淬火感應(yīng)器的選用設(shè)計(jì)與制造

1、一 基礎(chǔ)知識(shí)和基本概念本章介紹了電磁感應(yīng)、表面效應(yīng)、鄰近效應(yīng)、圓環(huán)效應(yīng)、導(dǎo)磁體槽口效應(yīng)以及表面感應(yīng)淬火的頻率選擇、比功率選擇等多方面的基礎(chǔ)知識(shí)和一些重要的概念。理解和掌握這些知識(shí)，對(duì)于表面淬火感應(yīng)器的結(jié)構(gòu)選擇和設(shè)計(jì)是十分必要的，對(duì)于使用和維護(hù)感應(yīng)加熱設(shè)備的技術(shù)人員、工人也是需要這方面的知識(shí)。l 電磁感應(yīng)與感應(yīng)加熱導(dǎo)體有電流通過(guò)時(shí)，在其周圍就同時(shí)產(chǎn)生磁場(chǎng)。磁場(chǎng)強(qiáng)度的大小與方向，決定于導(dǎo)體中電流的大小和方向。對(duì)于螺管線圈的導(dǎo)體，當(dāng)電流強(qiáng)度I 的單位為A 、線圈的高的單位為二時(shí)，磁場(chǎng)強(qiáng)度H 為： H= （A/m） （1）式中 n 線圈匝數(shù)。對(duì)于通有電流的長(zhǎng)直導(dǎo)線而言，環(huán)繞其周圍的磁力線是若干個(gè)同心圓

2、，當(dāng)電流強(qiáng)度I 的單位為A 時(shí)，各同心圓上磁場(chǎng)強(qiáng)度H 為：H = （A/m） （2）式中r 導(dǎo)線周圍各點(diǎn)到導(dǎo)線的垂直距離m。每根磁力線都是環(huán)繞電流的閉合線，無(wú)起點(diǎn)終點(diǎn)之分。磁力線的方向用右手螺旋法則確定。圖1 是螺旋線圈及其磁力線分布示意圖。圖2 是單根長(zhǎng)直導(dǎo)線中電流及其周圍磁力線分布示意圖。 圖1 螺旋線圈及其磁力線分布示意圖 圖2 單根長(zhǎng)直導(dǎo)線中的電流及其周圍磁力線分布示意圖磁場(chǎng)的強(qiáng)弱還可以用另一個(gè)物理量表示，即磁感應(yīng)強(qiáng)度B , 它與磁場(chǎng)強(qiáng)度H 有關(guān)，也與介質(zhì)的導(dǎo)磁特性有關(guān)，其表達(dá)式為：BH ( T ) ( 3 ) 式中 磁導(dǎo)率（H/m）。它表征磁介質(zhì)被磁化程度的量，是衡量各種物質(zhì)導(dǎo)磁性能

3、好壞的物理量。由實(shí)驗(yàn)確定真空的磁導(dǎo)率0為：04×10-7 ( H / m ) 為了便于比較各種物質(zhì)的導(dǎo)磁性能，需要引入相對(duì)磁導(dǎo)率的概念。任何一物質(zhì)的磁導(dǎo)率與真空磁導(dǎo)率0的比值叫相對(duì)磁導(dǎo)率r：r = /0 (4) = r0 (5)相對(duì)磁導(dǎo)率為無(wú)量綱的物理量，它說(shuō)明在相同的條件下，任一物質(zhì)的磁感應(yīng)強(qiáng)度是真空中的多少倍。根據(jù)各種物質(zhì)導(dǎo)磁性質(zhì)的情況，可將物質(zhì)分為三種類型。磁導(dǎo)率比真空的磁導(dǎo)率0稍大一點(diǎn)的物質(zhì)稱為順磁性物質(zhì)，如空氣、鉛、錫等，它們的相對(duì)磁導(dǎo)率r值在1.000 0031.000 014 之間，磁導(dǎo)率比真空的磁導(dǎo)率0略小一點(diǎn)的物質(zhì)稱為反磁性物質(zhì)，如氫、銅、石墨、銀、鋅等，它們的相對(duì)

4、磁導(dǎo)率r值在0.999 9950.999 97之間。磁導(dǎo)率遠(yuǎn)大于真空的磁導(dǎo)率0的物質(zhì)稱為鐵磁性物質(zhì)，如鐵、鋼、鑄鐵、鎳、鉆等，它們的相對(duì)磁導(dǎo)率r大到幾百至幾千，而且不是常數(shù)。例如，鋼的溫度超過(guò)居里點(diǎn)（磁性轉(zhuǎn)變點(diǎn)）770，其磁導(dǎo)率下降為1。在電流強(qiáng)度等條件相同的情況下，鐵磁性物質(zhì)中所產(chǎn)生的磁場(chǎng)比順磁性物質(zhì)和反磁性物質(zhì)中的磁場(chǎng)強(qiáng)幾千甚至幾萬(wàn)倍以上。工廠中用于感應(yīng)加熱的零件材料一般都由鐵磁物質(zhì)構(gòu)成。圖3 是室溫下工業(yè)純鐵與不同成分的鋼的磁導(dǎo)率產(chǎn)隨磁場(chǎng)強(qiáng)度H 的變化曲線。圖3 室溫下磁導(dǎo)率產(chǎn)與磁場(chǎng)強(qiáng)度H 的關(guān)系1一工業(yè)純鐵2一含C 0.3的鋼3一含C 0.45的俐4一含C 0.6的例5一含C 0.83

