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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 感应加热技术作为一种新的技术被广泛应用到机械工程当中,其是利用电磁感应使被加热的材料（即工 件）的内部产生电流,依靠这些涡流的能量来达到加热的目的；感应加热系统的基本组成包括感应线圈、交 流 电 源 和 工 件 ； 根 据 加 热 对 象 的 不 同 , 可 以 把 线 圈 制 作 成 不 同 的 形 状 ；线圈和电源相连,电源为线圈供应交变电流,流过线圈的交变电流产生一个通过工件的交变磁场,该 磁场使工件产生涡流来加热；感应加热是相伴着汽车工业和拖拉机工业的产生而起步的；由于其具有加热效率高 、速 度快、可控性好及易 于实现机械化和自动化等
2、优点；目前常用的最有效的热处理工艺,具有以下多种应用：表面淬火、透热淬火、回火和排除应力（低 温）、退火和正火（高温）、焊缝退火、粉末金属烧结等；已在熔炼、铸造、弯管、热锻、焊接和表面热 处理等行业广泛应用；在铸造方面,正在快速进展双联熔炼工艺,即利用中频炉保温改性,进行球墨铁或 合金钢的精密浇铸；在锻造方面,利用敢于加热实现快速透热热锻,不仅削减了氧化皮损耗而且大大地增加了锻模的寿命,其材料利用率可达85% ,锻件表面粗糙度可小于50 m；在焊接、淬火方面,国外一方面致力于开发大功率全固态高频电源,一方面致力于开发高度自动化热处理成套处理系统；我国目前每年 大约需要 1000 万 t 铸件,
3、而铸造行业仍以冲天炉熔炼、一般铸铁的铸造为主,吨位较小,导致温度及成 份波动大,废品率高；较好的铸造业废品率也在 6% 15% 间,而一般铸造厂的废品率就高达 30% ；感应淬火技术在汽车制造业的应用前景分析1、感应淬火工艺 随着汽车工业的快速进展,我国采纳感应淬火的零件的种类和品种不断增加；目前我国汽车零件感 应淬火用材料包括：45# 、40Cr 、 55MnVS 、40MnB 、42CrMo 、35# 、ZG45 、球铁、合金铸铁等；感应 加热淬火 介质包括：水、聚乙烯醇、聚迷水溶性淬火介质、UCON 、豪富顿 251 等；所采纳的加热方式及 应用主要包括：横向磁场静止一次加热淬火（销轴类
4、零件、凸轮轴）；横向磁场连续加热淬火（减振器 杆、变速叉轴、扭杆等）；横向磁场多段连续加热淬火（起动机轴、空压机轴等）；纵向磁场整体一次加 热淬火（半轴等）；仿形感应器零件旋转加热淬火（球头销）；感应接触加热淬火（转向齿条）；内孔的 一次及连续加热淬火（输出法兰、钟型壳内腔）；阶梯轴类零件的旋转加热淬火（小红旗后轮毂轴、转向 节）；平面类零件的一次及连续加热淬火（钢板弹簧横向限位板）；薄壁类复杂零件一次及连续加热淬火（前轮毂、滑动轴叉）；复杂外形零件的一次加热淬火（钟型壳变截面轴）；槽口一次淬火（变速叉）；复杂回线工件旋转一次加热淬火（曲轴）等；2、电源 电源是感应加热的关键设备之一,随着感应
5、加热技术的进展,经受了机械式中频发电机组和真空管式高频电源、晶闸管中频电源及全晶体管电源三个进展阶段；在 家,晶闸管中频电源已完全取代了中频发电机组,我国自20 世纪 80 岁月后期,在工业发达国 90 岁月中期也已逐步取代；同机械式中频发电机组相比,晶闸管（SCR ）中频电源具有以下优点：体积小、重量轻、材料消耗少；电效率高,逆变停止时几乎不消耗电能,逆变效率可达 90% 以上；无机械运动、噪音小、运行可靠、负载匹配简洁,可以依据负载情形确定电源的频率；启动停止便利,频率能自动跟踪以保持正确运行状态；产品设计简洁、制造周期短；安装简洁,不需要特殊的基础；修理便利等；我国的晶闸管中频电源的共同
