40cr感應(yīng)淬火畢業(yè)論文

1、<p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中文摘要</p><p>　　隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展對(duì)模具工業(yè)提出了越來(lái)越高的要求，因而模具材料選擇及其熱處理工藝的選擇已在模具制造業(yè)中引起廣泛的重視。模具熱處理是保證模具性能的重要工藝過(guò)程。它對(duì)模具的制造精度，模具的強(qiáng)度， 模具的制造成本，模具的工作壽命有著直接的影響。本文在分析模具材料和40Cr鋼熱處理及金相實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，根據(jù)模具的選材條件、試樣的材料性質(zhì)，以及40Cr的熱

2、處理工藝和金相組織綜合分析，根據(jù)實(shí)際制訂出合理的熱處理工藝，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)得出數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。這樣,能使模具達(dá)到良好的使用性能和壽命要求的。同時(shí)，滿足經(jīng)濟(jì)性要求，降低成本。</p><p>　　關(guān)鍵詞：模具材料；熱處理；熱處理工藝；金相組織； </p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）英文摘要</p><p><b>　　Abstract:</b><

3、;/p><p>　　With China's rapid economic development of the mold industry has ever-increasing demands, which mold material selection and heat treatment process of choice has been in the mold manufacturing indu

4、stry has aroused widespread attention. Die die heat treatment is to ensure that the important properties of the process. Its manufacture of precision molds, mold strength, the manufacturing cost of mold, mold of his work

5、ing life has a direct impact. Based on the analysis of mold materials and heat treat</p><p>　　Key words: mold material; heat treatment; heat treatment process; microstructure;</p><p><b>　　

6、目錄</b></p><p>　　第一章 緒 論- 4 -</p><p>　　1.1 模具制造概況- 4 -</p><p>　　1.2我國(guó)模具的發(fā)展與現(xiàn)狀- 5 -</p><p>　　1.2.1 我國(guó)模具的發(fā)展- 5 -</p><p>　　1.2.2我國(guó)模具制造業(yè)現(xiàn)狀概況-

7、 5 -</p><p>　　1.3 模具選材- 6 -</p><p>　　1.3.1滿足工作條件要求- 6 -</p><p>　　1.4、合金元素對(duì)鋼性能的影響- 8 -</p><p>　　1.5 實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙饬x- 11 -</p><p>　　1.5.1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 11 -</p>

8、<p>　　1.6 研究方案技術(shù)路線- 13 -</p><p>　　第二章 40Cr感應(yīng)淬火工藝參數(shù)</p><p>　　2.1 服役條件- 15 -</p><p>　　2.1.1曲軸服役條件和性能指標(biāo)- 15 -</p><p>　　2.2 技術(shù)要求- 15 -</p><p>

9、;　　2.2.1 調(diào)質(zhì)技術(shù)要求- 15 -</p><p>　　2.3 試樣40cr</p><p>　　2.3.1.40Cr鋼的物理性能- 16 -</p><p>　　2.3.2.40Cr鋼的化學(xué)成分- 17 -</p><p>　　2.3.3.40Cr鋼的調(diào)質(zhì)處理- 18 -</p><p>　　第三章

10、 40Cr感應(yīng)淬火工藝- 24 -</p><p>　　3.1 感應(yīng)加熱淬火工藝概述- 24 -</p><p>　　3.1.1 主電路的主要設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)- 28 -</p><p>　　3.2 感應(yīng)加熱淬火技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)與不足- 29 -</p><p>　　3.3感應(yīng)加熱電源技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)- 34 -</p>&

11、lt;p>　　3.4 感應(yīng)加熱淬火技術(shù)的發(fā)展方向- 34 -</p><p>　　3.4.1 感應(yīng)加熱淬火技術(shù)的發(fā)展- 34 -</p><p>　　3.4.2 新型感應(yīng)加熱淬火技術(shù)- 35 -</p><p>　　3.5 感應(yīng)加熱淬火技術(shù)常見質(zhì)量問(wèn)題及產(chǎn)生原因- 38 -</p><p>　　第四章 40Cr鋼的金相實(shí)驗(yàn)

12、- 43 -</p><p>　　4.1、金相試樣的制備- 43 -</p><p>　　4.2 組織觀察分析- 45 -</p><p>　　第五章 熱處理實(shí)驗(yàn)總結(jié)47</p><p>　　5.1、熱處理實(shí)驗(yàn)總結(jié)- 47 -</p><p>　　5.1.1、鋼在淬火時(shí)的組織轉(zhuǎn)變- 47 -</p&

13、gt;<p>　　5.1.2、鋼在回火時(shí)的組織轉(zhuǎn)變- 48 -</p><p>　　5.2、合金元素對(duì)鋼的影響分析- 52 -</p><p>　　5.2.1、合金元素在鋼中的作用- 52 -</p><p>　　5.2.2、合金元素對(duì)鋼熱處理組織轉(zhuǎn)變分析- 53 -</p><p>　　總 結(jié) …………………

14、…………………………………………………- 53 -</p><p>　　謝 詞 ……………………………………………………………………- 53 -</p><p>　　參考文獻(xiàn) ……………………………………………………………………- 53 -</p><p>　　第一章 緒 論</p><p>　　1.1 模具制造

15、概況</p><p>　　在現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)中，模具工業(yè)已成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)中一個(gè)非常重要的行業(yè)，它已成為衡量一個(gè)國(guó)家產(chǎn)品制造水平高低的一個(gè)重要標(biāo)志。模具技術(shù)水平的高低，是衡量制造業(yè)水平高低的重要標(biāo)志。在日本，模具被稱為“進(jìn)入富裕社會(huì)的原動(dòng)力”；在德國(guó)，模具則被稱為“金屬加工業(yè)中的帝王”。模具所形成的最終商品的產(chǎn)值是模具自身產(chǎn)值的上百倍。用模具生產(chǎn)制件所表現(xiàn)出來(lái)的高精度、高復(fù)雜程度、高一致性、高生產(chǎn)率和低消耗，是其他加工

16、制造方法所不能比擬的。因而，模具又被稱為“效益放大器”。有人還把模具比作“印鈔機(jī)”。隨著我國(guó)加入WTO，我國(guó)模具工業(yè)的發(fā)展將面臨新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。</p><p>　　1.2我國(guó)模具的發(fā)展與現(xiàn)狀</p><p>　　1.2.1 我國(guó)模具的發(fā)展</p><p>　　我國(guó)考古發(fā)現(xiàn)，早在2000多年前，我國(guó)已有沖壓模具被用于制造銅器，證明了中國(guó)古代沖壓成型和沖壓模具方面的成

17、就就在世界領(lǐng)先。1953年，長(zhǎng)春第一汽車制造廠在中國(guó)首次建立了沖模車間，該廠于1958年開始制造汽車覆蓋件模具。我國(guó)于20世紀(jì)60年代開始生產(chǎn)精沖模具。在走過(guò)了溫長(zhǎng)的發(fā)展道路之后，目前我國(guó)已形成了300多億元（未包括港、澳、臺(tái)的統(tǒng)計(jì)數(shù)字，下同。）各類沖壓模具的生產(chǎn)能力。</p><p>　　1.2.2我國(guó)模具制造業(yè)現(xiàn)狀概況</p><p>　　中國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展對(duì)模具工業(yè)提出了越來(lái)越高的要

18、求，也為其發(fā)展提供了巨大的動(dòng)力。近10年來(lái)，中國(guó)模具工業(yè)的一直以每年15%左右的增長(zhǎng)速度快速發(fā)展。 目前，中國(guó)約有模具生產(chǎn)廠點(diǎn)2萬(wàn)余家，從業(yè)人員有50多萬(wàn)人，全年模具產(chǎn)值達(dá)534億元人民幣。近年來(lái)，模具行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整步伐加快，主要表現(xiàn)為大型、精密、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命模具和模具標(biāo)準(zhǔn)件發(fā)展速度高于行業(yè)的總體發(fā)展速度；塑料模和壓鑄模比例增大；面向市場(chǎng)的專業(yè)模具廠家數(shù)量及能力增加較快。隨著經(jīng)濟(jì)體制改革的不斷深入，“三資”及民營(yíng)企業(yè)的發(fā)展很快。