5、的鋼注：10e79.6A/m在磁場(chǎng)里，垂直穿過(guò)某一橫截面積s 的磁力線根數(shù)叫做傲通量確，用下式表示：BS HS ( Wb) ( 6 ) 當(dāng)線圈中通有交變電流時(shí)，在線圈的內(nèi)部及其周圍就產(chǎn)生一個(gè)交變磁場(chǎng)，置于線圈內(nèi)部的工件就被交變磁場(chǎng)的磁力線所切割，于是在鐵磁材料的工件上將有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生，并在電動(dòng)勢(shì)作用下產(chǎn)生渦流（見(jiàn)圖4）。圖4 零件在交變磁場(chǎng)中產(chǎn)生渦流按電磁感應(yīng)定律，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e可用下式求得：e= ( 7 ) 由于感應(yīng)加熱的電流是按正弦規(guī)律變化：I = Imsin2ft所以該電流所產(chǎn)生的磁通的變化也遵循正弦規(guī)律變化：=msin2ft =m2fcos2ft于是得感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e： e=-m2fcos

6、2ft (8) 零件中渦流回路的阻抗Z 按下式計(jì)算：Z (9) 式中R渦流回路電阻，XL渦流回路感抗。則渦流強(qiáng)度i等于：i= （A） (10) 由于Z通常很小，i自然很大，使渦流回路產(chǎn)生很大熱量，其熱量可由焦耳一楞次定律確定：Q = i2Rt ( J ) (11) 進(jìn)行感應(yīng)加熱主要依靠這種熱量，其次磁性材料的“磁滯現(xiàn)象”也能引起一定的熱效應(yīng)。2 表面效應(yīng)（集膚效應(yīng)）當(dāng)直流電通過(guò)導(dǎo)體時(shí)，電流在導(dǎo)體截面上的分布是均勻的，即各處電流密度相等。但是，當(dāng)交流電通過(guò)圓柱導(dǎo)體時(shí)，電流分布是中心密度小，越接近表面，密度越大，當(dāng)電流頻率相當(dāng)高時(shí)，導(dǎo)體的中心可以沒(méi)有電流，而全部集中在導(dǎo)體的表面層，這種現(xiàn)象稱為高頻

7、電流的表面效應(yīng)，如圖5 所示。產(chǎn)生表面效應(yīng)的根本原因是交流電通過(guò)導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生與外加電動(dòng)勢(shì)方向相反的自感電動(dòng)勢(shì)，而自感電動(dòng)勢(shì)在圓柱導(dǎo)體中心最強(qiáng)、表面最弱，因此使電流趨向表面。圖5 高頗電流的表面效應(yīng)由于表面效應(yīng)的作用，導(dǎo)體橫截面上的電流密度從表面到中心按指數(shù)規(guī)律遞減，距表面z 處的電流I 二由式（12）確定：Iz (12)式中I0表面電流的最大值；c光速；導(dǎo)體材料的磁導(dǎo)率；導(dǎo)體材料的電阻率；f電流頻率。在工程上，以Iz的幅值降到I0的1 /e (e= 2.178，則1/e36.79%）處的深度為電流透入深度，并用表示（見(jiàn)圖5)，用式（13）進(jìn)行計(jì)算。= (mm) (13)由式（13）可知，電流透入

8、深度與、f有關(guān)，當(dāng)增大，、f減小時(shí)，f將增大。鐵磁性的工件放在感應(yīng)器中，感應(yīng)器通入高頻交流電流，于是在工件表面出現(xiàn)渦流。渦流是由進(jìn)入工件的交變磁場(chǎng)引起的，而磁場(chǎng)從工件的表面到心部也是按指數(shù)曲線衰減，因此渦流的最大值也集中在工件的表面，這也同樣稱做表面效應(yīng)。由式（11）可知，熱量Q與渦流強(qiáng)度i的平方成正比，所以熱量的最大值也發(fā)生在工件的表面層。由理論計(jì)算得知，電流透入深度J 層內(nèi)所發(fā)生的熱量占渦流所發(fā)生全部熱量的86.5%。到表面的距離圖6 渦流的分布和表層熱量的關(guān)系。圖6 表示了渦流的分布與表面層所發(fā)生熱量的關(guān)系。鋼鐵材料在感應(yīng)加熱過(guò)程中，其P 和產(chǎn)是變化的。電阻率P 同磁場(chǎng)強(qiáng)度無(wú)關(guān)，但卻隨溫