6、特点是全集成化掌握线路数字化程度高于 90% 、启动胜利率几乎达到100% 、除具有常规的水压不足、快熔熔断、过流、过压等爱护功能外,仍具有限流、限压等爱护功能、功能较齐全的晶闸管电源仍配置逆变失败、水温监视等可选功能,其频率最高可以作到 8kHz ,额定功率可以作到 1000kW 左右,假如在装配工艺上再进一步改进的话,可以接近世界先进水平；名师归纳总结 随着技术的进步,跟踪80 岁月国际感应加热技术水平,我国于90 岁月中期开发出第一台电效率较第 1 页,共 7 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 高的 50kW/50kHz IGBT电流型超音频感
7、应加热电源图 2；目前可做到频率0.4 50kHz 、最大功率可达到 800 kW ,频率达到 100kHz 时功率达到 100 kW ； IGBT 应用同期,我国仍胜利研制出 20 kW/300kHz MOSFET 高频电源,缩小了同国际先进水平的 差距,随着大功率 MOSFET 器件的问世,大功率的晶体管高频电源有望年内在感应淬火中应用；3、淬火机床为了适应多品种的批量生产,在汽车生产应用中,我国引进的感应淬火机床种类由传统的专用设备 逐步向柔性化程度较高的通用设备和专用淬火自动生产线进展；通用淬火机床方面,一汽技术中心开发的卧式数控淬火机床（图 3）主驱动采纳沟通伺服电机拖动,移动速度稳
8、固匀称、定位精确、重复精度高；零件旋转采纳变频调速,能适应多方面工艺要求；采纳能量和数控技术对不同性能要求的不同零件感应加热淬火,甚至在同一零件上实现多段变功变速,编程简洁可操作性强；专用淬火机床方面,宁波市神光电炉有限公司经过多年努力,攻克一个个难关,采纳功率脉冲安排 技术、尾座自由顶尖技术、薄型淬火变压器技术、独立悬挂技术、悬挂平稳技术等分别研制胜利曲轴全自动淬火机床（图4）,与电源、水冷系统组成成套淬火设备可对车用内燃机曲轴进行各轴径的圆角+轴径淬火、轴径淬火自回火,采纳运算机掌握,通过显示屏对设备的加热、淬火工艺参数诸如电压、电流、频率、时间、压力、流量温度等进行监控和显示,目前国内多
9、家采纳；这些机床在传动系统方面主要采纳机械传动,代表现代机械传动技术的滚珠丝杠和直线导轨等先进 技术被广泛采纳；主驱动采纳伺服数控、变频调速,移动速度稳固匀称；拖架定位精确,重复精度高；工件旋转采纳变频调速取代固定转速,能适应多方面工艺要求；上下料系统采纳较先进的步进链传动、托盘送进料、人工送取料；另外,在一条生产线中,大功率电源用于淬火,然后用较低功率回火,两个工序在一条生产线上自动完成,削减了重复上下工件的工序,降低了劳动强度,提高了生产效率；4、其他器件及冷却系统在气动式和接触器式功率切换器、电热电容器、淬火变压器、动作次序掌握及显示、变压器三维移 动快换接头等方面,我国也取得了很多技术
10、进步,使淬火技术和工艺水平不断提高；对于冷却和淬火水循环装置,在消化懂得国际感应加热成套设备用水冷系统最新技术基础上,我国自行研制胜利适合我国国情的新型、高效、价廉的软水冷却机和水 加热设备的牢靠性,延长了设备的使用寿命；-水冷却机,换热效率高,大大提高了虽然近年来我国感应淬火技术得到了快速进展,但与工业发达国家相比,仍有相当大的差距； MOSFET 高频电源是工业发达国家的首选产品,而我国在高频段仍以晶闸管沟通调压、高压硅堆整 流、节能型电子管振荡器式电源为主；IGBT 超音频电源有部分取代晶闸管中频电源的趋势,而我国在这 方面的应用仍不够普及；近些年来虽然晶闸管中频电源应用较为普遍,但由于
