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高頻淬火

高頻淬火多數用於工業金屬零件表面淬火，是使工件表面產生一定的感應電流，迅速加熱零件表面，然後迅速淬火的一種金屬熱處理方法。感應加熱設備，即對工件進行感應加熱，以進行表面淬火的設備。感應加熱的原理：工件放到感應器內，感應器一般是輸入中頻或高頻交流電 (1000-300000Hz或更高)的空心銅管。產生交變磁場在工件中產生出同頻率的感應電流，這種感應電流在工件的分佈是不均勻的，在表面強，而在內部很弱，到心部接近於0，利用這個趨膚效應，可使工件表面迅速加熱，在幾秒鐘內表面温度上升到800-1000℃，而心部温度升高很小

中文名: 高頻淬火
外文名: High frequency quenching
用途: 多用於工業金屬零件表面淬火

類型: 金屬熱處理方法
原理: 感應電流集膚效應
分類: 高頻，中頻，工頻
應用: 承受扭轉、彎曲等交變負荷的工件

高頻淬火詞語解釋

感應加熱頻率的選擇：根據熱處理技術要求及加熱深度的要求選擇頻率，頻率越高加熱的深度越淺。

高頻(10KHZ以上)加熱的深度為0.5-2.5mm，一般用於中小型零件的加熱，如小模數齒輪及中小軸類零件等。

中頻(1~10KHZ)加熱深度為2-10mm，一般用於直徑大的軸類和大中模數的齒輪加熱。^[1]

工頻(50HZ)加熱淬硬層深度為10-20mm，一般用於較大尺寸零件的透熱，大直徑零件（直徑&Oslash：300mm以上，如軋輥等）的表面淬火。^[1]

感應加熱淬火表層淬硬層的深度，取決於交流電的頻率，一般是頻率高加熱深度淺，淬硬層深度也就淺。頻率f與加熱深度δ的關係，有如下經驗公式：δ=20/√f(20°C)；δ=500/√f(800°C)。^[1]

式中：f為頻率，單位為Hz；δ為加熱深度，單位為毫米（mm）。^[1]

感應加熱表面淬火具有表面質量好，脆性小，淬火表面不易氧化脱碳，變形小等優點，所以感應加熱設備在金屬表面熱處理中得到了廣泛應用。^[1]

感應加熱設備是產生特定頻率感應電流，進行感應加熱及表面淬火處理的設備。^[1]

高頻淬火基本原理

將工件放在用空心銅管繞成的感應器內，通入中頻或高頻交流電後，在工件表面形成同頻率的的感應電流，將零件表面或局部迅速加熱（幾秒鐘內即可升温800～1000℃，心部仍接近室温）若干秒鐘後迅速立即噴(浸)水冷卻（或噴浸油冷卻）完成浸火工作，使工件表面或局部達到相應的硬度要求。^[1]

高頻淬火主要方法

感應加熱表面淬火（高頻、中頻、工頻），火焰加熱表面淬火，電接觸加熱表面淬火，電解液加熱表面淬火，激光加熱表面淬火，電子束加熱表面淬火。

快速加熱與立即淬火冷卻相結合。^[1]

通過快速加熱使待加工鋼件表面達到淬火温度，不等熱量傳到中心即迅速冷卻，僅使表層淬硬為馬氏體，中心仍為未淬火的原來塑性、韌性較好的退火（或正火及調質）組織。^[1]

高頻淬火頻率選用

室温時感應電流流入工件表層的深度δ（mm）與電流頻率f（HZ）的關係為頻率升高，電流透入深度降低，淬透層降低。^[1]

常用的電流頻率有：

1、高頻加熱：100～500KHZ，常用200～300KHZ，為電子管式高頻加熱，淬硬層深為0.5～2.5mm，適於中小型零件。^[1]

2、中頻加熱：電流頻率為500～10000HZ，常用2500～8000HZ，電源設備為機械式中頻加熱裝置或可控硅中頻發生器。淬硬層深度2～10 mm。適於較大直徑的軸類、中大齒輪等。^[1]

3、工頻加熱：電流頻率為50HZ。採用機械式工頻加熱電源設備，淬硬層深可達10～20mm，適於大直徑工件的表面淬火。^[1]

高頻淬火比較

與普通加熱淬火比較具有：^[2]

1、加熱速度極快，可擴大A體轉變温度範圍，縮短轉變時間。

2、淬火後工件表層可得到極細的隱晶馬氏體，硬度稍高（2～3HRC）。脆性較低及較高疲勞強度。

3、經該工藝處理的工件不易氧化脱碳，甚至有些工件處理後可直接裝配使用。^[2]

4、淬硬層深，易於控制操作，易於實現機械化，自動化。

5、火焰表面加熱淬火^[2]

高頻淬火應用

承受扭轉、彎曲等交變負荷作用的工件，要求表面層承受比心部更高的應力或耐磨性，需對工件表面提出強化要求，適於含碳量We=0.40～0.50%鋼材。^[2]

高頻淬火安全要求

熱處理車間、工段的安全管井應符合國家分佈的有關法規或條例，關設置必要的勞保、消防、急救、環保、通風、照明用品及設備。其車間內一定要制定一套符合標準要求的、更具體的安全操作文件，並在生產中嚴格執行。^[2]

表1 初試工藝及結果

陽壓/kV	陽流/A	柵流/A	加熱時間/s	冷卻介質	淬硬層深度/mm	硬度/HRC	脱碳層深度/mm
11	3	0.6	8	自來水浸淬	3.4-3.9	54	0.15

^[2]

序號	工藝參數	檢測結果
陽壓/kV	陽流/A	柵流/A	加熱時間/s	冷卻介質	淬硬層深度/mm	硬度/HRC	脱碳層深度/mm	裂紋
1	11.0	2.4	0.50	自來水浸淬	7.0	32-38	54	0.120	發現幾條細小裂紋
2	10.5	2.4	0.40	自來水浸淬	6.5	32-37	55	0.100	存在
3	10.5	2.2	0.35	自來水浸淬	5.5	28-33	55	0.030	存在
4	10.5	2.2	0.35	自來水浸淬	5.0	25-31	55	0.005	存在