9、度上升而增大。磁導(dǎo)率I ，不僅與磁場(chǎng)強(qiáng)度有關(guān)（見(jiàn)圖3 ) ，而且與材料的溫度有關(guān)，當(dāng)溫度上升到居里點(diǎn)時(shí)減小到1。例如，含C0.8 %的碳鋼從室溫20升高到800時(shí)，電阻率由2010-5·cm升高到80010-4·cm，而磁導(dǎo)率由20100 降到800=l。從式（13）可以看出，當(dāng)電流頻率f 不變時(shí)，由于和的變化可以有不同的電流透入深度，材料在室溫下的電流透入深度稱為冷態(tài)電流透入深度，用20或冷表示。由子此時(shí)和基本是定值，20只與頻率f有關(guān)： 紫銅的冷態(tài)電流透入深度：20 （mm） ( 14 ) 結(jié)構(gòu)鋼的冷態(tài)電流透入深度：20 （mm） ( 15 )材料在高溫時(shí)的電流透入深度

10、稱為熱態(tài)電流透入深度，例如1000 時(shí)的熱態(tài)電流透入深度用1000或熱表示。這是感應(yīng)淬火選擇頻率時(shí)的重要參數(shù)。此時(shí)由于與已是定值，所以1000也只與頻率f有關(guān)，對(duì)于結(jié)構(gòu)鋼可用式（16）、式（17）計(jì)算： 1000 ( mm ) ( 16 ) 800 ( mm ) ( 16 ) 圖7 是鋼的和與溫度的關(guān)系曲線。圖7 鋼的、與溫度的關(guān)系示意圖表1 是不同材料在不同溫度不同電流頻率下的電流透入深度。表1 各種材料在率同電漣級(jí)率卞的電流透入深度材料溫度電阻率×106·cm磁導(dǎo)率H/m在下列電流頻率時(shí)（Hz）電流投入深度（mm）501032.5×1038×1031

11、50×103250×103500×103結(jié)構(gòu)鋼2010602.80.640.40.220.050.040.03奧氏體鋼2020132.27.154.52.50.580.460.32結(jié)構(gòu)鋼和奧氏體鋼1000130185.519.012.06.71.551.20.85鋁202.9112.02.71.70.950.210.170.12鋁60011.3124.05.43.41.70.420.340.24紫銅202.019.52.11.340.750.160.130.095黃銅207.0118.74.22.571.480.320.260.19黃銅65014.7127.46.

12、13.862.160.470.390.273 鄰近效應(yīng)兩鄰近的導(dǎo)體，例如兩匯流排或感應(yīng)線圈與被感應(yīng)加熱的零件，在有電流通過(guò)的情況下，由于電流磁場(chǎng)的相互作用，在導(dǎo)體上的電流將重新分布，這種現(xiàn)象被稱為鄰近效應(yīng)。圖8 反向及同向交變電流所表現(xiàn)的鄰近效應(yīng)a）反向電流b）同向電流如圖8a 所示的兩根矩形截面的導(dǎo)體通有大小相等、方向相反的交變電流，其鄰近效應(yīng)的表現(xiàn)為電流在兩導(dǎo)體內(nèi)側(cè)的表面層流過(guò)，導(dǎo)流層的厚度就是電流透入深度。在磁場(chǎng)方面的表現(xiàn)是，兩導(dǎo)體之間磁場(chǎng)強(qiáng)度增強(qiáng)，兩導(dǎo)體的外側(cè)磁場(chǎng)強(qiáng)度減弱。產(chǎn)生這種鄰近效應(yīng)的原因是兩導(dǎo)體之間的總磁通不僅通過(guò)中間的空氣，也從導(dǎo)體內(nèi)部通過(guò)，所以各條電流線交鏈的磁通量不同，導(dǎo)

13、體外側(cè)的電流線交鏈的磁通比內(nèi)側(cè)的多，因此感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)外側(cè)比內(nèi)側(cè)大，致使電流從導(dǎo)體內(nèi)側(cè)通過(guò)。如圖8b 所示的兩根矩形截面的導(dǎo)體通有大小相等、方向相同的交變電流，其鄰近效應(yīng)的表現(xiàn)為，電流在導(dǎo)體外側(cè)的表面層流過(guò)，導(dǎo)流層的厚度就是電流透入深度。在磁場(chǎng)方面的表現(xiàn)是，兩導(dǎo)體內(nèi)側(cè)磁場(chǎng)互相抵消，強(qiáng)度最弱，而導(dǎo)體外側(cè)磁場(chǎng)疊加，強(qiáng)度最強(qiáng)。產(chǎn)生這種效應(yīng)的原因是兩導(dǎo)體內(nèi)側(cè)電流線所交鏈的磁通大于導(dǎo)體外側(cè)電流線所交鏈的磁通，因此導(dǎo)體內(nèi)側(cè)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大于外側(cè)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，使電流趨于外表面。鄰近效應(yīng)不局限于兩矩形截面的導(dǎo)體，兩圓形截面的載流導(dǎo)體同樣也會(huì)出現(xiàn)鄰近效應(yīng)，其表現(xiàn)形式與矩形截面的載流導(dǎo)體時(shí)的情況相同。同軸電纜導(dǎo)體上電流