11、老企业改造步伐的限制,仍 有部分中频停留在发电机组；必需指出,虽然我国能够生产MOSFET 、 IGBT 和 SIT 感应加热淬火用电源,但品种和规格没有国外那么多、那么细,由于关键主要电力电子器件国内仍不能生产,必需进口,所以从性能和技术水平方面和国外相比仍有相当大的差距；总体来说,和工业发达国家相比,我国的数控及全自动淬火机床开发属起步阶段；在自动化水平上,国内设备大部分是人工上下料,自动化程度较低；能量监控虽有应用但技术仍不够成熟；FUNAC 、SIMENS 伺服系统有所应用,但多为点位直线运动,属简易型,多轴连动类型的数控系统尚未得到应用；名师归纳总结 - - - - - - -第 2
12、 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 另外,运算机掌握技术在感应加热淬火中应用远不如国外那样成熟,例如自动识别进机零件、不合格零件 自动剔除；工艺参数跟踪及偏离给定值修正等；在感应器制造技术、感应器快换、导磁体材料与利用、冷 却水循环系统、淬火介质讨论与应用等方面也有相当大的差距；鉴于这些差距,我国应积极行动,建立严格的引进消化政策,防止重复引进,限期剔除耗能严峻的 电源,集中力气开发短缺部件,提高淬火机床配套质量等,使感应加热技术快速赶上世界先进水平；淬火工艺过程中的一些关键点掌握淬火工艺 是将钢加热到 AC3 或 AC1 点以上某一温度,保持肯定时间,然后以适当
13、速度冷却获得马氏 体和（或）贝氏体组织的热处理工艺；淬火的目的是提高硬度、强度、耐磨性以满意零件的使用性能；淬火工艺应用最为广泛,如工具、量具、模具、轴承、弹簧和汽车、拖拉机、柴油机、切削加工机床、气动工具、淬火工艺是将钢加热到AC3 或 AC1 点以上某一温度,保持肯定时间,然后以适当速度冷却获得马氏体和（或）贝氏体组织的热 处理工艺；（1） 淬火加热温度 淬火加热温度依据钢的成分、组织和不同的性能要求来确定；亚共析钢是 AC3+ （ 3050）；共 析钢和过共析钢是 AC1+ （ 3050）；亚共析钢淬火加热温度如选用低于 AC3 的温度,就此时钢尚未 完全奥氏体化,存在有部分未转变的铁素
14、体,淬火后铁素体仍保留在淬火组织中；铁素体的硬度较低,从 而使淬火后的硬度达不到要求,同时也会影响其他力学性能；如将亚共析钢加热到远高于 AC3 温度淬 火,就奥氏体晶粒回显著粗大,而破坏淬火后的性能；所以亚共析钢淬火加热温度选用 AC3+ （ 3050）,这样既保证充分奥氏体化,又保持奥氏体晶粒的细小；过共析钢的淬火加热温度一般举荐为AC1+ （ 3050）；在实际生产中仍依据情形适当提高20 左右；在此温度范畴内加热,其组织为细小晶粒的奥氏体和部分细小匀称分布的未溶碳化物；淬火后除极 少数残余奥氏体外,其组织为片状马氏体基体上匀称分布的细小的碳化物质点；这样的组织硬度高、耐磨 性号,并且脆
15、性相对较少；过共析钢的淬火加热温度不能低于AC1,由于此时钢材尚未奥氏体化；如加热到略高于AC1 温度时,珠光体完全转变承奥氏体,并又少量的渗碳体溶入奥氏体；此时奥氏体晶粒细小,且其碳的质量分数 已稍高于共析成分；假如连续上升温度,就二次渗碳体不断溶入奥氏体,致使奥氏体晶粒不断长大,其碳 浓度不断上升,会导致淬火变形倾向增大、淬火组织显微裂纹增多及脆性增大；同时由于奥氏体含碳量过 高,使淬火后残余奥氏体数量增多,降低工件的硬度和耐磨性；因此过共析钢的淬火加热温度高于 AC1 太多是不合适的,加热到完全奥氏体化的 ACm 或以上温度就更不合适；在生产实践中挑选工件的淬火加热温度时,除了遵守上述一
