不同熱處理工藝比較
比較滲碳淬火、單頻感應(yīng)淬火和同步雙頻感應(yīng)淬火三種常用的熱處理工藝。
氣體滲碳法是將工件放入密閉的滲碳爐內(nèi),使工件在920℃高溫的滲碳?xì)夥罩袧B碳,然后再進行淬火處理。滲碳淬火熱處理時間相對較長,故其變形量相對較大,成本較高,高頻熱處理感應(yīng)器,且不適用于局部淬火,靈活性差。
圖7 滲碳爐
單頻感應(yīng)淬火即為普通感應(yīng)淬火,變形量小,加熱效率高,適合局部淬火,但對于表面凹凸的仿形工件,加熱不均勻,無法得到均勻的硬化層。
圖8 齒輪單頻淬火
圖9 齒輪雙頻加熱
同步雙頻感應(yīng)淬火是在工件表面同時感應(yīng)雙頻渦流,加熱到淬火溫度,然后急速冷卻,獲得所需性能。同步雙頻適用范圍比單頻淬火更廣,變形量小,2Cr熱處理高頻淬火,加熱時間極短,生產(chǎn)效率高,適合局部淬火和仿形淬火,適合批量化、流水化作業(yè)。
國外公司試驗參數(shù)
試驗齒輪為圓柱齒輪m=2,Z=36,全齒高4.7mm,齒寬20mm。
表2 齒輪三種不同的試驗工藝參數(shù)
中頻感應(yīng)加熱處理
同步雙頻感應(yīng)加熱技術(shù)在淬火中的應(yīng)用
為了解決單頻率感應(yīng)加熱再處理類似齒輪等復(fù)雜表面硬化過程中的困惑,通過不斷的探索和試驗,逐漸出現(xiàn)了同步雙頻感應(yīng)加熱技術(shù)。這是一種真真意義上的齒輪便面感應(yīng)淬火技術(shù)。近年來,國外的同步雙頻感應(yīng)加熱技發(fā)展迅速,已廣泛應(yīng)用于汽車及航空工業(yè)領(lǐng)域類似齒輪等復(fù)雜表面工件的熱處理當(dāng)中。同步雙頻感應(yīng)加熱技術(shù)就是在一個感應(yīng)線圈上同時使用兩種不同頻率(高頻和中頻)對一個工件進行熱處理。同步雙頻感應(yīng)加熱電源包括正常功率輸出的一個HF(高頻)和一個MF(中頻)電源,高頻熱處理,采用IGBT技術(shù),在中頻震蕩基礎(chǔ)上疊加高頻震蕩。
熱輻射P2=Aeσ(T14-T24),其中,A1是工件表面積,e 是工件表面輻射率,σ是斯潘特-玻爾茲曼常數(shù),T1和T2分別為工件和環(huán)境溫度,單位為K式溫度(K 式溫度為溫度273.15 攝氏度)。在200攝氏度到595攝氏度區(qū)間,鋼的輻射率為0.8。
線圈損耗P3就是線圈上的損耗。這個損耗可以通過減少感應(yīng)圈的電阻來減少。比如,采用高純度的銅管或是超導(dǎo)材料。這個損耗會導(dǎo)致感應(yīng)器發(fā)熱,必須進行冷卻。
電源功率P=(P1 P二* P3)*n,n為加熱效率,不同的材質(zhì)加熱效率不同。如鋼的加熱效率約為0.6。
(2)頻率計算
工作頻率的選取對透熱的均勻性和節(jié)能都有非常重要的意義。在選擇合適的工作頻率時,首先需要了解穿透深度的概念。
穿透深度指的是,大約86%的能量集中的深度。
d=50300
其中,d是穿透深度,單位是c;P1為工作溫度下的感應(yīng)器電阻率,單位為Ω? cm;f 為工作頻率,單位為Hz;u1為感應(yīng)圈的相對磁導(dǎo)率,二手高頻熱處理設(shè)備,無單位。
需要注意的是,由于電阻率和導(dǎo)磁率的變化,穿透深度隨著溫度的變化而變化。通常電阻率是正溫度系數(shù),也就是說,電阻率隨著溫度的上升而增大,所以,穿透深度會變深。對于非導(dǎo)磁體材料,穿透深度通常會變深2-3 倍。對于導(dǎo)磁體,可能隨著溫度的升高導(dǎo)致失磁,比如鐵在居里點770 度左右,導(dǎo)磁率會很快下降到1,穿透深度會增加20 倍左右。
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