14、的分布也決定于鄰近效應(yīng)。同軸電纜，是由中間的圓柱形導(dǎo)體和其外部套著的管子組成，兩者中軸線重合，見(jiàn)圖9 所示。圖中兩條電路，其中電路1 由內(nèi)導(dǎo)體軸線和外導(dǎo)體外表面組成，電路2 由內(nèi)導(dǎo)體表面和外導(dǎo)體內(nèi)壁組成。當(dāng)然電路的末端聯(lián)在一起，使電路閉合。很明顯，沿電路1 中的電流線將比沿電路2 中的電流線交鏈更多的磁通，具有更大的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，使電流阻抗增加，于是電流只在電路2 通過(guò)，形成了同軸電纜的鄰近效應(yīng)。同軸電纜在輸送高頻或中頻電能時(shí)，遠(yuǎn)比矩形截面或其他截面的導(dǎo)線阻抗小，材料利用率高。圖9 同軸電纜中的鄰近效應(yīng)鄰近效應(yīng)在感應(yīng)線圈與被感應(yīng)加熱的零件之間也有表現(xiàn)。圖10 是鄰近效應(yīng)對(duì)渦流分布的影響。圖a 表

15、明有效導(dǎo)體是單根圓管用于加熱平板時(shí)，平板上的渦流呈圓弧狀，并與圓管導(dǎo)體相對(duì)應(yīng)，圖b 表明有效導(dǎo)體是單根方管時(shí)，平板上的渦流層是平直的；圖c是圓環(huán)感應(yīng)器用于加熱實(shí)心圓柱零件時(shí)，間隙各處均等，有效圈上的電流層和零件表面的渦流層均是平直而均等的，圖d 表明圓環(huán)感應(yīng)器內(nèi)零件放斜了，造成間隙各處不等，在間隙小的地方感應(yīng)器上的高頻電流層及零件上的渦流層都比較厚，而間隙大的地方兩者都比較薄。圖10 鄰近效應(yīng)在感應(yīng)加熱時(shí)的表現(xiàn)a）單很圓管導(dǎo)線加熱平板 b）單根方管導(dǎo)線加熱平板c）圓環(huán)感應(yīng)器間隙均等時(shí)加熱零件 d）圈環(huán)感應(yīng)器間晾不等時(shí)加熱零件導(dǎo)體之間的距離越小，鄰近效應(yīng)越強(qiáng)烈（圖11 ) ，電流頻率越高，鄰近效

16、應(yīng)越強(qiáng)烈。高、中頻供電系統(tǒng)的母線和電纜及感應(yīng)器匯流排的設(shè)計(jì)都要充分利用鄰近效應(yīng)，在保證絕緣強(qiáng)度的情況下，其間距越小越好，可以明顯地減少回路阻抗。圖11 導(dǎo)體間的距離對(duì)鄰近效應(yīng)的影響4 圓環(huán)效應(yīng)圓環(huán)形的導(dǎo)體通入高頻（或中頻）交變電流時(shí)所產(chǎn)生的磁場(chǎng)在環(huán)內(nèi)空間集中，環(huán)外分散，見(jiàn)圖12。環(huán)內(nèi)的磁通不僅穿過(guò)環(huán)外空間，同時(shí)也穿過(guò)環(huán)形導(dǎo)體自身，這樣就使環(huán)形導(dǎo)體外側(cè)交鏈的磁通多于內(nèi)側(cè)，子是環(huán)形導(dǎo)體外側(cè)產(chǎn)生較大的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，迫使電流在環(huán)形導(dǎo)體內(nèi)側(cè)的電流透入深度層中流過(guò)，這種現(xiàn)象稱為高頻電流的圓環(huán)效應(yīng)。圖12 圓環(huán)效應(yīng)用圓環(huán)效應(yīng)也可以解釋螺旋管形多匝線圈中的電流分布情況，電流將沿螺旋管形多匝線圈的內(nèi)側(cè)電流透入深度

17、的層中流過(guò)。如果在螺旋管形線圈中放入一個(gè)圓柱形的鋼質(zhì)工件，如圖13。當(dāng)線圈中通入高頻電流，由于圓環(huán)效應(yīng)的作用，電流將沿線圈的內(nèi)側(cè)流過(guò)。由于磁通集中于線圈內(nèi)部，在圓柱形工件上產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，即產(chǎn)生電流i2，其方向與i1相反。由于鄰近效應(yīng)的影響，電流i2將沿工件的表面流過(guò)，在工件本身則表現(xiàn)為表面效應(yīng)。圖13 多匝螺旋管形線圈中置入圓柱形工件時(shí)的電流分布常用的圓柱形零件表面淬火的感應(yīng)器是單匝的，當(dāng)高頻電流通入感應(yīng)器時(shí)，由于圓環(huán)效應(yīng)的作用，高頻電流沿感應(yīng)器內(nèi)側(cè)流過(guò)，見(jiàn)圖14，所產(chǎn)生的磁通穿過(guò)工件表面，并形成感應(yīng)電流使工件加熱。圖14 單匝外圓淬火感應(yīng)器圓環(huán)效應(yīng)還可看成一端連在一起的具有大小相等、方向相

