感应淬火:优点、缺点和常见误区

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感应淬火:优点、缺点和常见误区

2024-07-09 16:23| 来源: 网络整理| 查看: 265

感应淬火工艺中的 2 个阶段

通常由两个主要阶段组成:感应加热和淬火。第一个过程是利用电磁感应加热导电金属,第二个过程是淬火以改变材料的表面特性。  

第一阶段:感应加热  

在此阶段,通常将感应淬火材料插入水冷铜线圈中,并施加交变磁场。该磁场由电磁铁和电子振荡器产生。振荡器将交流电通过电磁铁,因此,穿过材料的磁场也是交变的。此过程会产生称为涡流的圆形电流,将线圈中的金属加热至其转变温度。感应淬火是一种表面淬火,最大深度可达 8 毫米。穿透深度取决于交变磁场的频率;频率越高,电流穿透越深。  

第二阶段:淬火 

金属通过感应淬火至所需温度后,必须快速冷却或淬火。这通常是通过将部件浸入油浴或水浴中来完成的,但有时也可以使用冷空气。回火可确保材料外层变硬,热量不会渗透到材料内层,从而导致不必要的相变。快速冷却导致表面层形成马氏体或铁素体-马氏体结构。与纯铁素体结构相比,这些结构具有更高的抗拉强度和更低的初始屈服应力。此外,淬火可减小晶粒尺寸,这对于提高材料硬度很重要。

 

感应淬火的材料选择 

感应淬火适用于中高碳钢、合金钢、铸铁和粉末冶金材料。还有一些不锈钢可用于不同的制造业。

中高碳钢

对于中高碳钢来说,这是一种理想的技术,因为碳含量足以满足硬度所需的马氏体转变。此类钢通常含碳量超过 0.40%,材料硬度水平在 56 至 65 HRC 之间。但是,也可以使用 8620 等低碳钢,但硬度较低,约为 40-45 HRC。1008、1010、12L14 和 1117 等低碳钢不被使用,因为它们的硬度没有太大增加。

合金钢

这是因为合金钢含有额外的元素,使其比普通碳钢更适合感应热处理。其中,1045 钢是最常用的,因为它易于加工、价格低廉,并且可以淬火以达到 58 HRC 及以上的硬度,碳含量为 0.45%。此外,与其他材料相比,1045 钢在硬化过程中开裂的可能性较小。其他一些经常使用的合金钢是 1141/1144、4140、4340 和 ETD150。

铸铁

另一组常用于感应处理工艺的材料包括铸铁。选择铸铁的依据是它们能够在表面提供高硬度和耐磨性,但在中心处更具延展性。

粉末金属

粉末金属也可以进行感应淬火,这为生产具有复杂几何形状和适合其用途的机械特性的零件提供了更灵活的方法。

精钢

在某些行业中,某些等级的不锈钢用于感应淬火。虽然与碳钢和合金钢相比,这些材料没有得到广泛应用,但可以通过该工艺进行改进,以提高表面硬度和耐磨性。

感应淬火材料的选择取决于影响材料淬硬性的碳和其他合金元素的含量以及处理后所需的硬度。

 

感应淬火的好处

感应淬火有几个优点,但同时也有一些缺点。它的主要优点是效率高、速度快,非常适合拥有大型生产线的组织。此外,与其他热处理工艺(如表面淬火或氮化)相比,它耗时更少。此外,它具有成本效益,因为它不需要额外的材料(如盐浴或气罐),并且可以为整个部件提供均匀的表面处理。 

另一个优点是,通过回火进行感应淬火后,零件的硬度具有灵活性。它还增加了金属的硬度、耐用性和承受磨损的能力,因此适合用于承受压力或摩擦的零件。此外,它还增加了耐久极限,从而降低了在循环载荷下发生故障的可能性。 

然而,感应淬火也有一些局限性。它主要用于黑色金属材料,这限制了它在其他材料中的使用。如果处理不当或过程中冷却不当,零件也存在翘曲或变形的风险。与其他方法相比,购买和维护淬火设备的成本可能不是很高,但仍然是一笔成本。

此外,由于感应加热和冷却速度快,工件表面有时会出现硬化裂纹。因此,必须很好地控制工艺参数。操作员还需要培训和技能,以确保从工艺开始到结束都能正确操作和控制。然而,优点通常大于缺点,因此该方法广泛应用于各种制造工艺。

 

感应淬火的缺点

然而,在选择这种方法之前,必须考虑感应热处理的一些缺点。主要限制是它只能用于铁和钢等铁质材料。这种限制是由于它使用磁场产生热量,只有铁质金属才会受到磁场的影响。感应淬火不适用于非磁性材料,例如铝和铜,它们属于有色金属。

另一个缺点是,与其他硬化方法相比,该工艺的运行成本较高。虽然与某些热处理技术相比,该工艺在材料和人力方面更便宜,但工艺中使用的机器增加了成本。此外,由于能源消耗费用,使用电力代替传统燃料类型可能会导致长期运营成本高昂。

感应淬火也有其局限性。感应线圈的尺寸和形状应与要加热的部件相匹配。处理轴和滚轮等圆形物体的标准线圈通常可用,但对于某些工作,可能需要特殊线圈,从而增加了难度和成本。

此外,设备要求也是一个制约因素,因为并非所有热处理供应商都有或提供感应淬火设备。这种设备的成本最初可能很高,操作员可能需要接受一些培训才能正确使用设备。

此外,由于需要加热材料表面,因此一般适用于较薄的材料。较厚的材料可能加热不均匀,从而导致硬度不均匀甚至开裂等问题。这些局限性表明,需要考虑和评估该工艺是否适用于某一工艺。

 



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