16、般原就外,仍要考虑工件的化学成分、技术要求、尺寸外形、原始组织以及 中频加热设备 、冷却介质等诸多因素的影响,对加热温度予以适当调 整；如合金钢零件,通常取上限,对于外形复杂零件取下限；名师归纳总结 强韧化新工艺选用的淬火加热温度与常用淬火温度有所区分；如亚温淬火是亚共析钢在略低于AC3 的温第 3 页,共 7 页度奥氏体化后淬火,这样可提高韧性,降低脆性转折温度,并可排除回火脆性；如45、 40Cr 、60Si2 等材料制成的工件亚温淬火加热温度为AC3 （ 510）；采纳高温淬火可获得较多的板条状马氏体或使全部板条马氏体提高强度和韧性；如16Mn 钢在 940 淬火, 5CrMnMo 钢在
17、 890 淬火, 20CrMnMo钢在 920 淬火,成效较好；高碳钢低温、快速、短时加- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 热淬火,适当降低高碳钢的淬火加热温度,或采纳快速加热及缩短保温时间的方法,可削减奥氏体的碳含 量,提高钢的韧性；（2） 保温时间为了使工件内外各部分均完成组织转变、碳化物溶解及奥氏体的成分匀称化,就必需在淬火加热温 度保温肯定时间,既保温时间；（3） 淬火介质工件进行淬火冷却所使用的介质称为淬火冷却介质（或淬火介质）；抱负的淬火介质应具备的条件 是使工件既能淬成马氏体,又不致引起太大的淬火应力；这就要求在 C 曲线的 “鼻子 ”以上
18、温度缓冷,以减 小急冷所产生的热应力；在“鼻子 ”处冷却速度要大于临界冷却速度,以保证过冷奥氏体不发生非马氏体转 变；在 “鼻子 ”下方,特殊是 Ms 点以下温度时,冷却速度应尽量小,以减小组织转变的应力；常用的淬火 介质有水、水溶液、矿物油、熔盐、熔碱等； 水 水是冷却才能较强的淬火介质；来源广、价格低、成分稳固不易变质；缺点是在 C 曲线的 “鼻子 ”区（500 600 左右）,水处于蒸汽膜阶段,冷却不够快,会形成“软点 ”；而在马氏体转变温度区（300 100 ）,水处于沸腾阶段,冷却太快,易使马氏体转变速度过快而产生很大的内应力,致使工件变形甚 至开裂；当水温上升,水中含有较多气体或水
19、中混入不溶杂质（如油、肥皂、泥浆等）,均会显著降低其 冷却才能；因此水适用于截面尺寸不大、外形简洁的碳素钢工件的淬火冷却； 盐水和碱水 在水中加入适量的食盐和碱,使高温工件浸入该冷却介质后,在蒸汽膜阶段析出盐和碱的晶体并立 即爆裂,将蒸汽膜破坏,工件表面的氧化皮也被炸碎,这样可以提高介质在高温区的冷却才能；其缺点是介质的腐蚀性大；一般情形下,盐水的浓度为10,苛性钠水溶液的浓度为10 15 ；可用作碳钢及低合金结构钢工件的淬火介质,使用温度不应超过 油60,淬火后应准时清洗并进行防锈处理；冷却介质一般采纳矿物质油（矿物油）；如机油、变压器油和柴油等；机油一般采纳 10 号、 20 号、30 号
20、机油,油的号越大,黏度越大,闪点越高,冷却才能越低,使用温度相应提高；目前使用的新型淬火油主要有高速淬火油、光亮淬火油和真空淬火油三种；高速淬火油是在高温区 冷却速度得到提高的淬火油；获得高速淬火油的基本途径有两种,一种是选取不同类型和不同黏度的矿物 油,以适当的配比相互混合,通过提高特性温度来提高高温区冷却才能；另一种是在一般淬火油中加入添 加剂,在油中形成粉灰状浮游物；添加剂游磺酸的钡盐、钠盐、钙盐以及磷酸盐、硬脂酸盐等；生产实践 说明,高速淬火油在过冷奥氏体不稳固区冷却速度明显高于一般淬火油,而在低温马氏体转变区冷速与普 通淬火油相接近；这样既可得到较高的淬透性和淬硬性,又大大削减了变形