18、反的兩個(gè)載流導(dǎo)體的鄰近效應(yīng)。借助圓環(huán)效應(yīng)原理我們用來(lái)解釋，置于同一圓環(huán)導(dǎo)體之中和導(dǎo)體之外的圓柱工件和圓筒工件的加熱效率不同的原因，見(jiàn)圖15。在圓柱工件與圓筒工件和線圈的藕合距離完全相同時(shí)，圓柱工件加熱劇烈，升溫很快，而圓筒則加熱緩和，升溫很慢。由于圓柱工件充分利用了加熱線圈的圓環(huán)效應(yīng)，磁通密集，而圓筒則遠(yuǎn)離線圈電流，磁通稀疏的緣故。圖15 圓環(huán)線圈之內(nèi)和之外置入圓柱工件和圓筒工件與淬火工件的電流分布bl一俐捧加熱寬度 b2一間原a一鋼筒加熱寬度 一磁力線5 導(dǎo)磁休的槽口效應(yīng)我們把一根載有交變電流的矩形截面的銅制導(dǎo)體放在由“”型硅鋼片疊起的導(dǎo)磁體的槽口之中，由于硅鋼片最高相對(duì)磁導(dǎo)率r= 7500

19、，遠(yuǎn)超過(guò)銅和空氣的相對(duì)磁導(dǎo)率，磁阻很小，所以磁通力求在硅鋼片導(dǎo)磁體內(nèi)通過(guò)。導(dǎo)磁體的槽口底部通過(guò)了全部磁通，靠上面的磁力線一部分通過(guò)導(dǎo)體，而另一部分通過(guò)空氣閉合。顯然，這樣分布的磁通，使槽口底部導(dǎo)體交鏈了較多的磁通，產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)較大，電流較小，而槽口上部的導(dǎo)體只交鏈穿過(guò)空氣的磁力線，交鏈磁通很少，自感電動(dòng)勢(shì)很小，電流則較大。圖16 表示了置于導(dǎo)磁體槽口之中的矩形截面的導(dǎo)體上的電流分布情況及磁場(chǎng)強(qiáng)度分布的情況，我們把這一現(xiàn)象稱為導(dǎo)磁體的槽口效應(yīng)或者導(dǎo)磁體的趨流效應(yīng)。圖16 導(dǎo)磁體的槽口效應(yīng)及導(dǎo)體中電流和磁場(chǎng)的分布H-磁場(chǎng)強(qiáng)度I-電流密度導(dǎo)磁體槽口深度越大，電流頻率越高，則導(dǎo)磁體的槽口效應(yīng)越強(qiáng)烈

20、。利用導(dǎo)磁體的槽口效應(yīng)可以把導(dǎo)體中的電流驅(qū)逐到導(dǎo)體的任何位置，以提高感應(yīng)器的加熱效率。圖17 是將型硅鋼片導(dǎo)磁體槽口向外加在圓環(huán)導(dǎo)體上，使圓環(huán)導(dǎo)體上的電流趨于外表面，在該感應(yīng)器用于內(nèi)孔加熱時(shí)，強(qiáng)化了鄰近效應(yīng)，提高了內(nèi)孔的加熱效率。圖18 是導(dǎo)磁體槽口向下加在圓環(huán)導(dǎo)體上，使圓環(huán)導(dǎo)體上的電流趨于下表面，抵消圓環(huán)效應(yīng)，在該感應(yīng)器用于平面加熱時(shí)，強(qiáng)化鄰近效應(yīng)，提高平面加熱的效率。 圖17 導(dǎo)磁體槽口向外的內(nèi) 圖18 導(dǎo)磁體槽口向下的孔加熱感應(yīng)器平面加熱感應(yīng)器 1一導(dǎo)體2一導(dǎo)磁體3一淬火工件6 透入式加熱和傳導(dǎo)式加熱感應(yīng)加熱由于設(shè)備頻率和功率的限制存在著兩種加熱方式，即透入式加熱和傳導(dǎo)式加熱。當(dāng)零件的淬

21、火加熱層小于電流熱透入深度熱時(shí)，且零件得到的比功率為合適值時(shí)，零件可以進(jìn)行透入式加熱。當(dāng)零件的淬火加熱層大于電流熱透入深度熱時(shí)，且零件得到的比功率小于合適值時(shí)，零件的感應(yīng)加熱是傳導(dǎo)式加熱。透入式加熱時(shí)，當(dāng)感應(yīng)線圈剛剛接通電流，渦流在零件表面層按冷態(tài)電流透入狀態(tài)分布（圖19 曲線1 ) ，越趨近表面渦流強(qiáng)度越大，表面升溫也快，在表面層瘟度超過(guò)居里點(diǎn)失去磁性時(shí)，加熱層就分為兩層，即表面的失磁層和里面與其毗連的未失磁層。圖19 鋼板感應(yīng)加熱時(shí)渦流強(qiáng)度的變化( f= 200kHz ) 1一加熱開(kāi)始（20oC ) 2一加熱中間3一加熱到800 失磁層內(nèi)材料的磁導(dǎo)率急劇下降至1 ，造成渦流強(qiáng)度I明顯下降，

