感應淬火常用的工藝路線為:鍛造—退火或正火—粗加工—調質或正火—感應淬火—低溫回火—精磨—成品。
影響感應淬火的因素通常包括熱參數和電參數兩類。熱參數主要為感應加熱溫度、加熱時間及加熱速度等,電參數有設備頻率、比功率、陽極電壓、槽路電壓及柵極電流等。在實際感應加熱過程中,通常采用調整電參數來合理控制熱參數,以保證工件感應淬火的質量。
1.預備熱處理
表面淬火前的預備熱處理不僅是為表面淬火做好組織準備,而且也是使鍛件在整個截面上具備良好的力學性能。對結構鋼鍛件而言,調質處理后鍛件可獲得良好的綜合力學性能,并且回火索氏體組織在表面淬火加熱時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。預備熱處理時要嚴格控制表面脫碳,以免降低表面淬火質量。
2.比功率的選擇
比功率是指感應加熱時鍛件單位面積上所供給的電功率。它對鍛件的淬火加熱過程有重要影響。在頻率一定時,比功率越大,加熱速度越快;當比功率一定時,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到的加熱溫度。比功率太低,將導致加熱不足,加熱層深度增加,過渡區(qū)增大。連續(xù)淬火時,加熱溫度除與比功率有關外,還與相對移動速度有關。當功率一定時,鍛件移動慢則相對加熱時間長,會使溫度升高,通過熱傳導使硬化層深度增加。
3.感應淬火溫度的選擇
感應淬火溫度是指感應加熱時鍛件表面的加熱溫度,它與鋼的化學成分、原始組織及加熱速度等因素有關。鍛件感應淬火時,首先要確保加熱溫度的正確性,然后根據技術要求確定和調整其他工藝參數和電參數等。由于感應加熱速度快,奧氏體晶粒來不及均勻化及長大。如果淬火溫度過高,則會造成組織粗大、淬裂、力學性能降低等不良后果;如果淬火溫度過低,組織轉變不完全,會造成硬度降低。
4.頻率的選擇
高頻感應淬火時,應根據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。實際生產時,所選用頻率不宜過低,否則需用相當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
在設備功率足夠、生產批量比較大的情況下應采用同時加熱法;在單件、小批量生產中,軸類、桿類及尺寸較大的平面加熱時應采用連續(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。在設備功率足夠大的條件下,應盡量采用同時加熱法。因為同時加熱法具有一系列的有點:硬化區(qū)和感應器的相對位置固定,便于操作;工件在感應器內可上下移動和轉動,有利于調整表面的加熱溫度;硬化層均勻;質量穩(wěn)定。因此,該方法是目前生產實際中最廣泛使用的感應淬火方法。
同時加熱法的主要參數為輸出功率和加熱時間,連續(xù)加熱法的主要參數為輸出功率和感應器與鍛件之間的相對運動速度。對兩個參數進行調整時,要確保工件加熱的均勻、無軟點和軟帶產生。
6.淬火冷卻方式和淬火冷卻介質的選擇
感應淬火的冷卻方法及淬火冷卻介質應根據材料、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。感應加熱后,噴射冷卻是最常用的冷卻方式,它既適合于同時加熱淬火,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節(jié)液體壓力,溫度及噴射時間來控制。一般噴射器和感應器是分開的,但也有感應器本身兼噴射器的。浸液冷卻適合于同時加熱淬火。埋油冷卻適用于細、薄鍛件或 合金鋼齒輪,以減少變形和開裂。
常用的感應淬火冷卻介質有水、聚乙烯酵水溶液、乳化液和油等。由于油容易燃燒并會產生大量的油煙,影響安全生產以及污染環(huán)境,所以建議用水溶性合成淬火冷卻介質取代油。盡管有機合成淬火冷卻介質具有良好的冷卻效果,但水的優(yōu)勢為清潔、廉價、無環(huán)境污染,因此得到廣泛的應用。
為了避免產生淬火裂紋或畸變量過大,必須控制冷卻時間和噴射壓力,以使鍛件既能保證有足夠的表面硬度,又能利用鍛件內部余熱自回火。在同時加熱淬火時,當鍛件加熱到溫后,應在空氣中停留瞬間以適當降低表面溫度后再噴冷或浸淬。連續(xù)加熱淬火時可調整感應器的移動速度和間隙、噴水孔與鍛件的軸向夾角來改變鍛件的預冷時間。單獨設置噴水圈時,可改變它與感應器的距離來掌控預冷時間。