感应热处理的应用现状

感应热处理的应用现状 李杨 20090560 材料科学与工程学院090201

前言 感应加热热处理是用感应电流使工件局部加热的表面热处理工艺。这种热处理工艺常用于表面淬火，也可用于局部退火或回火，有时也用于整体淬火和回火。20世纪30年代初，美国、苏联先后开始应用感应加热方法对零件进行表面淬火。随着工业的发展,感应加热热处理技术不断改进,应用范围也不断扩大。 我国感应加热在工业上的应用，起步于20世纪50年 代，在机床制造、纺织机制造、汽车、拖拉机工业等部门应用最早，当时的感应加热技术，绝大部分来自前苏联，少部分来自捷克、比利时等国家。对外开放以来，通过出国考察、进口设备、引进技术等多种渠道，工业发达国家的现代感应加热技术逐渐进入了我国工业的各个部门，使感应加热一节能、高效、自动化、高重现性、环保的技术更有效地得到利用。本文主要叙述了感应加热热处理的基本原理、特点及应用领域。 一、 感应加热热处理的基本原理 感应热处理的基本原理是将工件放入感应器(线圈)内，当感应器中通入一定频率的交变电流时,周围即产生交变磁场。交变磁场的电磁感应作用使工件内产生封闭的感应电流──涡流。感应电流在工件截面上的分布很不均匀，工件表层电流密度很高，向内逐渐减小, 这种现象称为集肤效应。工件表层高密度电流的电能转变为热能，使表层的温度升高，即实现表面加热。电流频率越高，工件表层与内部的电流密度差则越大，加热层越薄。在加热层温度超过钢的临界点温度后迅速冷却，即可实现表面淬火。 二、 感应加热热处理的特点 （1）感应热处理工艺有利于贯彻国家环保节能和实现可持续发展的方针和政策有电老虎之称的电能是机械工业行业的主要动力。据统计，热处理的用电量占到了机械工业总耗电量的25%，感应热处理用电量约占热处理设备总用电量的20%～25%。感应加热能够自动控制工艺施行的整个过程，避免了不必要的电力资源的浪费和消耗。在电力资源消耗减少的同时，感应热处理工艺的效率也得到了提高。 （2）感应热处理工艺有利于加快加热速度，提高生产效率由于热处理的整个过程都是靠感应来完成的，所以整个热处理过程能够缩短4倍以上。减少了电力资源的浪费，使得热感应热处理工艺的加热速度也得到了加快，促进了整体生产效率，最终使得企业获得高额利润。 （3）感应热处理工艺有利于实现生产自动化在感应加热设备和淬火机床设备，微处理机等设备机器的密切配合下，可以实现生产工件在下料和淬火机床的运转的全部自动化在整个生产流水线上，利用微机处理技术对淬火加热及冷却时间，加热速度，淬火机床运转速度，淬火介质的温度，变频机的电参数等进行监控，完成冷热加工连续生产的自动化。 （4）感应热处理工艺为工作人员提供了一个健康良好的劳动环境感应加热处理不像电炉、油炉那样在工作状态下释放大量的热辐射，造成工作环境的污染。而感应热处理工艺的执行只需要在常温状态下进行，而且开炉停炉等工作也很方便。所以，感应热处理工艺为一线工作人员的身体健康提供了良好的工作条件。 （5）感应热处理工艺有利于提高表面强化效果感应加热处理的速度比较快，能够提高金属材料的相变温度，加速奥氏体转变的过程。采用感应电阻进行加热和大功率的脉冲感应进行加热时，就能够得感应热处理工艺的实践与探讨。

三、 感应加热热处理技术的应用现状 （1）感应热处理在发动机领域的应用 感应热处理技术两个多世纪前已经被人们知晓，但其真正的发展是在20世纪初期，当时俄罗斯和美国科学家们确立了它的工业用途。今天，这项技术的控制不仅可以非常精确地淬硬发动机零部件以及消除零部件上的残余应力，也能够处理非常简单轻巧的轴和复杂的长达6m的曲轴。 感应热处理技术在发动机领域应用广泛，EFD公司能够处理阀体(头部和杆部)、齿轮(常规或轮廓淬火)、活塞杆、气缸、喷油器体、凸轮、凸轮轴、摇臂、平衡轴与曲轴。当然所有这些部件均需要特别的功率和适宜的频率。EFD全力研制设备频率范围和各类电源，以适应所有这些不同形状的工件。 （2）感应热处理在淬火机床中的应用