21、,适用于外形复杂的合金钢工 件的淬火；光亮淬火油能使工件在淬火后保持光亮表面；在矿物油中加入不同性质的高分子添加物,可获得不 同冷却速度的光亮淬火油；这些添加物的主要成分是光亮剂,其作用是将不溶解于油的老化产物悬浮起 来,防止在工件上积聚和沉淀；另外,光亮淬火油添加剂中仍含有抗氧化剂、表面活性剂和催冷剂等；真空淬火油是用于真空热处理淬火的冷却介质；真空淬火油必需具备低的饱和蒸汽压,较高而稳固 的冷却才能以及良好的光亮性和热稳固性,否就会影响真空热处理的成效；盐浴和碱浴淬火介质一般用在 分级淬火和等温淬火中；名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 7 页精选学习资料 - - -
22、- - - - - - 新型淬火剂 有聚乙烯醇水溶液和三硝水溶液等；聚乙烯醇常用质量分数为 0.1 0.3之间的水溶液,共冷却 才能介于水和油之间；当工件淬入该溶液时,工件表面形成一层蒸汽膜和一层凝胶薄膜,两层膜使加热工 件冷却；进入沸腾阶段后,薄膜破裂,工件冷却加快,当达到低温时,聚乙烯醇凝胶膜复又形成,工件冷 却速度又下降,所以这种溶液在高、低温区冷却才能低,在中温区冷却才能高,有良好的冷却特性；三硝水溶液由25硝酸钠 +20 亚硝酸钠 +20 硝酸钾 +35 水组成；在高温（650 500 ）时由于盐晶体析出,破仍蒸汽膜形成,冷却才能接近于水；在低温（差,冷却才能接近于油,故其可代替水油
23、双介质淬火；（4） 冷却方法300 200 ）时由于浓度极高,流淌性生产实践中应用最广泛的淬火分类是以冷却方式的不同划分的；主要有单液淬火、双液淬火、分级 淬火和等温淬火等； 单液淬火 是将奥氏体化工件浸入某一种淬火介质种,始终冷却到室温的淬火操作方法；单液淬火介质有水、盐水、碱水、油及特地配制的淬火剂等；一般情形下碳素钢淬火,合金钢淬油；单液淬火操作简洁,有 利于实现机械化和自动化；其缺点是冷速受介质冷却特性的限制而影响淬火质量；单液淬火对碳素钢而言 只适用于外形较简洁的工件； 双液淬火 是将奥氏体化工件先浸入一种冷却才能强的介质,在钢件仍未达到该淬火介质温度之间即取出,马 上浸入另一种冷却
24、才能弱的介质中冷却,如先水后油、先水后空气等；双液淬火削减变形和开裂倾向,操 作不好把握,在应用方面有肯定的局限性； 马氏体分级淬火 是将奥氏体化工件先浸入温度稍高或稍低于钢的马氏体点的液态介质（盐浴或碱浴）中,保持适当 的时间,待钢件的内、外层都达到介质温度后取出空冷,以获得马氏体组织的淬火工艺,也称分级淬火；分级淬火由于在分级温度停留到工件内外温度一样后空冷,所以能有效地削减相变应力和热应力,削减淬 火变形和开裂倾向；分级淬火适用于对于变形要求高的合金钢和高合金钢工件,也可用于截面尺寸不大、外形复杂地碳素钢工件； 贝氏体等温淬火 是将钢件奥氏体化,使之快冷到贝氏体转变温度区间（260 40
25、0 ）等温保持,使奥氏体转变为贝 氏体的淬火工艺,有时也叫等温淬火；一般保温时间为 3060min ； 复合淬火 将工件急冷至 Ms 以下获得 10 20 马氏体,然后在下贝氏体温度区等温；这种冷却方法可使较 大截面地工件获得组织 M+B 组织；预淬时形成的马氏体可促进贝氏体转变,在等温时又使马氏体回火；复合淬火用于合金工具钢工件,可防止第一类回火脆性,削减残余奥氏体量即变形开裂倾向；特殊工件也 采纳压缩空气淬火、喷雾淬火、喷流淬火；电炉转炉平炉在生产过程中的区分生产过程中炼钢的方法有很多种,其基本原理是相同的,所不同的是在冶炼过程中需要的氧和热能 来源不同,所用的设备和操作方法不同；目前各国