19、 中國(guó)模具工業(yè)的發(fā)展在地域分布上存在不平衡性，東南沿海地區(qū)發(fā)展快于中西部地區(qū)，南方的發(fā)展快于北方。模具生產(chǎn)最集中的地區(qū)在珠江三角和長(zhǎng)江三角地區(qū)，其模具產(chǎn)值約占全國(guó)產(chǎn)值的三分之二以上。</p><p><b>　　1.3 模具選材</b></p><p>　　1.3.1滿足工作條件要求 　 1．耐磨性 ：坯料在模具型腔中塑性變性時(shí)，沿型腔表面既流動(dòng)又滑動(dòng)，使型腔表

20、面與坯料間產(chǎn)生劇烈的摩擦，從而導(dǎo)致模具因磨損而失效。所以材料的耐磨性是模具最基本、最重要的性能之一。 硬度是影響耐磨性的主要因素。一般情況下，模具零件的硬度越高，磨損量越小，耐磨性也越好。另外，耐磨性還與材料中碳化物的種類、數(shù)量、形態(tài)、大小及分布有關(guān)。 　 2．強(qiáng)韌性 ：模具的工作條件大多十分惡劣，有些常承受較大的沖擊負(fù)荷，從而導(dǎo)致脆性斷裂。為防止模具零件在工作時(shí)突然脆斷，模具要具有較高的強(qiáng)度和韌性。 模具的韌性主要取決于材料的含碳

21、量、晶粒度及組織狀態(tài)。 　 3．疲勞斷裂性能 ：模具工作過(guò)程中，在循環(huán)應(yīng)力的長(zhǎng)期作用下，往往導(dǎo)致疲勞斷裂。其形式有小能量多次沖擊疲勞斷裂、拉伸疲勞斷裂接觸疲勞斷裂及彎曲疲勞斷裂?！?4．高溫性能 ：當(dāng)模具的工作溫度較高進(jìn)，會(huì)使硬度和強(qiáng)度下降，導(dǎo)致模具早期磨損或產(chǎn)生塑性變形而失效。因此，模具材料應(yīng)具有較高的抗回火穩(wěn)定性，以保證模具在工作溫度下，具有較高的硬度和強(qiáng)度。 　　5．耐冷熱疲勞性能 ：有些模具在工作過(guò)程中處于反復(fù)加熱和冷

22、卻的狀態(tài)，</p><p>　　1.4、合金元素對(duì)鋼性能的影響</p><p>　　在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，含合金元素的鋼已被廣泛的采用，這是因?yàn)樗麄儾坏休^好的物理、化學(xué)性質(zhì)，更重要的是它的機(jī)械性能也大為改善，特別是強(qiáng)度、韌度等有顯著的增加。而且它具有優(yōu)越的熱處理性能；同時(shí)，熱處理能十分顯著的改善和加強(qiáng)他的機(jī)械性能。因此，我們必須詳細(xì)的了解各個(gè)合金元素對(duì)鋼在熱處理時(shí)的影響?，F(xiàn)將本實(shí)驗(yàn)試樣40

23、Cr（化學(xué)成分見下表1-1）各個(gè)元素對(duì)鋼在熱處理時(shí)的影響分述如下：</p><p>　　40Cr鋼的化學(xué)成分（GB/T3077-1999）ω/%</p><p>　　表1-1 40Cr鋼的化學(xué)成分</p><p>　?。ㄒ唬?碳（C）的影響從鐵碳平衡圖中，我們能清楚的看到，鋼隨著含碳量的增加，鋼的基本組織不同，而且在加熱與冷卻時(shí)，組織轉(zhuǎn)變的溫度也不相同。純鐵在加熱

24、與冷卻過(guò)程中，僅發(fā)生晶格的變化（同素異形轉(zhuǎn)變）。所以熱處理時(shí)其機(jī)械性能幾乎不發(fā)生影響。但是隨著含碳量的增加，熱處理將發(fā)生顯著地作用。如亞共析鋼隨著含金量的增高，淬火后強(qiáng)度、硬度都有顯著提高；同時(shí)含碳量的多少也確定了鋼的熱處理工藝。例如亞共析鋼隨著含碳量的增加，它的A3逐漸降低，因而退火、正火、淬火的加熱溫度都隨之降低。而過(guò)共析鋼的正火溫度隨著含碳量的增高而增高，但淬火溫度都是在Ac1以上30-50攝氏度。而且隨著鋼中含碳量的增加，淬透性

25、也有所提高，工件淬火后引起的變形也就越大，增加淬火時(shí)的困難；同時(shí)含碳量增加，使馬氏體點(diǎn)下降殘余奧氏體的數(shù)量增加。如低碳鋼淬火后幾乎不含殘余奧氏體，而高碳鋼則含大量殘余奧氏體。（二） 鉻（Cr）的影響 鉻為碳化物形成元素。它能顯著提高強(qiáng)度、硬度和耐磨性，但同時(shí)降低塑性和韌性；阻止晶粒長(zhǎng)大，增加鋼的淬透性，降低鋼的臨界冷卻速度。因而，使鋼在熱處理時(shí)，退火、正火、淬火的加熱溫度與所提高。并使它在油中便能</p><

26、;p>　　（六）硫（S）的影響</p><p>　　硫在通常情況下也是有害元素。使鋼產(chǎn)生熱脆性，降低鋼的延展性和韌性，在鍛造和軋制時(shí)造成裂紋。硫?qū)附有阅芤膊焕?，降低耐腐蝕性。所以通常要求硫含量小于0.055%，優(yōu)質(zhì)鋼要求小于0.040%。在鋼中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常稱易切削鋼。 </p><p>　　(七) 銅(Cu)和硼

27、(B)的影響（1） 銅在合金鋼中，使鋼的Ac3下降，即使熱處理的加熱度降低；銅還能增加鋼的淬透性和增加鋼的強(qiáng)度。硼為鋼中的微量元素，一般僅在0.001-0.005%之間，它能增加鋼的淬透性，提高鋼的熱處理溫度，而且能提高鋼的強(qiáng)度與硬度。</p><p>　　1.5 實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙饬x</p><p>　　1.5.1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?lt;/p><p>　　1、熟悉鋼的常用熱處

28、理方法及工藝要點(diǎn)；</p><p>　　2、掌握使用熱處理的各種器材儀器；</p><p>　　3、在淬火溫度及變量相同的情況下回火溫度對(duì)硬度的影響；</p><p>　　4、認(rèn)識(shí)合金元素對(duì)鋼的熱處理的影響；</p><p>　　5、了解金相試樣的制備過(guò)程及方法，學(xué)會(huì)正確使用顯微鏡觀察試樣的顯微組織；</p><p>

29、　　6、通過(guò)金相試樣制備、顯微觀察得出微觀組織；對(duì)組織進(jìn)行分析研究。</p><p>　　1.5.2、實(shí)驗(yàn)意義</p><p>　　1.5.2.1、熱處理實(shí)驗(yàn)的意義</p><p>　　熱處理是將材料在固態(tài)下采用適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行加熱,保溫和冷卻以獲得所需組織結(jié)構(gòu)與性能的工藝方法。</p><p>　　通過(guò)適當(dāng)?shù)臒崽幚砟茱@著提高鋼的力學(xué)性能，以滿

30、足零件的使用要求和延長(zhǎng)零件的使用壽命；</p><p>　　通過(guò)熱處理能改善鋼的加工工藝性能(如切削加工性能、沖壓性能等)，以提高生產(chǎn)率和加工質(zhì)量；</p><p>　　通過(guò)熱處理還能消除鋼在加工（如鑄造、焊接、切削、冷變形等）過(guò)程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，以穩(wěn)定零件的形狀和尺寸。</p><p>　　此外，有時(shí)還采用表面強(qiáng)化技術(shù)，以進(jìn)一步提高鋼的表面硬度和耐磨壽命。<

31、;/p><p>　　1.5.2.2、磨片實(shí)驗(yàn)的意義</p><p>　　我們研究金屬材料的力學(xué)性能就是在研究其內(nèi)部組織，金屬材料的微觀組織決定了材料的各種性能，改變金屬材料的化學(xué)成分或通過(guò)各種熱處理工藝方法，能改變金屬材料的組織結(jié)構(gòu)，從而可以達(dá)到改變其性能的目的。</p><p>　　因此，了解金屬材料的組織結(jié)構(gòu)及其變化規(guī)律對(duì)于掌握金屬材料及其性能有著必要的意義。<

32、;/p><p>　　1.6 研究方案技術(shù)路線</p><p>　　通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)材料（40Cr鋼）進(jìn)行分析研究，得出實(shí)驗(yàn)方案（如圖1-2）</p><p>　　圖 1-2 研究技術(shù)圖</p><p>　　本研究報(bào)告嚴(yán)格按照此技術(shù)圖進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析總結(jié)。</p><p>　　第二章 40Cr感應(yīng)淬火工藝參

