热处理原理工艺及设备课件.ppt

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1、热处理原理、工艺及设备Principles,TechnologyandEquipmentsforHeatTreatment第三部分热处理设备（4）EquipmentsforHeatTreatment1§14感应加热设备随着科学技术的发展，表面热处理技术得到了广泛的应用。表面热处理可以提高产品质量，缩短生产周期和改善劳动条件，提高生产组织水平。目前应用最广泛的表面热处理是感应热处理，它可应用于淬火、回火、正火、调质、透热等，适用于机械化大生产，可通过计算机控制实现无人操作。感应加热示意图感应加热示意图激光加热表面淬火2§14.1感应加热概述一、感应加热的基本原理感应加热的物理基

2、础将工件放在感应器中，当感应器中通过交变电流时，在其内部产生交变磁场，由交变磁场激发的感应电势将在工件的表面产生感应电流，这种电流又称涡流。因为工件材料的电阻很小，所以不大的感应电势便造成强度很大的涡流，从而释放出大量的焦耳热，使工件表面层温度迅速升高。3§14.1感应加热概述集肤效应：涡流在工件表面最大，由表面向心部呈指数规律衰减的现象。感应电动势的瞬时值：e＝-dø/dt(V)式中：dø/dt表示磁通ø对时间的变化率，负号表示感应电动势方向与dø/dt方向相反。电流透入深度：工程上规定，当涡流强度从表面向内层降低到其数值等于表面最大涡流强度的0.368倍时，该处到表面的距

3、离称为电流透入深度。对于碳钢：δ=500·f-1/2(mm)f－电流频率4§14.1感应加热概述感应加热的物理过程感应加热开始时，工件处于室温，电流透入深度很小，仅在此薄层内进行加热。但温度超过A2点后，表面由铁磁性变为顺磁性，表面电流密度下降，而在紧靠顺磁体层的铁磁体处，电流密度剧增，此处迅速被加热，温度也很快升高。由此，工件截面内最大密度的涡流由表面向心部逐渐推移，同时自表面向心部依次加热。这种加热方式称为透入式加热。与此同时，由于热传导的作用，热量向工件内部传递，加热层厚度增厚，这时工件内部的加热和普通加热相同，称为传导式加热。5§14.1感应加热概述透入式加热较传导式

4、加热有如下特点表面的温度超过A2点以后，最大密度的涡流流向内层，表层加热速度开始变慢，不易过热，而传导式加热随着加热时间的延长，表面继续加热容易过热；加热迅速，热损失小，热效率高；热量分布较陡，淬火后过渡层较窄，使表面压应力提高。6§14.1感应加热概述二、感应加热设备的分类工频应加热设备f＝50Hzδ>10mm，适用于大型工件（如冷轧辊）中频感应加热设备f＝500~10000Hzδ≈5mm，适用于中小型工件高频感应加热设备f＝100~300kHzδ<3mm，适用于大多数工件表面淬火7§14.1感应加热概述8§14.1感应加热概述三、中高频电流的特点1、集肤效应定义：当交变电

5、流通过施感导体时，导体的表面的电流密度最大，越向导体内部电流密度越小，这种现象称集肤效应(或称表面效应)。电流的频率越高，集肤效应越显著。9§14.1感应加热概述涡流由表面向心部衰减规律（指数规律）I0－表面涡流强度c－光速ρ－工件材料的电阻率u－工件材料的导磁率x－距工件表面的距离f－交流电频率10§14.1感应加热概述当f很高时，电流大部分集中在导体表面，心部已无电流，这样导致导体的有效电阻增加，导体发热显著增加。因此，感应器的施感导体常采用空心的铜管制成，管内通水冷却，以降低施感导体温度。11§14.1感应加热概述2、临近效应定义：当两个载有高频电流的导体彼此相距很近时

6、，每个导体内的电流将重新分布。如果两个导体中电流方向相同，则最大电流密度将出现在两导体相背的一面，如果两个导体中电流方向相反，则最大电流密度将出现在两导体相邻的一面。这种电流向一侧集中的现象叫临近效应。导体内电流的频率越高，邻近效应越明显。12§14.1感应加热概述13§14.1感应加热概述3、圆环效应定义：当高频电流流过环形导体时，电流在导体横截面上的分布将发生变化，此时电流仅仅集中在圆环的内侧，这种现象叫圆环效应。圆环的曲率半径越小，径向宽度越大，圆环效应也越明显；电流的频率越大，圆环效应也越显著。14§14.1感应加热概述当加热圆柱体的外表面时，圆环效应与邻近效应一致，

7、感应器中的电流与工件表面靠近。但是对于加热内孔的感应器来说，圆环效应与临近效应不一致，圆环效应使电流在感应器施感导体内侧流过，因而电流距内孔表面较远，邻近效应减弱，使加热效率降低。15§14.1感应加热概述4、尖角效应定义：当用感应器加热不规则形状工件表面时，工件的尖角部位的加热强度远较其它光滑平坦部位强烈，往往会造成过热(例如，齿轮的齿顶部位)，这种现象称做尖角效应。尖角效应是由于磁力线易于在尖角处集中，感应涡流较强的缘故。为了克服这一现象，在设计形状不规则的工件时，应适当加大尖角或凸出部位与感应器之