PDF《高周波热处理》

高周波热处理 (High-frequency induction hardening) 前言 热处?是藉著加热与?却的操作,使?属的组织改变,提升金属本身的机械性质.

热 处?可改善材?的特性,其中特性包括:强?、硬?、韧性、耐疲?性、耐磨耗性、 耐腐蚀性等等. 高周波热处?是指一种?用感应对工件进行加热的热处?,因加热的关系故应用在 n火、回火、正常化、退火、固体熔化、渗碳、熔接等,而一般业界运用於表面硬 化,称为高周波表面淬火,将高周波感应电?,容?集中在工件表面的特性,将表 面急速加热,然后淬火,而达表面硬化. 感应加热原理 感应加热原?是将磁性材料放入变化磁场内,会因电磁感应在物件内产生所谓涡电 ?(eddy current);

如图

1 所示.用此涡电?对工件进行加热. 图1涡电? 如图

2 所示,将?属圆棒放入圆筒形线圈中,对线圈通以高周波电?,则线圈内 侧产生交变磁束,电磁感应在?属棒内产生电动势,此电动势使涡电?产生,又称 感应电?.涡电?的方向和线圈电?之方向相反.因为电?的频?愈高,反向的电 ?愈接近,电阻降低,此称近接效应,这?种反向电?也随著周波?的增高而分别 向表面集中,此称表皮效果(skin effect);

因此可使表面急速加热,工件中心仍保持 低温或因热传导关系使中心温度少量提升,此即?用高周波电?加热的方法. 图2电磁感应现象 涡电?的分布呈指?函?的关系,如图3 所示.设表面及表面下Xcm 处的电?密?为i.及ix,集中於?属圆棒表面层附近的感应电?分布 可表示为: -x/δ |ix=|io.E 电?的穿透深?与周波?f,导磁系?μs, 电阻系?ρ有关,如下式: δ=5.03x103√ρ/(μs.f) (cm) 式中, δ=穿透深?(cm) (penetration depth) ρ=电阻系?(μΩ.cm) f=周波?(Hz, 周/秒) μs=比导磁系? 图3高周波电?的表面加热,影响因素(1)频?,即周波?;

(2)加热时间;

(3)外观尺寸、 形?;

(4)工件最大吸收电?等等. 如图4 表示频率(周波?)400kHz(δ=1.3mm)与20kHz(δ=3.4mm),加热时间6 秒,适当的电?密?使表面温?达900°C 时的硬?(选择高周波电?,以加热时间 6.0s 达成表面温?900°C)分布.频率f(周波?)固定、加热时间延长,使能量传送时 间增加而加热层变大,硬化层也变大. 图4 γ铁周波?变化所致淬火硬?分布的变化 图5 所示是频率f及加热电?固定加热时间变化的硬?分布之变化情形. 加热感应线圈 感应线圈在表面淬火的工件局部感应出高周波电?的线圈,形?如图6 ,通常ψ 5~10mm 铜管制作,将加热物加热,将物件放入此治具管圈中使高周波电??入 管圈. 图6:平面加热时的形态及断面图. A:被加热工件 B:感应子 C:加热层 感应线圈分为单卷管圈(如图2-7)和多卷管圈.加热面积小时,使用单卷管圈,反之, 面情宽长时最好用多卷管圈,?过,管圈长?达直径4 倍以上时,??均匀加热, 原则上宜从一方开始逐步淬火---移动淬火方式. 图7:单卷管圈 多卷管圈如图

8 所示.A.C 为普通的线圈,轴或圆物体的加热,B 四角体加热, D 为pan cake 饼式管圈,用於平面n火;

E用於斜齿?,F 孔内面的加热,G、H、 I 为特殊型的管圈. 图2- 8:多卷管圈 感应线圈管线径约ψ3~8mm,材质为铜,多卷管圈相互间的间隙要小,防止管圈 因振动而接触.管圈与高周波设备的导线为?减少其间的电感,应尽?减少间隙, 提高管圈能?,比较图9 的A 与B,可知B 管圈的加热能??好. 图9结论 各种形?工件作高周波淬火时,淬火影响因素在高周波电?、周波?、?却液及加 热线圈的外型设计.淬火工件外型单纯时线圈的设计容?.?过,汽车引擎零件如: 凸?、曲柄,外型与尺寸复杂就有难度.