33、數(shù)</p><p>　　2.曲軸服役條件和性能指標(biāo)</p><p><b>　　2.1 服役條件</b></p><p>　　曲軸工作過(guò)程中，往復(fù)的慣性力和離心力使之承受很大的彎曲和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，軸頸表面容易磨損。疲勞斷裂是曲軸的主要破壞形式，裂紋源多發(fā)生在軸頸與曲臂的過(guò)渡圓角處。除曲軸的材質(zhì)、加工因素外，如果由于工作條件( 溫度、環(huán)境介質(zhì)、負(fù)荷

34、特性) 的變化，特別是曲軸在工作運(yùn)轉(zhuǎn)中所受的彎曲應(yīng)力或扭轉(zhuǎn)應(yīng)力超出了損壞界（真實(shí)應(yīng)力> σ -1, τ -1），在圓角過(guò)渡處的薄弱部位就會(huì)出現(xiàn)裂紋而發(fā)展為彎曲疲勞斷裂或扭轉(zhuǎn)疲勞斷裂。</p><p>　　2.2 技術(shù)要求</p><p>　　2.2.1 調(diào)質(zhì)技術(shù)要求</p><p>　　調(diào)質(zhì)曲軸試樣硬度及機(jī)械性能。</p><p>

35、　　硬度： 290～330HB</p><p>　　機(jī)械性能：b≥1000Mpa s≥800Mpa</p><p>　　≥12% ≥45%</p><p>　　AKu≥45J（u型缺口）</p><p>　　2.3 實(shí)驗(yàn)試樣: 40Cr </p><p><b>　　圖2-1

36、40Cr</b></p><p>　　直徑30mm、高為15mm的圓柱坯料 5個(gè)</p><p>　　2.3.1.40Cr鋼的物理性能</p><p>　　40Cr鋼的彈性模量和切變模量 </p><p><b>　　表2-2</b></p><p>　　40Cr鋼的線（膨）脹系數(shù)&l

37、t;/p><p><b>　　表2-3</b></p><p>　　1 用鋼成分（%）：0.37C，0.30Si，0.66Mn，0.95Cr，0.18Ni，0.016P，0.028S; </p><p>　　2 用鋼成分（%）：0.42C，0.29Si，0.69Mn，0.87Cr，0.14Ni，0.010P，0.013S。</p>&

38、lt;p>　　40Cr鋼的熱導(dǎo)率 </p><p><b>　　表2-4</b></p><p>　　2.3.2.40Cr鋼的化學(xué)成分</p><p>　　40Cr鋼的化學(xué)成分（GB/T3077-1999）ω/%</p><p><b>　　表2-5</b></p><p&

39、gt;　　2.3.3.40Cr鋼的調(diào)質(zhì)處理   Cr能增加鋼的淬透性，提高鋼的強(qiáng)度和回火穩(wěn)定性，具有優(yōu)良的機(jī)械性能。截面尺寸大或重要的調(diào)質(zhì)工件，應(yīng)采用Cr鋼。但Cr鋼有第二類回火脆性。 40Cr工件調(diào)質(zhì)的淬回火，各種參數(shù)工藝卡片都有規(guī)定，我們?cè)趯?shí)際操作中體會(huì)是：  （一）40Cr工件淬火后應(yīng)采用油冷，40Cr鋼的淬透性較好，在油中冷卻能淬硬，而且工件的變形、開裂傾向小。但是小型企業(yè)在供油

40、緊張的情況下，對(duì)形狀不復(fù)雜的工件，可以在水中淬火，并未發(fā)現(xiàn)開裂，只是操作者要憑經(jīng)驗(yàn)嚴(yán)格掌握入水、出水的溫度。  （二）40Cr工件調(diào)質(zhì)后硬度仍然偏高，第二次回火溫度就要增加20~50℃，不然，硬度降低困難。  （三）40Cr工件高溫回火后，形狀復(fù)雜的在油中冷卻，簡(jiǎn)單的在水中冷卻，目的是避免第二類回火脆性的影響。回火快冷后的工件，必要時(shí)再施以消除應(yīng)力處理。 </p><p&g

41、t;　　2.4 感應(yīng)加熱技術(shù)參數(shù)</p><p>　　感應(yīng)加熱技術(shù)作為一種新的技術(shù)被廣泛應(yīng)用到機(jī)械工程當(dāng)中，其是利用電磁感應(yīng)使被加熱的材料（即工件）的內(nèi)部產(chǎn)生電流，依靠這些渦流的能量來(lái)達(dá)到加熱的目的。感應(yīng)加熱系統(tǒng)的基本組成包括感應(yīng)線圈、交流電源和工件。根據(jù)加熱對(duì)象的不同，可以把線圈制作成不同的形狀?！　【€圈和電源相連，電源為線圈提供交變電流，流過(guò)線圈的交變電流產(chǎn)生一個(gè)通過(guò)工件的交變磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)使工件產(chǎn)生渦流來(lái)加

42、熱。感應(yīng)加熱是伴隨著汽車工業(yè)和拖拉機(jī)工業(yè)的誕生而起步的。由于其具有加熱效率高、速度快、可控性好及易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)。　　目前常用的最有效的熱處理工藝，具有下列多種應(yīng)用：表面淬火、透熱淬火、回火和消除應(yīng)力（低溫）、退火和正火（高溫）、焊縫退火、粉末金屬燒結(jié)等。已在熔煉、鑄造、彎管、熱鍛、焊接和表面熱處理等行業(yè)廣泛應(yīng)用。在鑄造方面，正在迅速發(fā)展雙聯(lián)熔煉工藝，即利用中頻爐保溫改性，進(jìn)行球墨鐵或合金鋼的精密澆鑄；在鍛造方面，利用敢于

43、加熱實(shí)現(xiàn)快速透熱熱鍛，不僅減少了氧化皮損耗而且大大地增加了鍛模的壽命，其材料利用率可達(dá)85%，鍛件表面粗糙度可小于50μm；在焊接、淬火方面，國(guó)外一方面致力于開發(fā)大功率全固態(tài)高頻電源，一方面致力于開</p><p>　　2.4.1感應(yīng)淬火工藝    隨著工業(yè)的迅速發(fā)展，我國(guó)采用感應(yīng)淬火的零件的種類和品種不斷增加。目前我國(guó)零件感應(yīng)淬火用材料包括：45#、40Cr、55MnVS、40M

44、nB、42CrMo、35#、ZG45、球鐵、合金鑄鐵等。感應(yīng)加熱淬火介質(zhì)包括：水、聚乙烯醇、聚迷水溶性淬火介質(zhì)、UCON、豪富頓251等。所采用的加熱方式及應(yīng)用主要包括：橫向磁場(chǎng)靜止一次加熱淬火（銷軸類零件、凸輪軸）；橫向磁場(chǎng)連續(xù)加熱淬火（減振器桿、變速叉軸、扭桿等）；橫向磁場(chǎng)多段連續(xù)加熱淬火（起動(dòng)機(jī)軸、空壓機(jī)軸等）；縱向磁場(chǎng)整體一次加熱淬火（半軸等）；仿形感應(yīng)器零件旋轉(zhuǎn)加熱淬火（球頭銷）；感應(yīng)接觸加熱淬火（轉(zhuǎn)向齒條）；內(nèi)孔的一次及連續(xù)

45、加熱淬火（輸出法蘭、鐘型殼內(nèi)腔）；階梯軸類零件的旋轉(zhuǎn)加熱淬火（小紅旗后輪轂軸、轉(zhuǎn)向節(jié)）；平面類零件的一次及連續(xù)加熱淬火（鋼板彈簧橫向限位板）；薄壁類復(fù)雜零件一次及連續(xù)加熱淬火（前輪轂、滑動(dòng)軸叉）；復(fù)雜形狀零件的一次加熱淬火（鐘型殼變截面軸）；槽口一次淬火（變速叉）；復(fù)雜回線工件旋轉(zhuǎn)一次加熱淬火（曲軸）等。 </p><p>　　2.4.1.1 淬火加熱溫度   淬火加熱溫度根據(jù)鋼的成分、組織