26、采纳的炼钢方法有转炉炼钢、电炉炼钢和平炉炼钢等,名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 而主要进展趋势为纯氧顶吹转炉炼钢；至1976 年,转炉钢已占世界钢总产量的70 ；（1）电炉炼钢法 电炉炼钢法主要利用电弧热,在电弧作用区,温度高达 4000 ；冶炼过程一般分为熔化期、氧化期 和仍原期,在炉内不仅能造成氧化气氛,仍能造成仍原气氛,因此脱磷、脱硫的效率很高；以废钢为原料的电炉炼钢,比之高炉转炉法基建投资少,同时由于直接仍原的进展,为电炉供应金属化球团代替大部分废钢,因此就大大地推动了电炉炼钢；世界上现有较大型的电炉约40
27、0t ；1400 座,目前电炉正在向大型、超高功率以及电子运算机自动掌握等方面进展,最大电炉容量为国外 150t 以上的电炉几乎都用于冶炼一般钢,很多国家 于电力和废钢不足,目前主要用于冶炼优质钢和合金钢；（2）纯氧顶吹转炉炼钢法电炉 钢产量的 60 80均为低碳钢；我国由这种方法是 1952 年以后进展起来的新技术,它是目前世界上采纳较多也是较先进的一种方法；纯氧顶吹转炉炼钢有以下优点：（i）生产速度快 由于用纯氧吹炼,就会高速降碳,快速提温,大大缩短冶炼时间；一座 300t 转炉吹炼时间不到 20min ,包括帮助工作时间在内,一共不超过 1h；（ ii）品种多、质量好纯氧顶吹转炉既能炼一
28、般钢,也能炼一般低碳钢；如首都钢厂采纳这种方法成功地试炼了一百多种钢材；由于用纯氧吹炼,钢中氮、氢等有害气体含量较低；（iii）基建投资和生产费用低纯氧顶吹转炉的基建投资相当于同样生产量的平炉车间的6070,生产费用也低于平炉；目前纯氧顶吹转炉随着氧枪的多孔喷头的研制胜利,大大提高了单位时间内的供氧量,并由于操作技术上的革新（例如,用电子运算技术来调剂、掌握冶炼过程）,不论转炉容量的大小,吹炼时间基本上相差不多,即使 300t 转炉,净吹氧时时也可缩短到 12min 左右；在肯定限度内,炉容量越大,经济成效越好,因此顶吹转炉快速走向大型化；现在世界上最大的转炉为 350t ,并且正在讨论建造
29、400 450t 转炉；（3）平炉炼钢法五十岁月以前,平炉钢占世界钢产量的 85；近年来,除浇铸大型铸件或供水压机等成材的大钢锭,平炉炼钢仍在发挥其作用外,由于纯氧顶吹转炉炼钢技术的进展,转炉钢的产量大幅度增长,世界各国平炉钢产量才逐年下降；平炉炼钢法的最大缺点是冶炼时间长（一般需要 6 8h）,燃料耗损大（热能的利用只有 20 25）,基建投资和生产费用高；一个年产 1200 万吨钢的钢厂,只要建成六个 250 300t 的纯氧顶吹转炉就够了,假如修建平炉却需要 500t 的大型平炉 30 40 座；虽然目前世界上仍在生产的平炉已普遍采纳氧气炼钢,生产率有较大的提高,但除尘系统复杂,投资昂扬,因此平炉炼钢不再发展,甚至有拆除改建为顶吹或底吹转炉的趋势；名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 钢铁冶炼流程（炼钢炼铁等金属冶炼都可以通用的基础流程）名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 7 页