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车载光电系统空心轴零件关键部位的感应加热淬火

电磁感应加热是利用电磁感应原理实现对工件加热的一项技术,在20世纪中后期得到飞跃发展。由于感应加热的电热转换、加热范围易于控制、工作环境洁净,在企业得到越来越广泛的应用,在特殊钢熔炼、铸造金属液保温,战车发动机、火炮身管、甲板热处理,甚至枪的中,成功地取代了传统的电阻、燃油、燃气等加热设备。作为一项理论基础深厚的技术钢板淬火设备,电磁感应加热技术在工业领域的应用已比较成熟淬火成套设备,而且应用范围不断扩大。

在通常的光电信息平台中,光电转台几乎承载了红外热成像等全部光电窗口系统,转台回转面的精度与可靠性直接决定了光电系统的观测工作精度,影响了平台的火控打击精度。为减轻装备质量,减小光电窗口的目标特征,同时为保证光路从空心轴内通过,必 须采用薄壁空心轴结构。空心轴零件关键部位的淬火,可以为提升车载光电系统的稳定性和使用寿命提供有效措施保证泵管内壁淬火设备。

试验得出的淬火质量的几个关键原因

采用同一中频感应淬火参数,对于热处理项目进行检测,我们发现:

(1)正火工件的感应淬火组织,马氏体较粗大。

(2)正火处理的工件感应淬火后硬化层相对于调质硬化层要浅一些。

(3)表面硬度也比调质的低1~3HRC(但是一旦增加感应淬火时间,正火工件和调质工件的表面硬度和硬化层没有太大的区别链轮淬火设备,但是组织相比较更粗)。

(4)正火工件的变形规律性不强。调质工件变形很小,甚至没有变化(因此对于以后大批量采用正火作为预备热处理的工件,需要热后加工(主要是长度尺寸),保证尺寸合格,并且不同钢材炉号的材料也要做变形试验,保证加工余量。调质工件的加工成本比正火工件的冷加工成本高很多。因为调质工件首先要正火,就是说多了一道淬火+高温回火工艺;调质工件粘度高,刀具消耗多,冷加工成本也高(正火增加热后尺寸修正的成本相对于调质还是低很多)。

(5)调质状态的工件硬化层分布较正火状态的明显,正火状态的过渡区较大。用酒精腐蚀观察正火状态的模糊。仔细观察正火和调质工件的过渡区,在调质工件的过渡区,可以发现马氏体组织,而在正火工件的过渡区没有发现,间接地证明了对于感应加热,由于加热时间短,基体组织越均匀,产生完全奥氏体的可能性越大,冷却时产生完全马氏体的几率也大。

感应加热是一种快速加热方式,奥氏体化程度和均匀化程度不仅与原始组织有关,而且与加热速度有关。原始组织越均匀,加热速度缓慢,完成奥氏体化并均匀化所需的时间就短,反之则相反。

高频淬火和中频淬火的区别

高频淬火和中频淬火都属于表面热处理技术的一种，都是利用高频率(或中频率、工频)的感应电流，使钢件表面迅速加热，随后立即冷却的一种方法。

高频淬火和中频淬火的工作原理一样，都是感应加热原理：即工件放到感应器内，感应器一般是输入中频或高频交流电(1000-300000Hz或更高)的空心铜管。产生交变磁场在工件中产生出同频率的感应电流，这种感应电流在工件的分布是不均匀的，在表面强，而在内部很弱，到心部接近于0，利用这个集肤效应，可使工件表面迅速加热，在几秒钟内表面温度上升到800-1000℃，而心部温度升高很小

不过加热过程中，感应电流在工件中的分布是不均匀的，不同的电流频率产生的加热效果也是不同的：

1、高频淬火

电流频率在100～500 kHz

淬硬层浅(1.5~2mm)

硬度高

工件不易氧化

变形小

淬火质量好

适用于摩擦条件下工作的零件，如一般较小的齿轮、轴类(所用材料为45号钢、40Cr)

2、中频淬火

电流频率在500～10000 Hz

淬硬层较深(3~5mm)

适用于承受扭曲、压力负荷的零件，如曲轴、大齿轮、磨床主轴等(所用材料为45号钢、40Cr、9Mn2V和球墨

简而言之，高频淬火和中频淬火的区别就是加热厚度的不同，高频淬火可以短时间的表层淬硬，晶体组织很细，结构变形小，而中频表面应力比高频的要小。 感应加热设备广泛用于金刚石圆盘锯，硬质合金刀具，刀具的钎焊，小型工件的热处理淬火，退火，调质，热变形，小量有色金属的热处理淬火，退火，热变形，熔炼。

高频感应加热表面淬火

用45钢制造的零件，其加工路线如下：备料—锻造—正火—机械粗加工—调质—机械精加工—高频感应加热

正火：

将钢件加热到上临界点(AC3或Acm)以上40~60℃或更高的温度，保温达到完全奥氏体化后，在空气中冷却的简便、经济的热处理工艺。正火组织要比退火组织更细一些，其机械性能也有所提高。目的是在于使晶粒细化和碳化物分布均匀化。正火应用于低碳钢，正火后硬度略高于退火，韧性也较好，可作为切削加工的预处理。

高频感应加热表面淬火

调质：

调质通常指淬火＋高温回火，以获得回火索氏体的热处理工艺。 方法也就是先淬火，淬火温度：亚共析钢为Ac3+30~50℃；过共析钢为Ac1+30~50℃；合金钢可比碳钢稍稍提高一点。淬火后在500~650℃进行回火即可。调质的主要目的是得到强度、塑性、韧性都比较好的综合机械性能。

高频感应加热表面淬火：

感应加热表面淬火具有表面质量好，脆性小，淬火表面不易氧化脱碳，变形小等优点，通过快速加热使待加工钢件表面达到淬火温度，不等热量传到中心即迅速冷却，仅使表层淬硬为马氏体，中心仍为未淬火的原来塑性、韧性较好的退火（或正火及调质）组织。

感应器是钢棒淬火设备主要部件，我们该怎样保养好它呢？

了解感应加热的朋友们应该知道，中频加热设备工件淬火的地方是在于设计的感应器里面淬火，所以感应器是整套设备的终输出端，感应器的日常维护和保养，关系到的效率和产品品质，以及感应器的使用寿命，因此保养维护非常重要。为了让更多朋友了解的更清楚，为大家总结了一些关于维护保养的具体内容。

一、维护保养细则：

定期除垢：钢棒淬火设备感应器使用10个月后，除垢一次，以后每6个月除垢一次。

定期抛光接触面：感应器和变压器的接触面因长期使用造成接触不良，要定期抛光接触面的油污和灰垢。

定期校正：如果一套钢棒淬火炉的感应器频繁使用更换，会造成感应器圆度变形，平面异常。因此要视情况对感应器在模具上进行校正，保证加热效果。

定期报废：感应器为铜制品，在长时间使用中，因为氧化腐蚀，和日常加热工作中的损耗，造成铜管壁厚变薄，电感变化，影响加热效果。因此常用感应器需24个月报废，如果不是常用的感应器30个月报废。