超音頻感應(yīng)加熱淬火

超音頻感應(yīng)加熱淬火工藝是為了解決上述各類工件沿齒廓表面具有合理淬硬層分布的問題，對GP-100-C1型高頻加熱設(shè)備(工頻100kW、頻率200~250kH2) 進(jìn)行改裝，制成工作頻率為50~65kHz的超音頻發(fā)生裝置，并在模數(shù)為3~5mm的45鋼制齒輪、20CrMnTi鋼滲碳齒輪及鏈輪、45鋼制花鍵軸(φ50mmXφ40mmx6mm)、QT600-3 及45 鋼制凸輪和φ67mm、QT600-3 曲軸、φ12mm手扶拖拉機(jī)撥又軸等零件上進(jìn)行了試驗(yàn)，獲得了良好的淬硬層分布。

對機(jī)床導(dǎo)軌的淬火結(jié)果還指出，在與高頻淬火工藝參數(shù)相近的情況下，超音頻感應(yīng)加熱淬火生產(chǎn)效率高(約達(dá)70%)、淬硬層深以及變形較小。

此外，超音頻(30~40kHz) 的頻率，比射頻(≥100kHz) 低，比音頻(≤20kHz) 稍高，對人體基本無輻射危害，也不至于干擾周圍的無線電裝置，可不必采取設(shè)備的屏蔽措施。

淬火工藝在現(xiàn)代機(jī)械制造工業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。機(jī)械中重要零件，尤其在汽車、飛機(jī)、火箭中應(yīng)用的鋼件幾乎都經(jīng)過淬火處理。為滿足各種零件千差萬別的技術(shù)要求，發(fā)展了各種淬火工藝。如，按接受處理的部位，有整體、局部淬火和表面淬火；按加熱時相變是否完全，有完全淬火和不完全淬火（對于亞共析鋼，該法又稱亞臨界淬火）；按冷卻時相變的內(nèi)容，有分級淬火，等溫淬火和欠速淬火等。

此外，由于次貨方法各有其特點(diǎn)及局限性，故均在一定條件下獲得應(yīng)用，其中應(yīng)用最普遍的是感應(yīng)加熱表面淬火及火焰淬火。激光束加熱和電子束加熱是目前迅速發(fā)展著的高能密度加熱淬火方法，由于其有一些其它加熱方法所沒有的特點(diǎn)，因而正為人們所矚目。

表面淬火廣泛應(yīng)用于中碳調(diào)質(zhì)鋼或球墨鑄鐵制的機(jī)器零件。因?yàn)橹刑颊{(diào)質(zhì)鋼經(jīng)過預(yù)先處理（調(diào)質(zhì)或正火）以后，再進(jìn)行表面淬火，既可以保持心部有較高的綜合機(jī)械性能，又可使表面具有較高的硬度（>HRC 50）和耐磨性。例如機(jī)床主軸、齒輪、柴油機(jī)曲軸、凸輪軸等?；w相當(dāng)于中碳鋼成分的珠光體鐵素體基的灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、合金鑄鐵等原則上均可進(jìn)行表面淬火，而以球墨鑄鐵的工藝性能為最好，且又有較高的綜合機(jī)械性能，所以應(yīng)用最廣。