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发展。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主驱动采用交流伺服电机拖动，移动速度稳定均匀、定位准确、重复精度高;零件旋转采用变频调速，能适应多方面工艺要求;采用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，编程容易可操作性强。专用淬火机床方面，二汽和天舒机电科技有限公司经过多年努力，攻克一个个难关，采用功率脉冲分配技术、尾座自由顶尖技术、薄型淬火变压器技术、独立悬挂技术、悬挂平衡技术等分别研制成功曲轴全自动淬火机床，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，采用计算机控制，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，目前国内多家采用。这些机床在传动系统方面主要采用机械传动，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用;主驱动采用伺服数控、变频调速，移动速度稳定均匀;拖架定位准确，重复精度高;工件旋转采用变频调速取代固定转速，能适应多方面工艺要求;上下料系统采用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，减少了重复上下工件的工序，降低了劳动强度，提高了生产效率。 （3）感应热处理在汽车工业中的应用

我国汽车工业感应热处理工艺研究与推广应用目前已经取得了可喜成绩。

解放牌汽车和东风牌汽车的感应热处理件占整个热处理件的62 %以上,两大汽车集团的工艺研究所里建立了感应热处理试验室和1000mZ的试验阵地,专门从事汽车零件感应热处理技术的研究。汽车半轴等零件采用了矩形感应器,即横向磁场,纵向电流,一次大功率对半轴表面和圆角同时进行加热淬火并自回火等先进工艺,淬硬层连续均匀,有效地利用残余压应力,大大提高了零件的抗弯、扭疲劳强度。半轴采用先进的感应热处理工艺,强度储备较大,卡车半轴的直径由50m m 减到48m m,还有减小的趋势。汽车曲轴的主、连杆轴颈的中频淬火,变过去整圈静止淬火工艺为半圈感应器、曲轴旋转淬火工艺,使淬火技术提高了一大步.ZQ153汽车曲轴引进美国To cob 公司曲轴淬火成套设备,实现了轴颈和圆角同时加热淬火,使感应热处理工艺又上了一个新台阶。高能密度热处理近年来在我国汽车工业有了深入研究和具体应用,一汽轿车齿条高频电阻接触加热淬火工艺已获得成功。我国一些汽车零部件生产厂,近年来也引进了国外先进的轿车嗓形弹簧、阀座、齿条、曲轴圆角的感应热处理设备,有较高水平。 结束语 虽然近年来我国感应淬火技术得到了迅速发展，但与工业发达国家相比，还有相当大的差距。 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交流调压、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还不够普及;近些年来虽然晶闸管中频电源应用较为普遍，但由于老企业改造步伐的限制，还有部分中频停留在发电机组。 必须指出，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还不能生产，必须进口， 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还不够成熟;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。另外，计算机控制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、淬火介质研究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，避免重复引进，限期淘汰耗能严重的电源，集中力量开发短缺部件，提高淬火机床配套质量等，使感应加热技术迅速赶上世界先进水平。 参考文献 [1] 沈庆通；感应热处理技术的发展[J]；金属热处理；2002年01期 [2] 杨连弟,崔凯,姜波;感应加热淬火技术的发展[J];汽车工艺与材料;2003年03期 [3] 周海，曾少鹏，袁石根；感应加热淬火技术的发展及应用[J];热处理技术与装备；2008年03期 [4] 张柏松；我国汽车工业感应热处理技术的发展与现状；金属热处理；1996年01期 [5] 沈庆通;感应热处理技术发展六十年[J];金属加工(热加工);2010年07期

[6] 沈庆通；先进的感应热处理技术和设计方法；热处理；2010年 第04期

[7] 叶为德；感应热处理技术在我厂的应用；机械科学与技术；1993年 第02期 [8] 王胜军；感应热处理技术及工艺装备的开发与应用；热处理；2007年 第01期 [9] 袁亚娟，朱梅林；感应加热热处理技术在发动机铸铁件上的应用；现代铸铁；2002年 第02期