高、中频感应淬火炉的工程设计方法

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1、高、中频感应加热淬火炉的工程设计方法田志明张利元王玉摘要：木文主要论述了电磁感应加热在金属零件淬火热处理中的应用,叙述了零件感应淬火的工程规范，整个设备特别是高频电源的工程设计方法,对高频电源加热装置主要的元器件利负载进线了一定的论述。关键词：感应加热淬火高频电源金属热处理1引言高、中频感应加热电源装置多川于机器金属零部件的热处理，大量应用于汽车和其它机器制造业。实践衣明，感应热处理是最经济、最节能的热处理方法。《金属热处理》杂志1987年就报导了我国某地区单项热处理工序能耗综合测定结果：在13项各种热处理工艺的耗

2、能数值比较后，高中频感应淬火耗能数值低到2~20倍。在热处理生产中能耗占可变成木的80%,因此感应热处理节能的经济效杲是十分显著的。感应热处理加热速度快，能获得细化或超细化的奥氏体晶粒。感应加热的零件升温速度可以达到200°C/s,甚至更高，因此其奥氏体晶粒更为细小。淬火后得到细致的马氏体组织,再经回火得到高度弥散的冋火组织，由于晶界的强化作用，使零件的强度与韧性得到提高。感应加热表血淬火的零件，由丁•淬火层中马氏体比容增大，能形成相当大的残余压应力,其最大值可达539〜784MPa,实践证明零件的疲劳强度与其表面

3、压应力值有明显的对应关系，即压应力大，疲劳强度和疲劳寿命提高。感应加热金属零部件淬火处理目的是增加其表而映度，原理是：把工频电能转化为高频交变电流，并输入线圈中，在线圈内部及周围产生一个交变磁场，置于线圈内部的金属工件就被交变磁场的磁力线所切割，于是在铁磁材料的工件上产生感应电动势E,并在电动势作川下零件内出现涡流，涡流强度表而最人，由理论计算得知，电流透入深度层内所发生的热量占涡流发热总量的86.5%ortl表血向心部按指数曲线衰减，这就是表血层被淬火热处理的过程。图1感应淬火装置图a)轴承淬火b)齿轮淬火c)工

4、件淬火图2工件淬火照片2感应热处理工艺规范感应热处理工艺规范制定包括：频率选择，加热方法和加热功率的确定，加热时间或连续淬火移动速度的选择，冷却介质和冷却参数的选择等。这里主要说明频率和功率的选择方法。(1)电流频率的选择电流的频率决定加热透入深度，工件的加热方式、淬火质量和感应器设计。不同频率的电流在钢中的透入深度是不同的，频率越高电流透入深度越浅，频率越低透入深度越深。具体参考表1表1各种频率的电流热透入深度(钢)频段咼频超咅频中频孵(Hz)500-800300〜500200〜300100〜20030-4084

5、2.51透热深度(mm)0.7-0.560.9~0.71.1-0.90.7-0.52.9~2.55.60.791015.8表2各种駛化层深度所盂的电流频率(钢)透热深度(mm)11.5234568最高频率(kHz)25011062.52715.61073.9最低频率(kHz)156.73.751.70.940.60.420.23绘佳频率(kHz)6027156.73.82.41.70.94为保证良好的感应加热表血淬火质量，一般是硬化层Ds小于电流透热深度A800.c,常选n-as~2800°c圆柱形零件表而淬火时，

6、硬化层Ds与频率f之间的关系可用下而的公式计算：最高频率/250000JmaxV报低频率15000Jmax>£j2<60000Jmax—式中Ds碾化层深度(mm)。除此Z外，零件直径、唤化层深度和电流频率也有关系。表3零件直径、硬化层深度和电流频率关系(钢)硬化层深度零件直径电流频率(kHz)(mm)(mm)1.03.01020-200>2000・4~136〜25好好1.3-2.511-16■1'好好16-25中好好好25-51好■1'中>51中好好差2.6-5.119-51好好差差50-100好好中>100好中差

7、(1)功率密度与加热淬火的最人面积比功率亦称功率密度，是感应加热表面淬火的一个重要参数。它表示单位时间向零件讥位加热而积上输送能量的大小，即，kW/cm在同一频率条件下，功率密度的大小决定了感应加热速度的快慢。在合适的功率密度情况下，零件才能实现表层加热和快速加热。它对硬化层形成的影响，有时超过频率的影响。物理意义指lcn?的钢由20°C缓慢加热到900〜950°C奥氏体转变温度所需要的热量为5.667kJo对应所需功率£)=乞严(kW/cm^)o实际加热时，零件功率密度有个效率问题，即，£)=PiWh(kW/c

8、m2),Sl.式中匚-功率表指示值；◎•-淬火变压器效率,一般取0.8；77乂-淬火感应器效率，一般取0.8。上式可以得到变频电源设备额定功率和同时加热淬火和连续加热淬火的最人面积Z间的关系为:变频电源的额定功率(kW)；人简-功率密度的最小值(kW/cm，)。(2)时间与速度加热淬火时，加热时间一般为2~6秒就完成了相变过程，升温速度为150〜5(X)°C