高碳鋼表面淬火后，盡管表面硬度和耐磨性提高了，但心部的塑性及韌性較低，因此高碳鋼的表面淬火主要用于承受較小沖擊和交變載荷下工作的工具、量具及高冷硬軋輥。

由于低碳鋼表面淬火后強(qiáng)化效果不顯著，故很少應(yīng)用。 2100433B

包括加熱、保溫、冷卻3個階段。下面以鋼的淬火為例，介紹上述三個階段工藝參數(shù)選擇的原則。

淬火淬火加熱溫度

以鋼的相變臨界點(diǎn)為依據(jù)，加熱淬火時要形成細(xì)小、均勻奧氏體晶粒，淬火后獲得細(xì)小馬氏體組織。碳素鋼的淬火加熱溫度范圍如圖《淬火加熱溫度》所示，由本圖示出的淬火溫度選擇原則也適用于大多數(shù)合金鋼，尤其低合金鋼。亞共析鋼加熱溫度為Ac₃溫度以上30～50℃。從《淬火加熱溫度》圖中可以看出高溫下鋼的狀態(tài)處在單相奧氏體（A）區(qū)內(nèi)，故稱為完全淬火。如亞共析鋼加熱溫度高于Ac₁、低于Ac₃溫度，則高溫下部分先共析鐵素體未完全轉(zhuǎn)變成奧氏體，即為不完全（或亞臨界）淬火。過共析鋼淬火溫度為Ac₁溫度以上30～50℃，這溫度范圍處于奧氏體與滲碳體（A C）雙相區(qū)。因而過共析鋼的正常的淬火仍屬不完全淬火，淬火后得到馬氏體基體上分布滲碳體的組織。這-組織狀態(tài)具有高硬度和高耐磨性。對于過共析鋼，若加熱溫度過高，先共析滲碳體溶解過多，甚至完全溶解，則奧氏體晶粒將發(fā)生長大，奧氏體碳含量也增加。淬火后，粗大馬氏體組織使鋼件淬火態(tài)微區(qū)內(nèi)應(yīng)力增加，微裂紋增多，零件的變形和開裂傾向增加；由于奧氏體碳濃度高，馬氏體點(diǎn)下降，殘留奧氏體量增加，使工件的硬度和耐磨性降低。常用鋼種淬火的溫度如圖《淬火加熱溫度》所示，表為常用鋼種淬火的加熱溫度。

實(shí)際生產(chǎn)中，加熱溫度的選擇要根據(jù)具體情況加以調(diào)整。如亞共析鋼中碳含量為下限，當(dāng)裝爐量較多，欲增加零件淬硬層深度等時可選用溫度上限；若工件形狀復(fù)雜，變形要求嚴(yán)格等要采用溫度下限。

淬火淬火保溫

淬火保溫時間 由設(shè)備加熱方式、零件尺寸、鋼的成分、裝爐量和設(shè)備功率等多種因素確定。對整體淬火而言，保溫的目的是使工件內(nèi)部溫度均勻趨于一致。對各類淬火，其保溫時間最終取決于在要求淬火的區(qū)域獲得良好的淬火加熱組織。加熱與保溫是影響淬火質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，奧氏體化獲得的組織狀態(tài)直接影響淬火后的性能。一般鋼件奧氏體晶?？刂圃?～8級。

淬火淬火冷卻

要使鋼中高溫相——奧氏體在冷卻過程中轉(zhuǎn)變成低溫亞穩(wěn)相——馬氏體，冷卻速度必須大于鋼的臨界冷卻速度。工件在冷卻過程中，表面與心部的冷卻速度有-定差異，如果這種差異足夠大，則可能造成大于臨界冷卻速度部分轉(zhuǎn)變成馬氏體，而小于臨界冷卻速度的心部不能轉(zhuǎn)變成馬氏體的情況。為保證整個截面上都轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體需要選用冷卻能力足夠強(qiáng)的淬火介質(zhì)，以保證工件心部有足夠高的冷卻速度。但是冷卻速度大，工件內(nèi)部由于熱脹冷縮不均勻造成內(nèi)應(yīng)力，可能使工件變形或開裂。因而要考慮上述兩種矛盾因素，合理選擇淬火介質(zhì)和冷卻方式。

冷卻階段不僅零件獲得合理的組織，達(dá)到所需要的性能，而且要保持零件的尺寸和形狀精度，是淬火工藝過程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

淬火工件硬度

淬火工件的硬度影響了淬火的效果。淬火工件一般采用洛氏硬度計測定其HRC值。淬火的薄硬鋼板和表面淬火工件可測定HRA值，而厚度小于0.8mm的淬火鋼板、淺層表面淬火工件和直徑小于5mm的淬火鋼棒，可改用表面洛氏硬度計測定其HRC值。

在焊接中碳鋼和某些合金鋼時，熱影響區(qū)中可能發(fā)生淬火現(xiàn)象而變硬，易形成冷裂紋，這是在焊接過程中要設(shè)法防止的。

由于淬火后金屬硬而脆，產(chǎn)生的表面殘余應(yīng)力會造成冷裂紋，回火可作為在不影響硬度的基礎(chǔ)上，消除冷裂紋的手段之一。

淬火對厚度、直徑較小的零件使用比較合適，對于過大的零件，淬火深度不夠，滲碳也存在同樣問題，此時應(yīng)考慮在鋼材中加入鉻等合金來增加強(qiáng)度。

淬火是鋼鐵材料強(qiáng)化的基本手段之一。鋼中馬氏體是鐵基固溶體組織中最硬的相，故鋼件淬火可以獲得高硬度、高強(qiáng)度。但是，馬氏體的脆性很大，加之淬火后鋼件內(nèi)部有較大的淬火內(nèi)應(yīng)力，因而不宜直接應(yīng)用，必須進(jìn)行回火。