46、和不同的性能要求來(lái)確定。亞共析鋼是AC3+（30～50℃）；共析鋼和過(guò)共析鋼是AC1+（30～50℃）。亞共析鋼淬火加熱溫度若選用低于AC3的溫度，則此時(shí)鋼尚未完全奧氏體化，存在有部分未轉(zhuǎn)變的鐵素體，淬火后鐵素體仍保留在淬火組織中。鐵素體的硬度較低，從而使淬火后的硬度達(dá)不到要求，同時(shí)也會(huì)影響其他力學(xué)性能。若將亞共析鋼加熱到遠(yuǎn)高于AC3溫度淬火，則奧氏體晶粒回顯著粗大，而破壞淬火后的性能。所以亞共析鋼淬火加熱溫度選用AC3+（30～50℃

47、），這樣既保證充分奧氏體化，又保持奧氏體晶粒的細(xì)小。    過(guò)共析鋼的淬火加熱溫度一般推薦為AC1+（30～50℃）。在實(shí)際生產(chǎn)中還根據(jù)情況適當(dāng)提高20℃左右。在此溫度范圍內(nèi)加熱，其組織為細(xì)小晶粒的奧氏體和部分細(xì)小均勻分布的未溶碳化物。淬火后除極少 數(shù)殘余奧氏體外，其組織為片狀馬氏體基體上均勻分布的細(xì)小的碳化物質(zhì)點(diǎn)。這樣的組織硬度高、耐磨性號(hào)，并且脆性相對(duì)較少。   過(guò)共析鋼的淬火加熱溫度不能

48、低于AC1，因?yàn)榇藭r(shí)鋼材尚未奧氏體化。若加熱到略高于AC1溫度時(shí)，珠光體完全轉(zhuǎn)變承奧氏體，并又</p><p>　　第三章 40Cr感應(yīng)淬火工藝</p><p>　　3.1 感應(yīng)加熱淬火工藝概述</p><p>　　感應(yīng)加熱具有加熱效率高、速度快、可控性好及易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于金屬熔煉、透熱、熱處理和焊接等工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，成為冶金、國(guó)防、機(jī)械加工等部

49、門及鑄、鍛和船舶、飛機(jī)、汽車制造業(yè)等不可缺少的技術(shù)手段。</p><p>　　3.1.1 感應(yīng)加熱的工作原理</p><p>　　感應(yīng)加熱原理為產(chǎn)生交變的電流，從而產(chǎn)生交變的磁場(chǎng)，在利用交變磁場(chǎng)來(lái)產(chǎn)生渦流達(dá)到加熱的效果。如圖1.1：</p><p>　　圖3.1 感應(yīng)電流圖示</p><p>　　當(dāng)交變電流通入感應(yīng)圈時(shí)，感應(yīng)圈內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生交變

50、磁通，使感應(yīng)圈內(nèi)的工件受到電磁感應(yīng)電勢(shì)。設(shè)工件的等效匝數(shù)為。則感應(yīng)電勢(shì)：</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　如果磁通是交變得，設(shè)，則</p><p><b>　　有效值為：</b></p><p><b>　　（1-3）</b></p&g

51、t;<p>　　感應(yīng)電勢(shì)E在工件中產(chǎn)生感應(yīng)電流使工件內(nèi)部開始加熱，其焦耳熱為：</p><p><b>　　（1-4）</b></p><p>　　式中： ——感應(yīng)電流有效值（安），R——工件電阻（歐），t——時(shí)間（秒）。</p><p>　　這就是感應(yīng)加熱的原理。感應(yīng)加熱與其它的加熱方式，如燃?xì)饧訜幔娮锠t加熱等不同，它把電能直

52、接送工件內(nèi)部變成熱能，將工件加熱。而其他的加熱方式是先加熱工件表面，然后把熱再傳導(dǎo)加熱內(nèi)部。</p><p>　　金屬中產(chǎn)生的功率為：</p><p><b>　?。?-5）</b></p><p>　　感應(yīng)電勢(shì)和發(fā)熱功率不僅與頻率和磁場(chǎng)強(qiáng)弱有關(guān)，而且與工件的截面大小、截面形狀等有關(guān)，還與工件本身的導(dǎo)電、導(dǎo)磁特性等有關(guān)。</p>

53、<p>　　在感應(yīng)加熱設(shè)備中存在著三個(gè)效應(yīng)——集膚效應(yīng)、近鄰效應(yīng)和圓環(huán)效應(yīng)。</p><p>　　集膚效應(yīng)：當(dāng)交變電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)，沿導(dǎo)體截面上的電流分布式部均勻的，最大電流密度出現(xiàn)在導(dǎo)體的表面層，這種電流集聚的現(xiàn)象稱為集膚效應(yīng)。</p><p>　　近鄰效應(yīng)——當(dāng)兩根通有交流電的導(dǎo)體靠得很近時(shí)，在互相影響下，兩導(dǎo)體中的電流要重新分布。當(dāng)兩根導(dǎo)體流的電流是反方向時(shí)，最大電流密度出現(xiàn)

54、在導(dǎo)體內(nèi)側(cè)；當(dāng)兩根導(dǎo)體流的電流是同方向時(shí)，最大電流密度出現(xiàn)在導(dǎo)體外側(cè)，這種現(xiàn)象稱為近鄰效應(yīng)。</p><p>　　圓環(huán)效應(yīng)：若將交流電通過(guò)圓環(huán)形線圈時(shí)，最大電流密度出現(xiàn)在線圈導(dǎo)體的內(nèi)側(cè)，這種現(xiàn)象稱為圓環(huán)效應(yīng)。</p><p>　　感應(yīng)加熱電源就是綜合利用這三種效應(yīng)的設(shè)備。在感應(yīng)線圈中置以金屬工件，感應(yīng)線圈兩端加上交流電壓，產(chǎn)生交流電流，在工件中產(chǎn)生感應(yīng)電流。此兩電流方向相反，情況與兩根平行

55、母線流過(guò)方向相反的電流相似。當(dāng)電流和感應(yīng)電流相互靠攏時(shí)，線圈和工件表現(xiàn)出鄰近效應(yīng)，結(jié)果，電流集聚在線圈的內(nèi)側(cè)表面，電流聚集在工件的外表面。這時(shí)線圈本身表現(xiàn)為圓環(huán)效應(yīng)，而工件本身表現(xiàn)為集膚效應(yīng)。</p><p>　　交變磁場(chǎng)在導(dǎo)體中感應(yīng)出的電流亦稱為渦流。工件中產(chǎn)生的渦流由于集膚效應(yīng)，沿橫截面由表面至中心按指數(shù)規(guī)律衰減，工程上規(guī)定，當(dāng)渦流強(qiáng)度從表面向內(nèi)層降低到其數(shù)值等于最大渦流強(qiáng)度的1/e(即36.8% )，該處到

56、表面的距離△稱為電流透入深度。由于渦流所產(chǎn)生的熱量與渦流的平方成正比，因此由表面至芯部熱量下降速度要比渦流下降速度快的多，可以認(rèn)為熱量(85～90%)集中在厚度為△的薄層中。透入深度△由下式確定：</p><p><b>　?。?-6）</b></p><p>　　式中: ρ——工件電阻率（Ω?m ）, μ?！婵沾艑?dǎo)率4π×10(H/m). μ——工件磁

57、導(dǎo)率(H/m ), μ——工件相對(duì)磁導(dǎo)率， ω——角頻率(rad/s )， f——頻率(HZ)。</p><p>　　將μ。和π的數(shù)值代入，即可得公式:</p><p><b>　?。?-7）</b></p><p>　　從上式可以看出，當(dāng)材料電阻率、相對(duì)磁導(dǎo)率給定后，透入深度△僅與頻率f平方根成反比，此工件的加熱厚度可以方便的通過(guò)調(diào)節(jié)頻率來(lái)加

58、以控制。頻率越高，工件的加熱厚度就越薄。這種性質(zhì)在工業(yè)金屬熱處理方面獲得了廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　感應(yīng)加熱：工件放到感應(yīng)器內(nèi)，感應(yīng)器一般是輸入中頻或高頻交流電 (300-300000Hz或更高)的空心銅管。產(chǎn)生交變磁場(chǎng)在工件中產(chǎn)生出同頻率的感應(yīng)電流，這種感應(yīng)電流在工件的分布是不均勻的，在表面強(qiáng)，而在內(nèi)部很弱，到心部接近于0，利用這個(gè)集膚效應(yīng)，可使工件表面迅速加熱，在幾秒鐘內(nèi)表面溫度上升到800-1000