22、因而最大的渦流強(qiáng)度出現(xiàn)在兩層交界處，使交界處的升溫速度大于表面的升溫速度，交界線不斷地向內(nèi)縱深推移，直到熱透入深度達(dá)到熱為止。透入式加熱層的溫度分布見(jiàn)圖20a，圖中T 為淬火溫度，T為表面過(guò)熱度，為淬火加熱層（全奧氏體層），n為加熱過(guò)渡層。從圖中可知，加熱過(guò)渡層遠(yuǎn)小于淬火加熱層，一般n( 0.250.3 ）。傳導(dǎo)式加熱一般是使用電流頻率較高設(shè)備時(shí)出現(xiàn)，此時(shí)，電流熱透入深度較小，所以當(dāng)失去磁性的高溫層超過(guò)熱態(tài)電流透入深度熱以后，渦流完全按照熱態(tài)分布。在繼續(xù)加熱時(shí)，熱量基本上是依靠厚度為熱的表層析出。由于熱傳導(dǎo)的作用，加熱層的厚度不斷增加，因此零件截面上的溫度梯度很小，溫度曲線平緩。由圖20b可知

23、，傳導(dǎo)式加熱過(guò)熱度T比較大，與透入式加熱相比，其加熱過(guò)渡層n明顯增厚，這對(duì)淬火性能是不利的。傳導(dǎo)式加熱其淬火加熱層、比功率P0、表面過(guò)熱度T及鋼的熱導(dǎo)率久存在下列關(guān)系：P0=或 T= (18)式中30W / ( mK) ( 1000 時(shí)鋼的平均熱導(dǎo)率）由式（18 ）可知，增大比功率P0，表面過(guò)熱度T也增加，此時(shí)加熱時(shí)間可以縮短，反之，減小P0T也減小，加熱時(shí)間就將增加。由圖20 溫度分布曲線可知，兩種加熱方式的熱效率完全不同。透入式加熱淬火，加熱層內(nèi)過(guò)熱度T很小，熱量向心部散失也很小，因此熱效率較高。而傳導(dǎo)式加熱淬火，加熱層內(nèi)過(guò)熱度T很大，熱量向心部傳導(dǎo)很多，使心部升溫，因此熱效率很低。 圖2

24、0兩種感應(yīng)加熱方式的溫度分布曲線a）透入式加熱b）傳導(dǎo)式加熱一悴火加熱層n一加熱過(guò)渡層傳導(dǎo)式加熱的熱效率（熱）動(dòng)按式（19 ）計(jì)算：熱= （19）式中z 熱流擴(kuò)展深度。因abc與ab1c1相似，故得Z= (20)將式（20）代入式（19）得熱= 由于過(guò)熱度T 與2 倍的淬火溫度比值是很小的，可以忽略，于是得到：熱= （21）式中K剩余熱量系數(shù)。由于淬火溫度T 不能很低，過(guò)熱度T又不能太大，所以通常K都比較大。例如，淬火溫度T = 900 時(shí)，過(guò)熱度T=100 ，則K = 4 . 5 ，那么熱效率熱20 %，即在感應(yīng)加熱時(shí)，傳導(dǎo)式加熱熱效率是相當(dāng)?shù)偷?。從圖20a 可見(jiàn)，透入式加熱不存在很大的剩余

25、熱量三角形，因此熱效率較高，一般可達(dá)到3040 % , 在加熱相同零件時(shí)，透入式加熱能耗只是傳導(dǎo)式加熱能耗的一半。在設(shè)備頻率很高，淬火層深度又較深時(shí)，即熱，加熱效率很低。這時(shí)，提高比功率P0，能使T增加，加熱時(shí)間減短，提高熱效率。但P0過(guò)大，將造成零件表面嚴(yán)重過(guò)熱，降低零件的機(jī)械性能，甚至造成廢品。兩種加熱方式的幾項(xiàng)指標(biāo)比較列于表2 。研究該表，我們可以得出以下幾點(diǎn)結(jié)論，l）在頻率較高、熱透入深度較小時(shí)，使用很小的比功率仍能造成較大的表面過(guò)熱度；2）由于頻率高，勢(shì)必只能是用較小的比功率值，然而比功率越小，加熱時(shí)間越長(zhǎng)，電能消耗越多。表2 兩種加熱方式指標(biāo)比較淬火層深度（mm）頻率300kHz熱

26、1.095mm頻率2kHz熱13.4mm加熱時(shí)間（s）比功率（kW/cm2）電能消耗(W·h/cm2)加熱時(shí)間（s）比功率（kW/cm2）電能消耗(W·h/cm2)表面過(guò)熱度（）表面過(guò)熱度（）100501005010050202020234591522283560901100.50.40.30.250.250.200.150.1251.251.651.851.952.53.33.73.92.53.44.35.11.351.301.050.950.941.131.231.35加熱方式傳導(dǎo)式加熱透入式加熱7 電流頻率的選擇在表面效應(yīng)一節(jié)中我們已經(jīng)了解，不同頻率的電流在鋼中的透熱

