感应淬火淬硬层深度如何确定？
1. 感应加热淬火的温度如何确定？
答：表面淬火的材料一般是0.4～0.5%的中碳调质钢和球墨铸铁，低淬透性钢（含碳量在0.55～0.65%）以及限制性淬透性钢47MnTi和GCr4（含碳量在0.95～1.05%）等。也有其他材料用于感应表面淬火处理的，例如：Cr12型模具钢、Cr13型不锈钢等，只是特定的情况下使用。
感应淬火的加热温度一般是按该材料的整体加热温度+（50～100℃）来确定（或者亚共析钢Ac3+80～120℃，共析钢、过共析钢Ac1+80～120℃），也可以按照含碳量与合金元素的关系来确定，原始组织是退火态的加热温度选择上限，正火态的选择中限，调质状态的选择下限加热温度，见表2-9：
表2-9 感应淬火的加热温度确定表
|
钢的含碳量（%） |
对应含碳量碳钢感应加热温度（℃） |
合金元素的影响温度修正 |
|
0.30 |
900～925 |
合金钢中含有碳化物形成元素：Cr、Mo、Ti、V等，按照对应含碳量的碳钢加热温度+（450～100℃）来作为合金钢的加热温度。 |
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0.35 |
900 |
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0.40 |
870～900 |
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0.45 |
870～900 |
|
0.50 |
870 |
淬火温度确定以后，要结合加热速度、淬火深度进行工艺调试，然后再进行修正加热温度。
2. 淬火硬度层深度如何确定？
答：感应加热淬火的深度由三部分组成：淬硬层（用Ds表示）、过渡层（用b表示）和基体。
①在淬硬深度方向：淬硬层Ds是获得零件力学性能的主要指标，在感应加热表面淬火的工艺中，为了得到高的生产率和良好的淬火质量，应使过渡层b与硬化层Ds之间保持如下关系：
b≈（0.4～0.7 )Ds ， （2-12）
一般淬硬层的深度Ds是工件直径的10～30%。
（表面硬度高、残余压缩应力大），
②相邻淬硬区方向：为了防止淬火开裂，一般在距离工件的端面的2～8mm区域不淬火或不淬硬。如果有多个区域需要淬火时，淬硬区域之间应该留出间隙，防止淬硬区交接裂纹，相邻淬硬区域之间的最小间距是：
表2-10 相邻淬硬区域之间 最小间距
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频 率(khz) |
250 |
8 |
2.5 |
|
相邻淬硬区域之间最小间距（mm） |
10 |
20 |
30 |
3. 如何确定感应加热的硬度值？
答：中、高频热处理的表面硬度值一般比相同材料的整体淬火的硬度值高出2～3HRC，这是由于快速加热条件下奥氏体成分不均匀、奥氏体晶粒细小以及精细结构的细化原因，同时由于冷却速度比整理淬火快，淬火之后表层的高压应力分布对硬度提高的影响。
淬火之后的硬度波动值见表2-11，有效硬化层的深度波动范围波动见表2-12。
表2-11感应淬火后硬度波动值
工件类型 |
表面硬度HRC |
|
单件 |
同批件 |
|
≤50 |
＞50 |
≤50 |
＞50 |
|
重要件 |
≤5 |
≤4 |
≤6 |
≤5 |
|
一般件 |
≤6 |
≤5 |
≤7 |
≤6 |
表2-12 有效硬化层的深度波动范围
工件类型 |
有效硬化层的深度波动范围 |
|
单件 |
同批件 |
|
≤1.5 |
0.2 |
0.4 |
|
＞1.5～2.5 |
0.4 |
0.6 |
|
＞2.5～3.5 |
0.6 |
0.8 |
|
＞3.5～5 |
0.8 |
1.0 |
|
＞5 |
1.0 |
1.5 |
4. 如何确定感应加热的电参数？
答：感应加热表面淬火工艺规范制定包括：频率选择、加热方法、加热功率的确定、加热时间或连续淬火移动速度的确定、冷却介质及冷却参数的选择及低温回火参数的选择等。
感应加热的电参数确定主要是频率和电流、电压的选择
①硬化层深度，零件直径与电流频率的关系见表2-13，在已知硬化层深度和零件直径的情况下求得电流频率，见表2-14。
表2-13 硬化层深度、零件直径与电流频率配合关系
|
硬化层深度（mm） |
零件直径
（mm） |
电流频率（KHz） |
|
1.0 |
3.0 |
