感應(yīng)淬火常用的工藝路線為:鍛造—退火或正火—粗加工—調(diào)質(zhì)或正火—感應(yīng)淬火—低溫回火—精磨—成品。
影響感應(yīng)淬火的因素通常包括熱參數(shù)和電參數(shù)兩類。熱參數(shù)主要為感應(yīng)加熱溫度、加熱時(shí)間及加熱速度等,電參數(shù)有設(shè)備頻率、比功率、陽極電壓、槽路電壓及柵極電流等。在實(shí)際感應(yīng)加熱過程中,通常采用調(diào)整電參數(shù)來合理控制熱參數(shù),以保證工件感應(yīng)淬火的質(zhì)量。
1.預(yù)備熱處理
表面淬火前的預(yù)備熱處理不僅是為表面淬火做好組織準(zhǔn)備,而且也是使鍛件在整個(gè)截面上具備良好的力學(xué)性能。對(duì)結(jié)構(gòu)鋼鍛件而言,調(diào)質(zhì)處理后鍛件可獲得良好的綜合力學(xué)性能,并且回火索氏體組織在表面淬火加熱時(shí)易獲得比較均勻的奧氏體。如果鍛件心部性能要求不高,也可采用正火。預(yù)備熱處理時(shí)要嚴(yán)格控制表面脫碳,以免降低表面淬火質(zhì)量。
2.比功率的選擇
比功率是指感應(yīng)加熱時(shí)鍛件單位面積上所供給的電功率。它對(duì)鍛件的淬火加熱過程有重要影響。在頻率一定時(shí),比功率越大,加熱速度越快;當(dāng)比功率一定時(shí),頻率越高,電流透入越淺,加熱速度越快。因此,比功率主要決定了加熱速度和可能達(dá)到的加熱溫度。比功率太低,將導(dǎo)致加熱不足,加熱層深度增加,過渡區(qū)增大。連續(xù)淬火時(shí),加熱溫度除與比功率有關(guān)外,還與相對(duì)移動(dòng)速度有關(guān)。當(dāng)功率一定時(shí),鍛件移動(dòng)慢則相對(duì)加熱時(shí)間長,會(huì)使溫度升高,通過熱傳導(dǎo)使硬化層深度增加。
3.感應(yīng)淬火溫度的選擇
感應(yīng)淬火溫度是指感應(yīng)加熱時(shí)鍛件表面的加熱溫度,它與鋼的化學(xué)成分、原始組織及加熱速度等因素有關(guān)。鍛件感應(yīng)淬火時(shí),首先要確保加熱溫度的正確性,然后根據(jù)技術(shù)要求確定和調(diào)整其他工藝參數(shù)和電參數(shù)等。由于感應(yīng)加熱速度快,奧氏體晶粒來不及均勻化及長大。如果淬火溫度過高,則會(huì)造成組織粗大、淬裂、力學(xué)性能降低等不良后果;如果淬火溫度過低,組織轉(zhuǎn)變不完全,會(huì)造成硬度降低。
4.頻率的選擇
高頻感應(yīng)淬火時(shí),應(yīng)根據(jù)鍛件尺寸及硬化層深度要求,正確選擇電流頻率。頻率越高,透入深度越淺。實(shí)際生產(chǎn)時(shí),所選用頻率不宜過低,否則需用相當(dāng)大的比功率才能獲得所要求的硬化層深度,且無功損耗太大。為此,規(guī)定硬化層深度應(yīng)不小于熱態(tài)電流透入深度的1/4。
5.淬火加熱方式的選擇
在設(shè)備功率足夠、生產(chǎn)批量比較大的情況下應(yīng)采用同時(shí)加熱法;在單件、小批量生產(chǎn)中,軸類、桿類及尺寸較大的平面加熱時(shí)應(yīng)采用連續(xù)加熱法。如果鍛件是較長的圓柱形,為了使加熱均勻,還可使鍛件其本身的軸線旋轉(zhuǎn)。在設(shè)備功率足夠大的條件下,應(yīng)盡量采用同時(shí)加熱法。因?yàn)橥瑫r(shí)加熱法具有一系列的有點(diǎn):硬化區(qū)和感應(yīng)器的相對(duì)位置固定,便于操作;工件在感應(yīng)器內(nèi)可上下移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng),有利于調(diào)整表面的加熱溫度;硬化層均勻;質(zhì)量穩(wěn)定。因此,該方法是目前生產(chǎn)實(shí)際中最廣泛使用的感應(yīng)淬火方法。
同時(shí)加熱法的主要參數(shù)為輸出功率和加熱時(shí)間,連續(xù)加熱法的主要參數(shù)為輸出功率和感應(yīng)器與鍛件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度。對(duì)兩個(gè)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整時(shí),要確保工件加熱的均勻、無軟點(diǎn)和軟帶產(chǎn)生。
6.淬火冷卻方式和淬火冷卻介質(zhì)的選擇
感應(yīng)淬火的冷卻方法及淬火冷卻介質(zhì)應(yīng)根據(jù)材料、鍛件形狀和大小、采用的加熱方式和淬硬層深度等因素綜合考慮確定。感應(yīng)加熱后,噴射冷卻是最常用的冷卻方式,它既適合于同時(shí)加熱淬火,也適合于連續(xù)加熱淬火。噴射冷卻的冷卻速度可以通過調(diào)節(jié)液體壓力,溫度及噴射時(shí)間來控制。一般噴射器和感應(yīng)器是分開的,但也有感應(yīng)器本身兼噴射器的。浸液冷卻適合于同時(shí)加熱淬火。埋油冷卻適用于細(xì)、薄鍛件或 合金鋼齒輪,以減少變形和開裂。
常用的感應(yīng)淬火冷卻介質(zhì)有水、聚乙烯酵水溶液、乳化液和油等。由于油容易燃燒并會(huì)產(chǎn)生大量的油煙,影響安全生產(chǎn)以及污染環(huán)境,所以建議用水溶性合成淬火冷卻介質(zhì)取代油。盡管有機(jī)合成淬火冷卻介質(zhì)具有良好的冷卻效果,但水的優(yōu)勢為清潔、廉價(jià)、無環(huán)境污染,因此得到廣泛的應(yīng)用。
為了避免產(chǎn)生淬火裂紋或畸變量過大,必須控制冷卻時(shí)間和噴射壓力,以使鍛件既能保證有足夠的表面硬度,又能利用鍛件內(nèi)部余熱自回火。在同時(shí)加熱淬火時(shí),當(dāng)鍛件加熱到溫后,應(yīng)在空氣中停留瞬間以適當(dāng)降低表面溫度后再噴冷或浸淬。連續(xù)加熱淬火時(shí)可調(diào)整感應(yīng)器的移動(dòng)速度和間隙、噴水孔與鍛件的軸向夾角來改變鍛件的預(yù)冷時(shí)間。單獨(dú)設(shè)置噴水圈時(shí),可改變它與感應(yīng)器的距離來掌控預(yù)冷時(shí)間。