高频感应加热表面淬火 实验目的 1、了解感应加热的原理; 2、了解电流透入深度与材料电阻率及电流频率之间的关系 3、了解淬硬层深度的测定方法; 4、掌握高频感应加热淬火的方法 二、实验原理 1电磁感应 当感应线圈通以交流电时,在感应线圈的内部和周围同时产生与电流频率相 同的交变磁场,将工件置于高频感应线圈内,受电流交变磁场的作用,在工件内 相应地产生感应电流,这种感应电流在金属工件内自行闭合,称为涡流。其感应 电动势瞬时值为: 式中,K-比例系数:φ工件上感应电流回路包围面积上的总磁通;dφdτ-磁通量 变化率;负号表示感应电动势方向与磁通量变化率方向相反 工件中感应出来的涡流方向,在每一瞬时和感应线圈中的电流方向相反。涡 流强度I取决于感应电动势(e)及工件涡流回路的电抗(Z),而电抗Z由电阻R和 感抗(XL)组成,则涡流强度: /R2+x2 2表面效应 涡流强度I随高频电磁场强度由工件表面向内层逐渐减小而相应减小的规 律称为表面效应或集肤效应。离表面x处的涡流强度 式中,Io-表面最大的涡流强度;x-到工件表面的距离;△-与工件材料物理性质有 关的系数 所以,当x=0时,I=1 当x>0时,Ix<Io 当x=△时,I2=l0·=0.36810 工程规定,当涡流强度从表面向内层降低到表面最大涡流强度的36.8%(即 n)时,由该处到表面的距离△称为电流透入深度 在感应加热实践中,钢中电流透入深度的计算常常使用下列简化公式: 在20℃时:△20x(m) 在800时:△20≈===(mm) 式中,∫感应线圈交流电频率
高频感应加热表面淬火 一、实验目的 1、了解感应加热的原理； 2、了解电流透入深度与材料电阻率及电流频率之间的关系； 3、了解淬硬层深度的测定方法； 4、掌握高频感应加热淬火的方法。 二、实验原理 1.电磁感应 当感应线圈通以交流电时，在感应线圈的内部和周围同时产生与电流频率相 同的交变磁场，将工件置于高频感应线圈内，受电流交变磁场的作用，在工件内 相应地产生感应电流，这种感应电流在金属工件内自行闭合，称为涡流。其感应 电动势瞬时值为： d d e = −K 式中，K-比例系数；ф-工件上感应电流回路包围面积上的总磁通；dф/dτ-磁通量 变化率；负号表示感应电动势方向与磁通量变化率方向相反。 工件中感应出来的涡流方向，在每一瞬时和感应线圈中的电流方向相反。涡 流强度 If 取决于感应电动势(e)及工件涡流回路的电抗(Z)，而电抗 Z 由电阻 R 和 感抗(XL)组成，则涡流强度： 2 2 L f R X e Z e I + = = 2.表面效应 涡流强度 If 随高频电磁场强度由工件表面向内层逐渐减小而相应减小的规 律称为表面效应或集肤效应。离表面 x 处的涡流强度： − = x x I I e 0 式中，I0-表面最大的涡流强度；x-到工件表面的距离；Δ-与工件材料物理性质有 关的系数。 所以，当 x=0 时，Ix = I0 当 x＞0 时，Ix＜I0 当 x=Δ 时， 0 368 0 0. 1 I e I I x = = 工程规定，当涡流强度从表面向内层降低到表面最大涡流强度的 36.8%(即 e I 1 0 )时，由该处到表面的距离 Δ 称为电流透入深度。 在感应加热实践中，钢中电流透入深度的计算常常使用下列简化公式： 在 20℃时： ( ) 20 20 mm f 在 800℃时： ( ) 500 20 mm f 式中，f-感应线圈交流电频率
3淬硬层深度 工件经感应加热淬火后的金相组织与加热温度沿截面分布有关,一般可分为 淬硬层、过渡层及心部组织三部分。还与钢的化学成分、淬火规范、工件尺寸等 因素有关;如果加热层较深,在淬硬层中存在马氏体+贝氏体或马氏体+贝氏体+ 屈氏体+少量铁素体混合组织。此外,奥氏体化不均匀,淬火后还可以观察到高 碳马氏体和低碳马氏体混合组织 工件经感应淬火后可以用金相法、硬度法或酸蚀发测定或标定硬化层深度。 金相法测定硬化层深度一一由表面测至50%马氏体区的深度。 硬度法测定硬化层深度一一按半马氏体区硬度为准。 三、实验材料实验设备 (1)高频感应加热设备10KW一台;(2)淬火机床一台:(3)硬度计2台;(4) 金相显微镜5台;(5)中8×100mm,45号钢,T12钢各5根。 四、实验内容 1、高频感应加热淬火测定45号钢和T12钢工件表面硬度 2、测定45号钢和T12钢的硬化层深度。 五、实验步骤 全班分成10组,每组一个试样,通过加热时改变各种参数来改变硬化层深 度以及加热温度高低对淬硬层组织的影响,经淬火后测表面硬度及硬化组织,并 做出硬度分布曲线。 