高频感应透热对渗碳件重新加热淬火,可以这么做

高频热处理生产实践中,有些重要的渗碳淬火零件,为满足金相组织及性能要求渗碳后须采用重新加热淬火,即俗称的“二次淬火”。众所周知,“二次淬火”加热必须在有保护的条件下进行,以防止渗碳后的零件出现脱碳、贫碳等现象。

感应透热在锻造行业中已有广泛应用,在热处理行业中仅有少数企业将此加热方式用于调质处理,而对于渗碳零件须严格控制心、表温度、加热时间等参数才能满足组织要求的热处理工艺,感应透热尚无实际应用。

1.传统工艺路线及热处理技术要求

某公司专门对摩托车发动机曲轴总成中曲柄销进行热处理,图1为曲柄销外观示意,图2为“二次淬火”加热传统盐浴炉加热工艺路线,表1热处理技术要求。

高频感应加热 高频淬火 曲轴淬火

图1 曲柄销外观示意

高频感应加热 高频淬火 曲轴淬火
高频感应加热 高频淬火 曲轴淬火

2.采用感应透热的可行性

被加热工件为直径30mm,长度54mm外形规则的圆柱体,工件在感应器里可均匀加热。感应加热是快速加热,通过感应圈时间短,所以在感应加热时工件来不及脱碳、贫碳,选择合适的功率及频率,可使工件达到透热效果,保证工件心表温度及硬度、金相组织。

3.感应加热工艺参数的确定

(1)化学成分

20CrMo化学成分(GB/T 3077-1988标准)见表2

高频感应加热 高频淬火 曲轴淬火

(2)淬火温度选择

20CrMo曲柄销渗碳后,心部为平均碳含量0.2%的低碳合金钢,表面为0.8%~1.1%的高碳合金钢,根据感应淬火的相变特点,选定淬火加热最终温度为880~900℃。

(3)频率的选择

感应淬火工艺中,施加在淬火感应器上的电流振荡频率对满足技术要求和提高热处理质量起着决定作用,同时对于充分发挥设备的效能也很重要。

感应加热条件下感生电流的有效透入深度h为:

h=5000ρ/μf

式中 h——电流有效透入深度;

ρ——工件电阻率(Ω/cm);

μ——工件相对磁导率;

f——通过感应线圈的电流频率(Hz)。

根据有效温度需要达到880~900℃,工件心部与表面温度差<10℃,可知理论透入深度h为直径的一半,则:

h=d/2=15mm

超过居里点之后,电阻率为:

ρ=10-4Ω/cm

相对磁导率为:μ=1

带入条件等式得:

f <1111.11Hz

基于设备条件选择f为1050Hz。

(4)功率选择

在连续生产的感应加热生产线上,穿透加热电源设备采用的功率应考虑生产能力。所需功率P可用下式计算:

P=CTG/(0.24tη)

          

式中  C——材质比热,0.156kcal/kg℃;

G——工件重量,0.27kg/颗;

T——加热温度,900℃;

t——时间,2s;

η——加热效率,根据经验加热效率定为55%。

将数值代入式中得P=143.6kW。

由于电源设备输出功率受很多因素影响,因此我们选择设备功率为200kW。

(5)工进速度

感应加热属于快速加热,加热时间对产品质量影响很大。因此,需要严格控制工进速度,从而控制加热时间,最终得到需要的金相组织。设备采用链条传动式进料系统,通过控制传动频率以调整工进速度和加热时间。