59、℃，而心部溫度升高很小。</p><p>　　感應(yīng)加熱頻率的選擇：根據(jù)熱處理及加熱深度的要求選擇頻率，頻率越高加熱的深度越淺。 　　</p><p>　　高頻(10KHZ以上)加熱的深度為0.5-2.5mm, 一般用于中小型零件的加熱，如小模數(shù)齒輪及中小軸類零件等。 　　</p><p>　　中頻(1~10KHZ)加熱深度為2-10mm，一般用于直徑大的軸類和大中模

60、數(shù)的齒輪加熱。 　　</p><p>　　工頻(50HZ)加熱淬硬層深度為10-20mm，一般用于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。</p><p>　　在感應(yīng)加熱表面淬火時(shí)產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，使得工件中產(chǎn)生出同頻率的感應(yīng)電流。這種感應(yīng)電流在工件的分布是不均勻的，在表面強(qiáng)，而在內(nèi)部很弱，到基體接近于0。利用這個(gè)集膚效應(yīng)，可使工件表面

61、迅速加熱，在幾秒鐘內(nèi)表面溫度上升到800～1000℃，而基體溫度升高很小。由于感應(yīng)加熱工藝是瞬間的高溫、冷卻過(guò)程，金屬表面不僅會(huì)因迅速淬火而形成馬氏體，而且在經(jīng)過(guò)狹窄的淬硬區(qū)后還會(huì)得到感應(yīng)淬火前的預(yù)處理基體組織。</p><p>　　3 .1.2 感應(yīng)加熱電源電路的主回路設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1.2.1 主電路的主要設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)</p><p>　　電網(wǎng)供電

62、電壓：3相380V</p><p>　　感應(yīng)加熱電源輸出功率：15kW</p><p>　　輸出電流頻率：20KHz</p><p><b>　　輸出電流值：30A</b></p><p>　　3.1.2.2 感應(yīng)加熱電源電路的主回路結(jié)構(gòu)</p><p>　　主電路結(jié)構(gòu)框圖如圖3.1所示：<

63、/p><p>　　圖3.2 感應(yīng)加熱電源主結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　感應(yīng)加熱電源主電路圖，如圖3.2所示</p><p>　　圖3.3 感應(yīng)加熱電源的主電路圖</p><p>　　如圖3.2所示，它由整流器、濾波器和逆變器組成。整流器采用不可控三相全橋式整流電路。 、和 (C1、C2)構(gòu)成Ⅱ型濾波器。兩個(gè)電解電容C1，C2串聯(lián)以減小單個(gè)電容的

64、承受的電壓，R2 , R3起均壓作用。R1為限流電阻，當(dāng)系統(tǒng)開始上電時(shí)，由于電容兩端電壓為零，故剛開始對(duì)電容充電時(shí)，電流將很大，加上限流電阻R1后則就電流不會(huì)很大了。當(dāng)電容兩端電壓達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，交流接觸器K1閉合，將限流電阻短接。系統(tǒng)即可正常工作。</p><p>　　逆變器采用單相變逆變橋，經(jīng)變壓器和串聯(lián)諧振電路相接。利用輪流驅(qū)動(dòng)單相對(duì)角的兩組IGBT工作，把恒定的直流電壓變成10 Hz～10 kHz方波電壓

65、輸出給負(fù)載。</p><p>　　3.2 感應(yīng)加熱淬火技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)與不足</p><p>　　感應(yīng)加熱表面淬火技術(shù)不僅有效地改善金屬的表面性能（如硬度、耐磨性、抗腐蝕性、導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能等)，與其他常用的表面處理工藝(如滲碳、調(diào)質(zhì)、表面滲氮等)相比，還具有以下優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　（1）加熱速度極快，可擴(kuò)大A體轉(zhuǎn)變溫度范圍，縮短轉(zhuǎn)變時(shí)間。 　　</p>

66、<p>　?。?）淬火后工件表層可得到極細(xì)的隱晶馬氏體，硬度稍高（2～3HRC）。脆性較低及較高疲勞強(qiáng)度。 　　</p><p>　　（3）經(jīng)該工藝處理的工件不易氧化脫碳，甚至 有些工件處理后可直接裝配使用。</p><p>　?。?）淬硬層深，易于控制操作，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，自動(dòng)化。 　　 　 　　</p><

67、p>　　（5）可進(jìn)行工件局部淬火</p><p>　　該技術(shù)能精確地將工件需要進(jìn)行淬火的局部進(jìn)行進(jìn)行加熱，特別是在采用導(dǎo)磁體和使用高功率密度的情況下。</p><p><b>　?。?）節(jié)能熱處理</b></p><p>　　其能耗與滲碳、氮化、調(diào)質(zhì)相比具有極大的優(yōu)勢(shì)，當(dāng)工件淬火部位質(zhì)量與整體質(zhì)量之差越大時(shí)，它的優(yōu)勢(shì)也越顯著。感應(yīng)熱處理常

68、具有高的附加值。</p><p><b>　　（4）快速熱處理</b></p><p>　　感應(yīng)淬火的加熱時(shí)間以妙計(jì)，一般在2～14s之內(nèi)，生產(chǎn)周期亦短，特別是在采用自回火或隨機(jī)感應(yīng)回火情況下，此工序與機(jī)加工工序相似。為此，現(xiàn)代化的感應(yīng)加熱淬火裝備已經(jīng)安排在生產(chǎn)線或自動(dòng)線上。</p><p><b>　　（5）清潔熱處理</b&

69、gt;</p><p>　　感應(yīng)淬火所用淬火液一般為水或具有添加劑的水溶液，淬火時(shí)，幾乎沒(méi)有油煙，勞動(dòng)環(huán)境好。</p><p>　?。?）便于機(jī)械化及自動(dòng)化</p><p>　　大批量生產(chǎn)的感應(yīng)淬火，一般均配有進(jìn)步梁送料、機(jī)械手取工件及機(jī)器人操縱感應(yīng)器等減少體力勞動(dòng)的裝置。</p><p>　　然而，感應(yīng)加熱表面淬火也有其本身的不足： <

70、;/p><p><b>　?。?）工具費(fèi)用高</b></p><p>　　需要專用工裝即感應(yīng)器熱處理爐一爐可裝多種工件加熱、滲碳、氮化，而感應(yīng)淬火則要求一個(gè)部位一種感應(yīng)器，甚至要求一種專用定位夾具等，因此工具費(fèi)用高。它只適用于大批量生產(chǎn)一種或一種族的工件。</p><p>　?。?）成套裝置投資費(fèi)用高</p><p>　　和

71、一般熱處理設(shè)備相比，感應(yīng)加熱成套裝置包括變頻電源、淬火機(jī)床、感應(yīng)器，以及附屬的冷卻水、淬水液循環(huán)裝置等，其投資費(fèi)用相對(duì)較高，維護(hù)技術(shù)及費(fèi)用亦比一般熱處理設(shè)備高[2]。</p><p>　　3.3 感應(yīng)加熱電源技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)</p><p>　　（1）感應(yīng)加熱電源技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　感應(yīng)電源按頻率范圍可分為以下等級(jí)：500Hz以下為低頻，1-10KH

72、z為中頻；20KHz以上為超音頻和高頻。感應(yīng)加熱電源發(fā)展與電力電子器件的發(fā)展密切相關(guān)。1970年浙大研制成功國(guó)內(nèi)第一臺(tái)100KW/1KHz晶閘管中頻電源以來(lái)，國(guó)產(chǎn)KGPS系列中頻電源已覆蓋了中頻機(jī)組的全部型號(hào)。在超音頻電源方面，日本在1986年就利用SITH研制出100KW/60KHz的超音頻電源，此后日本和西班牙又在1991年相繼研制出500KW/50KHz和200KW/50KHz的IGBT超音頻電源。國(guó)內(nèi)在超音頻領(lǐng)域與國(guó)外還有一定差

73、距，但發(fā)展很快，1995年浙大研制出50KW/50KHz的IGBT超音頻電源，北京有色金屬研究總院和本溪高頻電源設(shè)備廠在1996年聯(lián)合研制出100KW/20KHz的IGBT電源。在高頻這一頻段可供選擇的全控型器件只有靜電感應(yīng)晶閘管（SITH）和功率場(chǎng)效應(yīng)晶閘管（MOSFET），前者是日本研制的3KW～200KW，20KHz～300KHz系列高頻電源,后者由歐美采用MOSFET研制成功輸出頻率為200～300KHz,輸出功率為100～40