27、深度是不同的，頻率越高投入深度越淺，頻率越低，透入深度越深。尤其是電流熱透入深度，直接影響工件的加熱方式和淬火的質(zhì)量。因此，對(duì)于感應(yīng)淬火和感應(yīng)器設(shè)計(jì)，選擇合適的電流頻率是十分重要的。我們可以用式（17）計(jì)算出國(guó)產(chǎn)高、中頻設(shè)備加熱剛才工件時(shí)，熱透入深度800，并列于表3。表3 各種頻率的電流熱透入深度頻段高頻超音頻中頻頻率（Hz）5008003005002003001002003040842.51800（mm）0.70.560.90.71.10.91.61.12.92.55.67.91015.8在感應(yīng)加熱表面淬火的賣踐中，為了得到高的生產(chǎn)率和良好的淬火效果（表面硬度高、殘余壓縮應(yīng)力大、并使淬火過(guò)

28、渡層¼淬火層Ds) ，必須采取透入式加熱方式，使淬火層Ds小于電流熱透入深度800，而且最好是：Ds=½800 (22)圓柱形零件表面淬火時(shí)，淬火層Ds與頻率f 之間的關(guān)系可用下面的公式計(jì)算：最高頻率 fmax (23)最低頻率 fmin (24)最合適頻率 f= (25)式中Ds淬火層深度（mm）。利用公式（23）、式（24）、式（25）我們可以算出不同淬火層深度所需要的電流頻率，并列入表4 中。表4 各種淬火層深度所需頻率淬火層（mm）11.55234568最高頻率（kHz )25011062.52715.61073.9最低頻率（kHz )156.737.51.70.9

29、40.60.420.23最佳頻率（kHz )6027156.73.82.41.70.94日本資料（圖21 ）列出，圓柱形零件根據(jù)淬火層深度選擇頻率的數(shù)據(jù)，也有一定的參考價(jià)值。 圖21 圓柱形零件的淬火層深度與頻率的關(guān)系圓柱形零件在選擇頻率時(shí)，還應(yīng)該考慮到零件直徑的影響。據(jù)蘇聯(lián)學(xué)者研究，當(dāng)電流熱透入深度等于零件直徑的30 時(shí)，感應(yīng)加熱的效率較低，最高不超過(guò)70 % ，而當(dāng)電流熱透入深度小于或等于直徑的10 時(shí)，效率可達(dá)到80 以上。根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)將零件直徑與電流頻率之間的關(guān)系列于表5 。表5表面淬火零件直徑與電流頻率之間的關(guān)系零件直徑（mm )1030255045100電流頻率（kHz )200

30、3008.02.5齒輪感應(yīng)淬火的頻率選擇是比較復(fù)雜的。齒輪形狀復(fù)雜，要選擇最佳頻率，使其加熱均勻，是很困難的，而模數(shù)m、齒數(shù)Z 及齒寬B 等參數(shù)的變化，都影響最佳頻率的選擇。齒輪淬火方法也是多種多樣的，例如，全齒同時(shí)加熱淬火法、全齒連續(xù)加熱淬火法、單齒加熱淬火法、沿齒溝連續(xù)加熟淬火法等等。而每種方法都有各自的選擇頻率的方法或經(jīng)驗(yàn)。對(duì)于中、小模數(shù)齒輪和齒輪軸，采用全齒同時(shí)加熱淬火或全齒連續(xù)加熱淬火時(shí)，推薦使用蘇聯(lián)學(xué)者研究的經(jīng)驗(yàn)公式（26 ) ： 最佳頻率 f= ( kHz ) (26) 這一公式的計(jì)算結(jié)果與圖22是接近的。圖22 齒輪的棋數(shù)與頻率的關(guān)系我國(guó)一些工廠在生產(chǎn)實(shí)踐中積累的經(jīng)驗(yàn)也可借鑒。

31、對(duì)模數(shù)2.54 之間的齒輪，使用較低的比功率時(shí)，可用200 ? 300 kHz 的高頻設(shè)備，對(duì)模數(shù)46 的齒輪，可使用4080kHz 的超音頻設(shè)備，對(duì)模數(shù)68 的齒輪，可使用2.58kHz 的中頻設(shè)備，對(duì)模數(shù)m>8的大齒輪，可采用沿齒溝連續(xù)悴火法，選用高頻或中頻均能實(shí)現(xiàn)。齒輪淬火后，所使用的頗率是否合適，觀察淬火層的分布情況即可一目了然。如圖23 所示，當(dāng)頻率很高時(shí)，只有齒頂淬火，而頻率適中時(shí)，齒頂和齒根都有淬火層，齒心部沖火層凸起，使心部保留適量的未經(jīng)淬火的組織，增加了齒輪的韌性，頻率較低時(shí)，齒部完全淬火，齒根悴火層平直，頻率很低時(shí)，齒頂不能淬火。圖23 同模數(shù)的齒輪用不同頻率淬火而呈