10 |
20～200 |
＞200 |
|
0.4～1.3 |
6～25 |
—— |
—— |
|
好 |
好 |
1.3～2.5 |
10～15 |
—— |
—— |
中 |
好 |
好 |
|
16～25 |
—— |
—— |
好 |
好 |
好 |
|
25～50 |
|
中 |
好 |
中 |
中 |
|
＞50 |
中 |
好 |
好 |
差 |
差 |
2.6～5.1 |
20～50 |
|
好 |
好 |
差 |
差 |
|
500～100 |
好 |
好 |
中 |
—— |
—— |
|
＞100 |
好 |
中 |
差 |
—— |
—— |
表2-14 硬化层深度、零件直径与电流频率的关系
|
电流频率（KHz） |
25 |
8 |
2.5 |
1 |
0.8 |
0.05 |
|
淬硬层深度（mm） |
最小的 |
0.3 |
1.3 |
2.4 |
3.6 |
5.5 |
17 |
|
最大的 |
2.5～3 |
5.5 |
10 |
16 |
22 |
70 |
|
最合适的 |
1～1.5 |
2.7 |
5 |
8 |
11 |
34 |
|
零件最小直径（mm） |
8 |
16 |
28 |
44 |
60 |
200 |
②高频加热
1）高频加热的电流、电压确定：高频设备的主要电参数是阳极电压（V
阳）， 阳极电流（I
阳），栅极电流（I
栅），槽路电压（V
槽）。
V
阳和I
阳反映振荡管的输出功率P
输，公式表达：P
输= V
阳×I
阳×n；n为振荡管个数。
V
阳一般控制在11～13KV，最高可达13.5KV，由滑动变压器调节；I
阳一般控制在1～3A，最高可达3.5A，由耦合手轮来调节。
栅极电流I
栅是反映振荡管的工作特性，一般为0.2～0.65A，最高可达0.75A，由反馈手轮来调节。
高频的最佳工作状态参数：I
阳：I
栅的比值在5～10之间。不同设备根据设备 说明书调整。
2）工件试淬方法：
a、在工件加热前先，将阳极电压调整到一定数字，
b、然后将耦合和反馈调到某个位置，
c、把工件放到感应器中，
d、进行短时试加热，此时观察两种情况：第一：栅极电流值（I
栅）和阳极电流值（I
阳）是否超过最大值，第二：栅极电流（I
栅）和阳极电流（I
阳）的比值是否符合在5～10之间。如果这些参数不符合，重新调整手轮再试做。
如果栅极电流（I
栅）和阳极电流（I
阳）的比值在5～10之间，但是加热速度过大或过小时，可以通过相应减少阳极电压（V
阳）或增大阳极电压（V
阳）来调整，调整之后，再按上述步骤重新试淬。
试淬合格之后，把这些合理的电参数记录下来，形成工艺卡片。
③中频加热
设备输出功率的调整可以通过输出变压器的匝比和附加电容来进行。当电参数确定之后，可控制感应加热时间的办法来控制加热温度。对于同时加热，调整好时间继电器就可以控制加热时间；对于连续加热的方式，可以通过调整感应器与工件的相对移动速度来控制加热时间。
5. 原始组织对相变加热的影响因素有哪些？
答：硬化层的组织和硬度，不仅取决于钢的化学成分、淬火加热温度和淬火冷却条件，而且还和钢的原始组织有关。
感应淬火的特点就是加热速度快，时间短，快速加热改变了钢的加热临界点温度，时奥氏体不均匀性增加，会形成低碳马氏体区和高碳马氏体区，因此，感应加热淬火对原始组织要求是比较高的，原始组织中渗碳体和铁素体的形状及分散度对感应加热的奥氏体形成的影响大。原始组织均匀性不好，感应淬火不能得到均匀一致的马氏体组织，组织中容易出现非马氏体组织，形成组织缺陷和硬度值分散度大等问题。感应加热淬火零件的毛坯要有预先热处理，多选用调质和正火。对于机械性能要求不高或零件体积太大，调质处理有困难的零件其预先热处理可以采用正火。
钢中缺陷组织，例如带状组织对感应加热表面淬火的质量有很大影响，由于带状的铁素体和珠光体，在感应加热时不容易获得均匀的奥氏体，淬火后经常发现有未溶铁素体存在，淬火组织不均匀，故淬火硬度也不均匀。碰到这种情况应该将零件的毛坯进行正火或调质处理。钢中的成分偏析，也能造成原始组织的不均匀，如有大块状的铁素体存在，淬火后自然会出现软点和软带。原始组织直接影响感应加热时奥氏体的形成及其本质，进而影响淬火层的组织和机械性能，因此零件在感应淬火前了解其原始组织状态是十分必要的。
在相同的加热速度下，退火原始组织要求的奥氏体化温度最高，调质组织次之，淬火组织的最低。
本文节选自汪庆华老师的《热处理问与答》，特别感谢汪老师的分享。
