高頻機(jī)及感應(yīng)加熱技術(shù)目前對(duì)金屬材料加熱效率最高、速度最快，且低耗環(huán)保。它已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)對(duì)金屬材料的熱加工、熱處理、熱裝配及焊接、熔煉等工藝中。它不但可以對(duì)工件整體加熱，還能對(duì)工件局部的針對(duì)性加熱；可實(shí)現(xiàn)工件的深層透熱，也可只對(duì)其表面、表層集中加熱；不但可對(duì)金屬材料直接加熱，也可對(duì)非金屬材料進(jìn)行間接式加熱。等等。因此，感應(yīng)加熱技術(shù)得到在各行各業(yè)中越來越廣泛的應(yīng)用。
用感應(yīng)電流使工件局部加熱的表面熱處理工藝。這種熱處理工藝常用于表面淬火，也可用于局部退火或回火，有時(shí)也用于整體淬火和回火。20世紀(jì)30年代初，美國、蘇聯(lián)先后開始應(yīng)用感應(yīng)加熱方法對(duì)零件進(jìn)行表面淬火。隨著工業(yè)的發(fā)展,感應(yīng)加熱熱處理技術(shù)不斷改進(jìn),應(yīng)用范圍也不斷擴(kuò)大。
基本原理 將工件放入感應(yīng)器(線圈)內(nèi)，當(dāng)感應(yīng)器中通入一定頻率的交變電流時(shí),周圍即產(chǎn)生交變磁場(chǎng)。交變磁場(chǎng)的電磁感應(yīng)作用使工件內(nèi)產(chǎn)生封閉的感應(yīng)電流──渦流。感應(yīng)電流在工件截面上的分布很不均勻，工件表層電流密度很高，向內(nèi)逐漸減小, 這種現(xiàn)象稱為集膚效應(yīng)。工件表層高密度電流的電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，使表層的溫度升高，即?shí)現(xiàn)表面加熱。電流頻率越高，工件表層與內(nèi)部的電流密度差則越大，加熱層越薄。在加熱層溫度超過鋼的臨界點(diǎn)溫度后迅速冷卻，即可實(shí)現(xiàn)表面淬火。
分類 根據(jù)交變電流的頻率高低，可將感應(yīng)加熱熱處理分為超高頻、高頻、超音頻、中頻、工頻 5類。①超高頻感應(yīng)加熱熱處理所用的電流頻率高達(dá)27兆赫，加熱層極薄，僅約0.15毫米，可用于圓盤鋸等形狀復(fù)雜工件的薄層表面淬火。②高頻感應(yīng)加熱熱處理所用的電流頻率通常為200～300千赫,加熱層深度為0.5～2毫米,可用于齒輪、汽缸套、凸輪、軸等零件的表面淬火。③超音頻感應(yīng)加熱熱處理所用的電流頻率一般為20～30千赫，用超音頻感應(yīng)電流對(duì)小模數(shù)齒輪加熱，加熱層大致沿齒廓分布，粹火后使用性能較好。④中頻感應(yīng)加熱熱處理所用的電流頻率一般為2.5～10千赫,加熱層深度為2～8毫米，多用于大模數(shù)齒輪、直徑較大的軸類和冷軋輥等工件的表面淬火。⑤工頻感應(yīng)加熱熱處理所用的電流頻率為50～60赫，加熱層深度為10～15毫米，可用于大型工件的表面淬火。
特點(diǎn)和應(yīng)用 感應(yīng)加熱的主要優(yōu)點(diǎn)是：①不必整體加熱，工件變形小，電能消耗小。②無公害。③加熱速度快，工件表面氧化脫碳較輕。④表面淬硬層可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，易于控制。⑤加熱設(shè)備可以安裝在機(jī)械加工生產(chǎn)線上，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化，便于管理，且可減少運(yùn)輸，節(jié)約人力，提高生產(chǎn)效率。⑥淬硬層馬氏體組織較細(xì)，硬度、強(qiáng)度、韌性都較高。⑦表面淬火后工件表層有較大壓縮內(nèi)應(yīng)力，工件抗疲勞破斷能力較高。
感應(yīng)加熱熱處理也有一些缺點(diǎn)。與火焰淬火相比，感應(yīng)加熱設(shè)備較復(fù)雜，而且適應(yīng)性較差，對(duì)某些形狀復(fù)雜的工件難以保證質(zhì)量。
感應(yīng)加熱廣泛用于齒輪、軸、曲軸、凸輪、軋輥等工件的表面淬火，目的是提高這些工件的耐磨性和抗疲勞破斷的能力。汽車后半軸采用感應(yīng)加熱表面淬火，設(shè)計(jì)載荷下的疲勞循環(huán)次數(shù)比用調(diào)質(zhì)處理約提高10倍。感應(yīng)加熱表面淬火的工件材料一般為中碳鋼。為適應(yīng)某些工件的特殊需要，已研制出供感應(yīng)加熱表面淬火專用的低淬透性鋼。高碳鋼和鑄鐵制造的工件也可采用感應(yīng)加熱表面淬火。淬冷介質(zhì)常用水或高分子聚合物水溶液。
設(shè)備 感應(yīng)加熱熱處理的設(shè)備主要由電源設(shè)備、淬火機(jī)床和感應(yīng)器組成。 電源設(shè)備的主要作用是輸出頻率適宜的交變電流。高頻電流電源設(shè)備有電子管高頻發(fā)生器和可控硅變頻器兩種。中頻電流電源設(shè)備是發(fā)電機(jī)組。一般電源設(shè)備只能輸出一種頻率的電流,有些設(shè)備可以改變電流頻率,也可以直接用50赫的工頻電流進(jìn)行感應(yīng)加熱。
感應(yīng)加熱設(shè)備的選擇與工件要求的加熱層深度有關(guān)。加熱層深的工件，應(yīng)使用電流頻率較低的電源設(shè)備；加熱層淺的工件，應(yīng)使用電流頻率較高的電源設(shè)備。選擇電源設(shè)備的另一條件是設(shè)備功率。加熱表面面積增大，需要的電源功率相應(yīng)加大。當(dāng)加熱表面面積過大時(shí)或電源功率不足時(shí)，可采用連續(xù)加熱的方法，使工件和感應(yīng)器相對(duì)移動(dòng)，前邊加熱，后邊冷卻。但最好還是對(duì)整個(gè)加熱表面一次加熱。這樣可以利用工件心部余熱使淬硬的表層回火，從而使工藝簡(jiǎn)化，還可節(jié)約電能。
感應(yīng)加熱淬火機(jī)床的主要作用是使工件定位并進(jìn)行必要的運(yùn)動(dòng)。此外還應(yīng)附有提供淬火介質(zhì)的裝置。淬火機(jī)床可分為標(biāo)準(zhǔn)機(jī)床和專用機(jī)床，前者適用于一般工件，后者適用于大量生產(chǎn)的復(fù)雜工件。
進(jìn)行感應(yīng)加熱熱處理時(shí)，為保證熱處理質(zhì)量和提高熱效率，必須根據(jù)工件的形狀和要求，設(shè)計(jì)制造結(jié)構(gòu)適當(dāng)?shù)母袘?yīng)器。常用的感應(yīng)器有外表面加熱感應(yīng)器、內(nèi)孔加熱感應(yīng)器、平面加熱感應(yīng)器、通用型加熱感應(yīng)器、特型加熱感應(yīng)器、單一型加熱感應(yīng)器、復(fù)合型加熱感應(yīng)器，熔煉加熱爐等。
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