1、接通髙频感应加热设备电源,接通冷却水,按规定进行不同的参数选择; 2、将工件放入不同的感应器中加热(加热温度由加热时间进行控制),加热 完毕后喷水冷却 3、将高频感应加热淬火后的工件用砂纸打磨光亮,测定工件不同参数条件 下的表面硬度值和距表面不同深度△L(六等份)对应的硬度值填入表1 用金相显微镜观察不同淬火条件下的金相组织并测定工件不同参数条件 下的硬化层深度 5、做出45号钢和T12钢工件的硬度分布曲线。 表1高频淬火实验记录表 加热时间(温度 (秒 方式表面硬山/硬度硬化层表面硬度 △L 硬度硬化层表面硬 硬度硬化层 (HRC) HRC深度(mm(HRC) HRC深度(m度( HRC (HRC)深度(m L=2 度相 法法 法法 法法 钢水 △L=2
3.淬硬层深度 工件经感应加热淬火后的金相组织与加热温度沿截面分布有关，一般可分为 淬硬层、过渡层及心部组织三部分。还与钢的化学成分、淬火规范、工件尺寸等 因素有关；如果加热层较深，在淬硬层中存在马氏体+贝氏体或马氏体+贝氏体+ 屈氏体+少量铁素体混合组织。此外，奥氏体化不均匀，淬火后还可以观察到高 碳马氏体和低碳马氏体混合组织。 工件经感应淬火后可以用金相法、硬度法或酸蚀发测定或标定硬化层深度。 金相法测定硬化层深度——由表面测至 50%马氏体区的深度。 硬度法测定硬化层深度——按半马氏体区硬度为准。 三、实验材料实验设备 (1)高频感应加热设备 10KW 一台；(2)淬火机床一台；(3)硬度计 2 台；(4) 金相显微镜 5 台；(5)ф8×100mm,45 号钢，T12 钢各 5 根。 四、实验内容 1、高频感应加热淬火测定 45 号钢和 T12 钢工件表面硬度； 2、测定 45 号钢和 T12 钢的硬化层深度。 五、实验步骤 全班分成 10 组，每组一个试样，通过加热时改变各种参数来改变硬化层深 度以及加热温度高低对淬硬层组织的影响，经淬火后测表面硬度及硬化组织，并 做出硬度分布曲线。 1、接通高频感应加热设备电源，接通冷却水，按规定进行不同的参数选择； 2、将工件放入不同的感应器中加热(加热温度由加热时间进行控制)，加热 完毕后喷水冷却； 3、将高频感应加热淬火后的工件用砂纸打磨光亮，测定工件不同参数条件 下的表面硬度值和距表面不同深度 ΔL(六等份)对应的硬度值填入表 1； 4、用金相显微镜观察不同淬火条件下的金相组织并测定工件不同参数条件 下的硬化层深度； 5、做出 45 号钢和 T12 钢工件的硬度分布曲线。 表 1 高频淬火实验记录表 钢种 冷却 方式 加热时间(温度) (秒) (秒) (秒) 表面硬度 (HRC) (ΔL) 硬度 (HRC) 硬化层 深度(mm) 表面硬度 (HRC) (ΔL) 硬度 (HRC) 硬化层 深度(mm) 表面硬 度(HRC) (ΔL) 硬度 (HRC) 硬化层 深度(mm) 45 钢 水冷 ΔL=1 硬 度 法 金 相 法 ΔL=1 硬 度 法 金 相 法 ΔL=1 硬 度 法 金 相 法 ΔL=2 ΔL=2 ΔL=2 ΔL=3 ΔL=3 ΔL=3 ΔL=4 ΔL=4 ΔL=4 ΔL=5 ΔL=5 ΔL=5 ΔL=6 ΔL=6 ΔL=6 T12 钢 水冷 ΔL=1 ΔL=1 ΔL=1 ΔL=2 ΔL=2 ΔL=2 ΔL=3 ΔL=3 ΔL=3 ΔL=4 ΔL=4 ΔL=4 ΔL=5 ΔL=5 ΔL=5 ΔL=6 ΔL=6 ΔL=6
六、实验注意事项 1、取放试件时注意不要碰伤感应器 2、控制加热时间(温度)不能过长,试件淬火时,动作要迅速,以免试件表面过 热,影响淬火质量; 3、淬火或回火后的试样均要用砂纸打磨表面,去掉氧化皮后再测定硬度值 4、硬度测量一般取3点以上的平均值作为该点硬度值。 七、实验报告要求 1、明确本次实验目的 2、实验材料与实验内容; 3、实验步骤 4、分析加热温度与钢种(C%)对硬化层深度的影响并加以讨论 5、分别绘制出45钢和T12钢硬度分布曲线并加以讨论 6、分析实验中存在的问题; 7、实验结论
六、实验注意事项 1、取放试件时注意不要碰伤感应器； 2、控制加热时间(温度)不能过长，试件淬火时，动作要迅速，以免试件表面过 热，影响淬火质量； 3、淬火或回火后的试样均要用砂纸打磨表面，去掉氧化皮后再测定硬度值； 4、硬度测量一般取 3 点以上的平均值作为该点硬度值。 七、实验报告要求 1、明确本次实验目的； 2、实验材料与实验内容； 3、实验步骤； 4、分析加热温度与钢种(C%)对硬化层深度的影响并加以讨论； 5、分别绘制出 45 钢和 T12 钢硬度分布曲线并加以讨论； 6、分析实验中存在的问题； 7、实验结论