74、0KW的高頻電源。與國(guó)外相比，國(guó)內(nèi)導(dǎo)體高頻電源存在較</p><p>　　總體說(shuō)來(lái)，國(guó)內(nèi)在感應(yīng)加熱電源的設(shè)計(jì)開發(fā)和產(chǎn)品化方面雖有發(fā)展，但遠(yuǎn)不能適應(yīng)我國(guó)工業(yè)發(fā)展的要求，對(duì)于應(yīng)用范圍越來(lái)越廣泛的高頻感應(yīng)加熱電源領(lǐng)域的研究尤為薄弱，處于剛剛起步階段。</p><p>　?。?）感應(yīng)加熱電源技術(shù)發(fā)展與趨勢(shì)</p><p>　　感應(yīng)加熱電源的水平與半導(dǎo)體功率器件的發(fā)展密切相關(guān)

75、，因此當(dāng)前功率器件在性能上的不斷完善，使得感應(yīng)加熱電源的發(fā)展趨勢(shì)呈現(xiàn)出以下幾方面的特點(diǎn)。</p><p><b>　?、俑哳l率</b></p><p>　　目前，感應(yīng)加熱電源在中頻頻段主要采用晶閘管，超音頻頻段主要采用IGBT，而高頻頻段，由于SIT存在高導(dǎo)通損耗等缺陷，主要發(fā)展MOSFET電源。感應(yīng)加熱電源諧振逆變器中采用的功率器件利于實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)，但是，感應(yīng)加熱電源

76、通常功率較大，對(duì)功率器件，無(wú)源器件，電纜，布線，接地，屏蔽等均有許多特殊要求，尤其是高頻電源。因此，實(shí)現(xiàn)感應(yīng)加熱電源高頻化仍有許多應(yīng)用基礎(chǔ)技術(shù)需要進(jìn)一步探討。</p><p><b>　　②大容量化</b></p><p>　　從電路的角度來(lái)考慮感應(yīng)加熱電源的大容量化，可將大容量化技術(shù)分為二大類：一類是器件的串、并聯(lián)，另一類是多臺(tái)電源的串、并聯(lián)器件的均流問(wèn)題，由于器件

77、制造工藝和參數(shù)的離散性，限制了器件的串、并聯(lián)數(shù)目，且串、并聯(lián)數(shù)越多，裝置的可靠性越差。多臺(tái)電源的串、并聯(lián)技術(shù)是在器件串、并聯(lián)技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)一步大容量化的有效手段，借助于可靠的電源串、并聯(lián)技術(shù)，在單機(jī)容量適當(dāng)?shù)那闆r下，可簡(jiǎn)單地通過(guò)串、并聯(lián)運(yùn)行方式得到大容量裝置，每臺(tái)單機(jī)只是裝置的一個(gè)單元或一個(gè)模塊。感應(yīng)加熱電源逆變器主要有并聯(lián)逆變器和串聯(lián)逆變器，串聯(lián)逆變器輸出可等效為一低阻抗的電壓源，當(dāng)二電壓源并聯(lián)時(shí)，相互間的幅值、相位和頻率不同或波動(dòng)時(shí)將

78、導(dǎo)致很大的環(huán)流以致逆變器器件的電流產(chǎn)生嚴(yán)重不均，因此串聯(lián)逆變器存在并機(jī)擴(kuò)容困難；而對(duì)并聯(lián)逆變器，逆變器輸入端的直流大電抗器可充當(dāng)各并聯(lián)器之間的電流緩沖環(huán)節(jié)，使得輸入端的AC/DC或DC/AC環(huán)節(jié)有足夠的時(shí)間來(lái)糾正直流電源的偏差，達(dá)到多機(jī)并聯(lián)擴(kuò)容。</p><p><b>　　③負(fù)載匹配</b></p><p>　　感應(yīng)加熱電源多用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，其運(yùn)行工況比較復(fù)雜，它與鋼

79、鐵、冶金和金屬熱處理行業(yè)具有十分密切的聯(lián)系，他的負(fù)載對(duì)象各式各樣，而電源逆變器與負(fù)載是一有機(jī)的整體，負(fù)載直接影響到電源的運(yùn)行效率和可靠性。對(duì)焊接、表面熱處理等負(fù)載，一般采用匹配變壓器連接電源和負(fù)載感應(yīng)器，對(duì)高頻、超音頻電源用的匹配變壓器要求漏抗很小，如何實(shí)現(xiàn)匹配變壓器的高輸入效率，從磁性材料選擇到繞組結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)已成為一重要課題，另外，從電路拓?fù)渖县?fù)載結(jié)構(gòu)以三個(gè)無(wú)源元件代替原來(lái)的二哥無(wú)源元件以取消匹配變壓器，實(shí)現(xiàn)高效、低成本隔離匹配。&l

80、t;/p><p><b>　?、苤悄芑刂?lt;/b></p><p>　　隨著感應(yīng)熱處理生產(chǎn)線自動(dòng)化控制程度及對(duì)電源可靠性要求的提高，感應(yīng)加熱電源正向智能化控制方向發(fā)展。具有計(jì)算機(jī)智能接口、遠(yuǎn)程控制、故障自動(dòng)診斷等控制性能的感應(yīng)加熱電源正成為下一代發(fā)展目標(biāo)。</p><p>　　3.4 感應(yīng)加熱淬火技術(shù)的發(fā)展方向</p><p&g

81、t;　　3.4.1 感應(yīng)加熱淬火技術(shù)的發(fā)展</p><p>　　近幾年來(lái),國(guó)內(nèi)外感應(yīng)加熱技術(shù)在提高產(chǎn)品質(zhì)量、發(fā)揮材料潛力、降低生產(chǎn)成本、改善設(shè)備性能、增加淬火裝置的容量、發(fā)展淬火機(jī)床、大量采用穿透感應(yīng)加熱淬火工藝、提高機(jī)械化和自動(dòng)化程度等方面都有了很大進(jìn)展。</p><p>　　其中感應(yīng)加熱電源經(jīng)歷從機(jī)械式中頻發(fā)電機(jī)組、電子管式高頻電源、晶閘管式中頻電源到晶體管超高頻和高頻電源的發(fā)展。其中

82、晶體管器件電源具有集大電流、高耐壓和高頻于一身的特點(diǎn),將來(lái)最有可能成為感應(yīng)加熱的主導(dǎo)電源。半導(dǎo)體功率器件在今后將向著大容量化、高頻、驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單、低導(dǎo)通壓降、模塊化和功率集成化方向發(fā)展。隨著加熱電源的發(fā)展，以及零件苛刻的要求，新的感應(yīng)熱處理工藝在提高零件的表面性能方面扮演著越來(lái)越重要的角色[5]。</p><p>　　3.4.2 新型感應(yīng)加熱淬火技術(shù)</p><p>　　隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展,各

83、種機(jī)械設(shè)備的性能不斷提高。相應(yīng)的機(jī)械零件承載能力,運(yùn)行品質(zhì)、體積大小和服役條件也不斷升級(jí),因此研究它們的感應(yīng)淬火表面強(qiáng)化工藝有代表性意義。近年來(lái)在零件表面的感應(yīng)淬火工藝中存在兩種不同原理的熱處理,包括逐部淬火和在圓柱型感應(yīng)器內(nèi)的旋轉(zhuǎn)淬火。出于生產(chǎn)率的考慮和機(jī)械零件的特點(diǎn),目前主要多采用整體加熱感應(yīng)淬火工藝 。而為了能夠很好的滿足零件苛刻的要求，新型的感應(yīng)加熱淬火技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。</p><p>　?。?）雙頻感應(yīng)加

84、熱淬火</p><p>　　雙頻感應(yīng)加熱淬火主要用于齒輪的表面強(qiáng)化。從20世紀(jì)90年代,美國(guó)采用中頻和高頻電源處理齒輪,先在中頻感應(yīng)器中加熱,然后迅速降到高頻感應(yīng)器中加熱,最后落入油中淬火。進(jìn)入21世紀(jì),直到最近幾年,美國(guó)公司[6]提出同時(shí)用雙頻感應(yīng)加熱進(jìn)行表面淬火,實(shí)現(xiàn)了齒輪的輪廓淬火。雙頻電流齒輪淬火是用中頻電流預(yù)熱齒輪齒溝部分,隨后立即用高頻電流加熱齒頂部分 ,得到沿齒輪廓的淬硬層。在汽車齒輪生產(chǎn)上應(yīng)用此種

