不同热处理工艺比较
比较渗碳淬火、单频感应淬火和同步双频感应淬火三种常用的热处理工艺。
气体渗碳法是将工件放入密闭的渗碳炉内,使工件在920℃高温的渗碳气氛中渗碳,然后再进行淬火处理。渗碳淬火热处理时间相对较长,故其变形量相对较大,成本较高,高频热处理感应器,且不适用于局部淬火,灵活性差。
图7 渗碳炉
单频感应淬火即为普通感应淬火,变形量小,加热效率高,适合局部淬火,但对于表面凹凸的仿形工件,加热不均匀,无法得到均匀的硬化层。
图8 齿轮单频淬火
图9 齿轮双频加热
同步双频感应淬火是在工件表面同时感应双频涡流,加热到淬火温度,然后急速冷却,获得所需性能。同步双频适用范围比单频淬火更广,变形量小,2Cr热处理高频淬火,加热时间极短,生产效率高,适合局部淬火和仿形淬火,适合批量化、流水化作业。
国外公司试验参数
试验齿轮为圆柱齿轮m=2,Z=36,全齿高4.7mm,齿宽20mm。
表2 齿轮三种不同的试验工艺参数
中频感应加热处理
同步双频感应加热技术在淬火中的应用
为了解决单频率感应加热再处理类似齿轮等复杂表面硬化过程中的困惑,通过不断的探索和试验,逐渐出现了同步双频感应加热技术。这是一种真真意义上的齿轮便面感应淬火技术。近年来,国外的同步双频感应加热技发展迅速,已广泛应用于汽车及航空工业领域类似齿轮等复杂表面工件的热处理当中。同步双频感应加热技术就是在一个感应线圈上同时使用两种不同频率(高频和中频)对一个工件进行热处理。同步双频感应加热电源包括正常功率输出的一个HF(高频)和一个MF(中频)电源,高频热处理,采用IGBT技术,在中频震荡基础上叠加高频震荡。
热辐射P2=Aeσ(T14-T24),其中,A1是工件表面积,e 是工件表面辐射率,σ是斯潘特-玻尔兹曼常数,T1和T2分别为工件和环境温度,单位为K式温度(K 式温度为温度273.15 摄氏度)。在200摄氏度到595摄氏度区间,钢的辐射率为0.8。
线圈损耗P3就是线圈上的损耗。这个损耗可以通过减少感应圈的电阻来减少。比如,采用高纯度的铜管或是超导材料。这个损耗会导致感应器发热,必须进行冷却。
电源功率P=(P1 P二* P3)*n,n为加热效率,不同的材质加热效率不同。如钢的加热效率约为0.6。
(2)频率计算
工作频率的选取对透热的均匀性和节能都有非常重要的意义。在选择合适的工作频率时,首先需要了解穿透深度的概念。
穿透深度指的是,大约86%的能量集中的深度。
d=50300
其中,d是穿透深度,单位是c;P1为工作温度下的感应器电阻率,单位为Ω? cm;f 为工作频率,单位为Hz;u1为感应圈的相对磁导率,二手高频热处理设备,无单位。
需要注意的是,由于电阻率和导磁率的变化,穿透深度随着温度的变化而变化。通常电阻率是正温度系数,也就是说,电阻率随着温度的上升而增大,所以,穿透深度会变深。对于非导磁体材料,穿透深度通常会变深2-3 倍。对于导磁体,可能随着温度的升高导致失磁,比如铁在居里点770 度左右,导磁率会很快下降到1,穿透深度会增加20 倍左右。
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