第10章 特种热处理讲解ppt课件.ppt

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1、第十章特种热处理§1表面热处理一、感应加热表面热处理1、目的:提高表面硬度、疲劳强度2、工序:中碳或中碳合金钢(通常)→预备热处理(调质或正火)→表面感应加热淬火→低温回火→三层组织(表层→过渡区→心部)3、原理电磁感应:工件产生涡流→与线圈中交流电频率相同、大小相等、方向相反→电能转换为热能集肤效应:电流密度表面高→表层加热;频率↑→效应↑透热深度δδ:Jx/Jo≈0.37内的深度,产生85~90%热量,此处为δ℃↑→电阻率↑、导磁率↓→δ↑℃大于居里点后,导磁率=1,δ↑、但加热层电流密度Jx↓→不容易过热电阻率

2、在800~900℃,基本不变,∴δ主要与f有关频率f↑→δ↓4、分类高频100-500KHz淬硬深度0.5-2mm中频500-8000Hz淬硬深度3.5-20mm工频50Hz淬硬深度50mm大型工件5、特点相变临界温度提高加热速度快(组织细、成分不均匀)表面质量好(变形小、氧化脱碳少)自动化性能好感应器设计复杂6、组织与性能(1)淬火组织例1:45钢正火预备热处理→感应加热→由表及里→完全A、半A+F、Ac1以下→淬火后相应的组织为→?例2:45钢调质预备热处理→感应加热→由表及里→完全A、半A+F、Ac1以下粗化的

3、回火S、原始回火S→淬火后相应的组织为→?;硬度?例3:过共析钢(2)性能(过渡区窄好)硬度比整体淬火高→耐磨性高(比渗碳效果差)高硬度原因可能是:表面残余压应力;细晶;脱碳少;冷速快→残余A少疲劳强度比渗碳效果好原因:残余压应力;隐晶静强度高综上所述提高疲劳强度→选择感应加热提高表面耐磨性→选择渗碳7、工艺参数(1)温度(热参数):依据材料成分、加热速度确定加热速度↑→Ac1↑、Ac3↑→温度↑→参考图10-3,一般为Ac3+120~180℃由设备功率确定加热速度后,温度合适→组织正常原始组织粗、不均匀→温度↑(2

4、)时间经验观色法光电高温计测温单位功率大,加热速度快,时间短通常由时间控制加热温度金相组织M针长度评估颜色温度颜色温度颜色温度淡黄220蓝黑300黄色850~950暗黄245黑色470白色1200~1300赤褐265暗红550~600灰白色1350紫色285红色700~800根据颜色判定工件的加热温度光学高温计根据物体发光亮度原理实现测温。物体发光亮度一般不受表面质量和介质的影响,经验估计误差在10℃内。(3)单位表面功率ΔPΔP→加热时工件单位表面实际能得到的功率,由设备电源功率控制△P↑→加热速度↑加热速度太快→

5、难控制加热速度太低→效率低,过渡区宽→性能差∴△P=0.3~1.5vkW/cm2为适宜设备功率不够→连续加热;否则→整体加热(4)加热速度加热速度不是常数,初期材料铁磁性→加热速度快→超过居里温度→加热速度慢居里温度后,为了使表面A化→必须加大设备功率→控制加热速度(5)淬硬层深度x与频率f淬硬层深度x:根据经验→工件半径的10%左右→性能最佳由x确定透入深度δ→再选择f→根据f选购设备(设备确定后,f不可以调节)为保证淬硬层温度均匀,δ>x,δ过大,电效率低,故一般取x=(0.4~0.5)δ最佳性能时→x与f关系为

6、:f=60000/x2(6)冷却浸液冷却喷射冷却:自喷;分离式喷射(7)回火炉内回火感应回火:大件,加热层大于淬硬层自回火,AR多、硬度低小结根据X确定f→买设备→功率→加热速度→加热时间根据加热速度、材料成分、原始组织粗细→加热温度由加热时间控制加热温度8、检测表层、心部硬度表层、心部组织层深、分布合理9、感应器设计(1)作用及用材紫铜或电解铜→电能转换为磁能(换能器)(2)设计理论集肤效应:实现表面加热环状效应圆环状线圈截面→环内侧电流密度大→对加热内孔工件不利。f↑→效果↑所以,感应器最好设计为长方形截面邻近效

7、应:两导体相距很近时→磁场相互作用→磁力线重新分布两导体内电流方向相反→内侧电流密度高(比如感应加热线圈与工件)两导体内电流方向相同→外侧电流密度高以上效果随频率↑→明显尖角效应工件尖角、棱边、凸起部分→磁力线密集→容易过热→设计时应加大间隙(3)感应器尺寸截面形状:长方形→避免环状效应高度短工件:感应器高度h1小于工件高度h2→避免尖角效应h1=h2-2s(s为间隙)长工件:h1大于感应区长度5~20%→弥补轴向散热线圈壁厚大于透入深度δ→保证线圈的力学性能。线圈与工件的间隙s影响加热质量、线圈寿命、效率,参考相关

8、资料S大→加热时间长→层深大;S小→容易击穿线圈一般单匝导磁体:中频用硅钢片;高频用铁氧体材料制作。收集开口处的散磁→实现内孔加热。磁屏蔽:铜环(抗磁材料)→反向磁场→削弱铁磁材料→导磁好→漏磁表面淬火用材中碳球铁低淬透性钢限制或降低合金元素,降低淬透性加入Ti,细化晶粒二、激光表面淬火目的:同表面感应淬火激光:大于X射线,小于无线电波,原子从

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