85、工藝,不但能同時(shí)加熱,且能掃描加熱。</p><p>　　雙頻感應(yīng)加熱淬火的特點(diǎn)主要有：</p><p>　　①雙頻感應(yīng)加熱速度快、時(shí)間短、奧氏體晶粒不易長(zhǎng)大,使表層呈細(xì)晶結(jié)構(gòu);快速加熱形成不均勻的奧氏體,轉(zhuǎn)變后的馬氏體組織中,殘余奧氏體數(shù)量較少;淬火時(shí)表層產(chǎn)生的壓應(yīng)力對(duì)提高硬度也有一定影響。</p><p>　　②雙頻加熱淬火技術(shù)可以得到更好的仿形淬硬層,對(duì)于提高

86、齒輪疲勞強(qiáng)度、減小淬火變形等非常有利。</p><p>　　（2）雙頻感應(yīng)加熱技術(shù)</p><p>　　雙頻感應(yīng)加熱是在一個(gè)感應(yīng)圈上同時(shí)供給中頻和高頻能量,即在一個(gè)感應(yīng)圈上施加摻和頻率,由一個(gè)中頻基礎(chǔ)振蕩迭加一個(gè)高頻振蕩組成。兩種頻率(MF和HF)的振幅能獨(dú)自控制,同時(shí)能調(diào)整MF和HF的輸出份額,齒面淬硬程度優(yōu)于齒根和齒頂,能達(dá)到工件的技術(shù)要求。</p><p>　

87、　這種同時(shí)雙頻感應(yīng)加熱能實(shí)現(xiàn)加速奧氏體化,具有熱處理質(zhì)量高、生產(chǎn)率高和變形小的優(yōu)點(diǎn),能適應(yīng)今天的經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求,這要?dú)w功于能獲得極細(xì)小的奧氏體晶粒和加熱時(shí)間短。也使它能實(shí)現(xiàn)自淬火,高能量的迅速加熱只加熱工件的表面層,下方的冷基體能很快傳熱,實(shí)現(xiàn)淬硬。</p><p>　?。?）感應(yīng)加熱氣體滲氮及碳氮共滲</p><p>　　感應(yīng)加熱氣體滲碳及碳氮共滲是將需要滲氮或氮碳共滲的零件感應(yīng)加熱到56

88、0℃,保溫一定時(shí)間。加熱過(guò)程通人氨氣進(jìn)行滲氮。改變加熱溫度、時(shí)間和通入的氨氣流量得到不同的滲層深度和滲層硬度。</p><p>　　感應(yīng)加熱氣體滲氮具有升溫速度快,能在選定部位進(jìn)行局部滲氮、供給滲氮的活性氮原子充足、有脈沖滲氮和磁場(chǎng)滲氮特點(diǎn)、生產(chǎn)周期短、滲氮層脆性低等特點(diǎn)。</p><p>　?。?）液體介質(zhì)感應(yīng)滲碳</p><p>　　液體介質(zhì)感應(yīng)滲碳是將處理工件

89、和感應(yīng)加熱器一起浸于特殊的冷的液態(tài)活性介質(zhì)中,介質(zhì)具有不同的化學(xué)組份和物理性能。選擇合理工藝參數(shù),在同一活性介質(zhì)中冷卻。感應(yīng)滲碳過(guò)程中工件表面受感應(yīng)高頻電流加熱,高密度和精確限定的高頻能量迅速加熱工件表面層至材料熔點(diǎn)以下的某一溫度。液體活性介質(zhì)在工件表面直接分解,產(chǎn)生大量原子態(tài)高活性碳,工件表面吸收并擴(kuò)散至一定深度。一般適用于鋼件、Ti合金和一些超合金 。</p><p>　　這種新技術(shù)能確保處理工件的高的質(zhì)量、

90、一致可靠的性能和長(zhǎng)的服役壽命。同時(shí)能節(jié)約成本、能源、材料和環(huán)境保護(hù)費(fèi)用。</p><p>　　（5）高頻電阻感應(yīng)加熱表面淬火</p><p>　　高頻電阻感應(yīng)加熱表面淬火[7] [8]是把工件要淬硬的部分作為感應(yīng)器導(dǎo)體回路的一部分,用高頻電流對(duì)工件表面同時(shí)感應(yīng)加熱和電阻加熱,實(shí)現(xiàn)表面淬火。通高頻電流時(shí),工件表層的一部分直接通電,由自身的電阻加熱。與此同時(shí),感應(yīng)器附近的工件表面產(chǎn)生感應(yīng)電流,

91、見圖,兩種作用加熱工件的表層和表面,達(dá)到淬火溫度后,切斷電源。更換不同的感應(yīng)器,可以加熱不同形狀的工件表面。由于加熱速度極快,加熱部分僅限于某一范圍,周圍及深處冷的部分迅速導(dǎo)熱,使加熱區(qū)激冷,實(shí)現(xiàn)自冷淬火。與傳統(tǒng)的高頻加熱相比,工件表面加熱電流更集中、密度更大、加熱速度更快。因此可以對(duì)工件表面實(shí)施高能量熱處理。</p><p>　　高頻感應(yīng)電阻加熱表面淬火的特點(diǎn)：</p><p>　?、龠m

92、用于齒條軸的齒條淬火和各種凸輪軸汽缸內(nèi)表面的強(qiáng)化。</p><p>　?、诠β拭芏雀摺⒓訜崴俣瓤?、畸變小、淬硬層淺。</p><p>　?、鄄恍璐慊鸾橘|(zhì),真空室等,無(wú)需發(fā)黑化處理。</p><p>　?。?）高頻脈沖感應(yīng)加熱表面淬火</p><p>　　用高頻脈沖感應(yīng)加熱進(jìn)行淬火,使用20～30MHz的高頻脈沖,通過(guò)感應(yīng)圈在毫秒級(jí)極短時(shí)間內(nèi)使

93、工件表面急速加熱到淬火溫度,然后自冷。高頻脈沖感應(yīng)加熱綜合感應(yīng)加熱與高頻脈沖加熱的某些特點(diǎn),與其他熱處理工藝比較,淬火后具有高硬度、高耐磨性、良好的韌性和疲勞強(qiáng)度、以及微變形等特點(diǎn)。而且相應(yīng)的設(shè)備投資少,維修簡(jiǎn)單。感應(yīng)脈沖加熱淬火后的超常硬化,是有效的晶粒細(xì)化,高密度亞結(jié)構(gòu)及高的殘余應(yīng)力綜合作用的結(jié)果[9]。</p><p>　　3.5 感應(yīng)加熱淬火技術(shù)常見質(zhì)量問(wèn)題及產(chǎn)生原因</p><p&g

94、t;　　感應(yīng)熱處理常見的質(zhì)量問(wèn)題有開裂、硬度過(guò)硬或過(guò)低、硬度不均勻、淬硬層過(guò)深或過(guò)淺、淬硬層深度不均、表面局部燒熔等[10]。其原因歸納如下：</p><p><b>　?。?）開裂原因</b></p><p>　　加熱溫度高、不均勻，冷卻過(guò)快且不均勻；淬火液選擇不當(dāng)，冷卻速度過(guò)大；材料淬透性偏高，成分偏析，含有毒元素，存在缺陷；零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，技術(shù)規(guī)范不當(dāng)。&l

95、t;/p><p>　?。?）淬硬層深度過(guò)深或過(guò)淺的原因</p><p>　　加熱功率過(guò)高（低）且加熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng)（短）；電源頻率選擇不當(dāng)，并且在此情況下又沒(méi)有選擇合理的比功率與加熱時(shí)間；材料的淬透性過(guò)高或者過(guò)低；淬火液的溫度、壓力、成分選擇不當(dāng)。</p><p>　　（3）硬度過(guò)高或過(guò)低原因</p><p>　　材料含碳量偏高或偏低；回火溫度偏低或過(guò)

96、高且回火時(shí)間不當(dāng)；淬火液成分、壓力、溫度選擇不當(dāng)；材料表面脫碳；淬火加熱溫度低組織尚未轉(zhuǎn)變等。</p><p>　?。?）表面硬度不均勻的原因</p><p>　　感應(yīng)器結(jié)構(gòu)不合理；引起加熱、冷卻不均勻；材料原始組織不良（帶狀組織、偏析、局部脫碳）。</p><p>　　（5）表面局部燒熔的原因 </p><p>　　感應(yīng)器結(jié)構(gòu)不合理；加熱時(shí)

