能小，以減少其電能損耗，*大限度地保證同時加熱的功率需要。

（2）使用紫銅管彎制成螺旋狀是感應器的*常用形式。設計制作此類感應器時，應盡可能使用直徑較大的紫銅管并減少匝數(shù)，以降低感抗，保證加熱效率。

4.結(jié)語

高頻感應淬火是一個復雜的過程，在熱處理中也屬于特殊熱處理范疇，而實現(xiàn)同時加熱則難度更大。在具體操作中，必須綜合考慮設備功率、工作頻率、感應器、熱處理參數(shù)、材料組織轉(zhuǎn)變、淬火介質(zhì)、冷卻方式等因素，達成這些因素的*佳配合，*大限度地發(fā)揮設備潛力，盡可能滿足多品種、小批量工件同時加熱淬火的需要。

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