大尺寸零件深淬硬层高频表面淬火

（1）加工难点

此工件的高频淬火也采用同时加热的方式。其加工难点主要在于受设备功率和电流频率的限制。

高频淬火为短时快速加热，需要在很短的时间内加热到很高的温度，需要足够的加热功率作为基础。工件需要加热的表面越大，所需的功率也就越大，被加热表面大到一定程度时，就会因设备功率限制难以顺利实现同时加热。

工件进行感应加热时，电流透入深度由电流频率决定，这一原理使电流频率成为了决定淬硬层深度的主要因素。高频淬火设备的电流频率一般是固定的，如高频设备电流频率为200～300kHz，对应热透入深度为0.9～1.1mm，这就限制了淬硬层深度的进一步加深。

某产品牵引销（淬火部位见图2）为产品中的关键零部件，材料为40Cr合金结构钢，要求f 89mm外圆表面高频淬火，淬火硬度要求50～60HRC，淬硬层深度2.5～4.5mm。该工件需淬火表面尺寸较大，除需要较大的功率进行加热外，对于加热影响更大的问题是淬火部位为工件凹槽部，感应器的制作也是一大困难。如按常规方法制作感应器，即感应器内径稍大于需淬火表面直径，则感应器必须现场制作，十分麻烦，而且工件淬火必须损坏感应器才能进行，每一工件的高频表面淬火必须制作相应的一件感应器，也存在着每一感应器的制作误差；如感应器内径大于相邻截面直径，即大于111mm，则感应器与淬火部位的间距加大了11mm，感应加热效率将显著降低。淬硬层方面，2.5～4.5mm的深度范围是正常热透入深度的2.5～4.5倍，为提高淬硬层深度，一般可适当利用热传导的原理，即利用热量由表面向心部传导的特性，加大加热层的厚度。但单纯依靠热传导的方法需要自表面向内存在较大的温度差，往往要求的淬硬层深度达到淬火温度时，表面温度已过高，产生表面组织过热、过烧等缺陷。

（2）淬火工艺方案

为完成此项工件的淬火，专门制作了感应器，加强了工艺过程控制并采用了断续加热方式。

结合牵引销的诸多特点，改变传统感应器制作方式，将感应器制作为半圆形，克服传统感应器对于该工件高频淬火的上述难点，既可以实现感应器与加热表面之间尽可能小距离的配合，又可以方便地使工件与感应器脱离进行淬火。在具体的操作实施中，使工件相对于感应器进行同心旋转，达到瞬间对半圆进行加热，整体上又对全部淬火表面进行加热的特殊效果（见图3）。

前面已讲述，钢铁材料在加热到一定温度后，将失去磁性，加热速度随之下降数倍。实际加热过程中，当表面出现超过失磁点的薄层时，和薄层相邻的内部交界处涡流强度就会突然上升，成为加热速度最快的部位，出现高温表层加热速度降低，交界处升温加速，并向内部推移的现象。这一现象为提高淬硬层深度是有利的，但表层高温区加热速度较交界处以内的部位快很多，表层过热、过烧倾向仍很严重。此时，就需要找出电压、加热速度等参数的最佳配置，严格加热过程的控制，在保证质量的前提下尽量增大淬硬层深度。

牵引销要求淬硬层深度较大，单纯的参数控制在完全满足技术要求方面仍有欠缺，还需要采取一些其他技巧。断续加热，即在未达到淬火温度时，暂时停止加热，使工件表面热量较多地向内传导，然后再重新开始加热。这样相当于增加了热传导时间，降低表面向内部的温度梯度，反复进行数次，表面温度不致过高而产生过热、过烧。实现从表面向内2.5～4.5mm内较均匀的达到淬火温度的目的。

（3）实际效果

采取改进感应器设计、优化工艺参数、断续加热等措施后，牵引销表面高频淬火后硬度可以稳定达到55HRC左右，淬硬层深度3mm以上，使用高频淬火的方式达到了本适合于中频淬火的淬硬层深度要求。而且由于感应器的改进，工件可以逐一连续不断地进行淬火操作，有效提高了工作效率。