97、間過(guò)長(zhǎng)；工件帶有尖、角、孔、槽；表面有缺陷；連續(xù)加熱或半圈旋轉(zhuǎn)加熱時(shí)，移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)過(guò)程中有突然停止現(xiàn)象。</p><p>　　3.6 淬火實(shí)驗(yàn)小結(jié)</p><p>　　試樣40Cr鋼含碳量在0.37%～0.45%，屬于中碳（Wc：0.25～0.5％）調(diào)質(zhì)鋼，根據(jù)鐵碳合金狀態(tài)圖分析鋼的淬火：</p><p>　　圖3-4 鐵碳合金狀態(tài)圖</p><p

98、>　?。ㄒ唬┳罴汛慊鸺訜釡囟?lt;/p><p>　　由于40Cr的含碳量在0.5%以下，結(jié)合鐵碳合金狀態(tài)圖分析，亞共析鋼的淬火加熱溫度一般為A3以上30到50℃。選擇溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致鋼的奧氏體晶粒粗大，淬火后得到的馬氏體的韌性較低，所以選擇一個(gè)合適的加熱溫度非常重要，則通過(guò)上訴實(shí)驗(yàn)分析得出40Cr鋼的最佳淬火溫度在840℃左右。</p><p>　　圖3-5 不同淬火溫度下測(cè)得硬度值&l

99、t;/p><p>　　對(duì)于合金鋼，由于奧氏體晶粒長(zhǎng)大傾向受到合金碳化物等的抑制，故可適當(dāng)提高淬火溫度。（T↑→C曲線右移）</p><p>　　在其他條件（保溫時(shí)間、淬火介質(zhì)）不變的情況下800到880度（高于A3以上30到50℃）的加熱溫度對(duì)試樣的硬度值影響不大，這個(gè)溫度范圍是該試樣的最佳加熱溫度范圍。 </p><p><b>　?。ǘ┙M織轉(zhuǎn)變</

100、b></p><p>　　淬火鋼在高于A3的淬火加熱溫度下轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體組織，為了獲得高硬度的馬氏體組織以大于VK的冷卻速度連續(xù)冷卻。組織由全部奧氏體過(guò)冷至MS以下溫度轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，而不發(fā)生其他轉(zhuǎn)變。</p><p>　　圖3-6 鋼的連續(xù)冷卻曲線 圖3-7 鋼的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖</p><p>　　V3相當(dāng)于油冷，冷卻速度約為150℃/S，V3只與

101、C曲線的轉(zhuǎn)變起始線相交，表明一部分過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橥惺象w，而剩余部分過(guò)冷奧氏體隨后冷卻到Ms一下，轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，從而獲得屈氏體與馬氏體混合組織，其HRC=45—55</p><p>　　V4相當(dāng)于水冷，冷卻速度600℃/S，它與C曲線不相交，而直接與Ms相交，過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體（還有效部分殘余奧氏體），HRC=60—64</p><p>　　VK與C曲線相切，稱為臨界冷卻速度，它表示過(guò)

102、冷奧氏體不轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w類產(chǎn)物，而直接轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體組織的最小冷卻速度。VK取決于C曲線的位置，C曲線右移，VK降低，容易獲得馬氏體組織，即易淬火。</p><p>　　本實(shí)驗(yàn)介于VK和V4之間，為連續(xù)冷卻，組織由全部奧氏體過(guò)冷至MS以下溫度轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，而不發(fā)生其他轉(zhuǎn)變。</p><p>　　第四章 40Cr鋼的金相實(shí)驗(yàn)</p><p>　　4.1、金相試樣的制備

103、 </p><p>　　為在顯微鏡下顯現(xiàn)出來(lái)，必須預(yù)先制備金相試樣，金相試樣的制備過(guò)程包括取樣、磨平、磨光、拋光、侵蝕等步驟。</p><p>　　4.1.1、實(shí)驗(yàn)原理</p><p>　　金屬及合金內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)均為單相或多相組織，在晶粒與晶界、相與相之間存在著結(jié)構(gòu)或成分上的差異。</p><p>　　圖4-1 金相顯微鏡</p&

104、gt;<p>　　4.1.2、試驗(yàn)設(shè)備與器材</p><p>　　金相顯微鏡（如圖3-1）、金相試樣、金相砂紙一套、拋光機(jī)、拋光液、電吹風(fēng)與浸蝕液</p><p>　　在金相試樣制備過(guò)程中，粗磨常用質(zhì)地較好的水砂紙，細(xì)磨則采用280號(hào)、320號(hào)、01–06號(hào)金相砂紙；機(jī)械拋光用p-2型金相試樣拋光機(jī)，拋光織物多為海軍呢，拋光粉為研磨糕和Cr2O3粉末</p>&

105、lt;p>　　4.1.3、實(shí)驗(yàn)方法與步驟</p><p>　?。?）取樣：根據(jù)觀察目的，為了得出不同的微觀組織來(lái)進(jìn)行對(duì)比，從中溫回火試樣中選出一個(gè)又代表性的試樣進(jìn)行金相試樣制備。</p><p>　　（2）磨平：磨平將選好的試樣的待觀察面在砂輪機(jī)上磨平或用銼刀挫平。并倒銳邊和尖角，以免在磨光時(shí)劃壞砂紙和拋光布。</p><p>　　（3）磨光：磨光方法可采用手

106、工或機(jī)械磨光（本實(shí)驗(yàn)采用手工磨光），用一套在玻璃板上的金相砂紙由粗到細(xì)依次進(jìn)行磨制，磨制時(shí)，左手按住砂紙，右手適當(dāng)用力壓緊試樣使整個(gè)磨面與砂紙完全接觸，然后平穩(wěn)向前推出，提起試樣，返回后再向前磨，直到前一輪磨痕完全消失為止；擦凈磨面，更換細(xì)一號(hào)的砂紙，并將試樣旋轉(zhuǎn)90°后進(jìn)行下一輪磨制，直到經(jīng)最細(xì)的砂紙磨光為止。把磨光后的式樣用水清洗干凈，以便拋光。</p><p>　?。?）拋光：拋光時(shí)，先向拋光盤內(nèi)

107、倒入適當(dāng)AI2O3懸浮態(tài)拋光液，再將試樣拋光面均衡的壓在旋轉(zhuǎn)的拋光盤上進(jìn)行磨制，同時(shí)不斷的向盤內(nèi)倒入拋光液，直到磨面光亮如鏡為止，最后依次用水、酒精沖洗干凈后再以熱風(fēng)吹干</p><p>　?。?）侵蝕：向試樣磨面滴浸蝕劑（4%左右的硝酸溶液），浸蝕程度一般以試樣磨面稍微發(fā)暗時(shí)即可，浸蝕完畢后用水清洗干凈，并以熱風(fēng)吹干。</p><p>　　4.2 組織觀察分析</p>&l

108、t;p>　　通過(guò)上訴試樣的制備過(guò)程步驟，840℃淬火中溫回火得到回火托氏體,如下圖所示</p><p>　　圖4-2放大400倍實(shí)際組織圖</p><p>　　圖4-3 回火托氏體理論組織圖</p><p><b>　　淬火鋼中溫回火分析</b></p><p>　　淬火鋼在350-500℃為中溫回火，其得到的組織

109、為回火托氏體，α固溶體中過(guò)飽和的碳逐漸析出，ε-碳化物轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的較小的Fe3C顆粒，α固溶體中的含碳量幾乎達(dá)到平衡成分，故馬氏體變成鐵素體（c/a≈1），體心正方晶格變成體心立方晶格，此時(shí)組織為“鐵素體與彌散在其中的細(xì)粒狀滲碳體的混合物”,稱為“回火托氏體”。</p><p>　　圖3-2中針狀為鐵素體，另還有一些顆粒狀的滲碳體，但看的不是很清晰（針狀鐵素體+粒狀的滲碳體的兩相組織稱為回火托氏體）。</p

110、><p>　　通過(guò)金相實(shí)驗(yàn)制備，用金相顯微鏡放大400倍觀察得出如上圖3-2所示，圖3-3為回火托氏體的組織圖，把兩個(gè)圖進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)都可以看到針狀鐵素體和一些粒狀的滲碳體，這種兩相組織便是我們要得到得回火托氏體組織。</p><p>　　20世紀(jì)50年代，感應(yīng)熱處理開始在國(guó)內(nèi)應(yīng)用，當(dāng)時(shí)此工藝被稱做“高周波淬火”。這門熱處理新工藝?yán)镁€圈電磁感應(yīng)加熱鋼鐵件是很新奇與吸引人的，它具有加熱快、局部淬