32、現(xiàn)的淬火層情況a）頻率過(guò)高b）頻率適中 c）頻率較低d ）頻率很低應(yīng)該說(shuō)明，上述圖表和公式所給出的頻率數(shù)值并不是一個(gè)精確的或唯一的數(shù)值，它只是一個(gè)能獲得良好淬火質(zhì)量的頻率帶，也就是一定的頻率范圍。一般頻率相差不很大時(shí)，淬火結(jié)果沒(méi)有明顯差異，即使有些差異，通過(guò)其他參數(shù)的調(diào)整也可以得到相同或相近的結(jié)果。8 比功率和同時(shí)加熱淬火的最大面積比功率也稱功率密度。比功率的定義是，感應(yīng)加熱時(shí)，零件所獲得的功率PL與其加熱面積SL的比值，多用P0代表，數(shù)學(xué)表達(dá)式為：P0= （kW/cm2） ( 27 ) 比功率是感應(yīng)加熱表面淬火時(shí)的一個(gè)重要參數(shù)，它表示單位時(shí)間內(nèi)向零件單位加熱面積上輸送能量的大小。在合理的比功

33、率條件下，零件才能進(jìn)行表層加熱和快速加熱。它對(duì)加熱方式的影響有時(shí)超過(guò)頻率的影響。比功率概念的理論依據(jù)是：1 cm3的鋼由20緩慢加熱到奧氏體轉(zhuǎn)變溫度所需要的熱量為5000 J/ cm3而感應(yīng)加熱是快速加熱，特別是透熱式加熱，一般加熱時(shí)間為26s，就完成相變過(guò)程，升溫速度為150500/s，這時(shí)必定提高相變點(diǎn)。有資料表明，40 鋼加熱速度分別為0.02、10、100和1000/s時(shí)，其相變終了的溫度分別是800、840、870 和950。感應(yīng)加熱的淬火溫度通常比普通淬火溫度提高100 是很正常的。因此，感應(yīng)加熱與緩慢加熱相比，其單位體積鋼的相變所需熱量增加1/8 1/7 ，也是有根據(jù)的。這樣，1

34、 cm3的鋼由室溫用感應(yīng)加熱到900950，所需熱量約為5667J?，F(xiàn)在，用短時(shí)間（沒(méi)有熱傳導(dǎo)的情況下）將工件表面層 cm的厚度感應(yīng)加熱到淬火溫度，所需的單位功率是：P0= （kW/cm2） ( 28 )設(shè)淬火層厚度：=0.1、0.2、0.3、0.4、0.5cm加熱時(shí)間：他=2、3、4、5、6s求得比功率P0列于表6 表6 用式（28）計(jì)算出的P0值(cm)P0(kW/cm2)t(s)0.10.20.30.40.520.2830.5670.851.131.4230.190.380.570.760.944540.280.420.570.7150.340.450.5760.380.47注：空格處P

35、0大低，實(shí)踐中很少使用。表6 所示的比功率值是理論數(shù)值，在實(shí)際生產(chǎn)中由于各種因素影響了感應(yīng)器的加熱效率以及為了追求高的生產(chǎn)率，采用的比功率值比理論值要大一些。表7 是實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用的比功率P0。有關(guān)資料介紹了軸類零件表面淬火時(shí)采用的比功率數(shù)值（表8) ，也有實(shí)用價(jià)值。表7 生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用的比功率值比功率淬火方式同時(shí)加熱淬火連續(xù)加熱淬火比功率范圍常用比功率比功率范圍常用比功率中頻淬火0.52.00.81.51.04.023.5高頻淬火0.53.50.82.01.04.023.5表8 軸類導(dǎo)件衰面淬火的比功率頻率（kHz）淬火層深度（mm）比功率低值最佳值高值5000.41.11.12.31.10.

36、51.60.81.91.2101.52.32.33.03.04.01.20.80.81.61.61.62.52.32.132.33.03.04.04.05.01.60.80.82.31.61.62.62.12.115.07.07.09.00.80.81.61.61.91.9選擇比功率的具體數(shù)值時(shí)，要考慮以下因素對(duì)于軸類零件淬火，當(dāng)面積較小、形狀簡(jiǎn)單、淬火層較淺、原始組織比較細(xì)密、化學(xué)成分為中碳或者中碳低合金鋼，可選用比功率范圍的上限。反之，應(yīng)該選用下限。例如形狀復(fù)雜的零件（齒輪及花鍵軸等）、鑄鐵零件以及原始組織粗大或有組織偏析的零件，均應(yīng)選用較小的比功率。內(nèi)孔表面淬火和零件的平面淬火均應(yīng)采用較

37、大的比功率。嚴(yán)格說(shuō)，上述的比功率應(yīng)稱為零件比功率。它是零件加熱時(shí)單位面積上的功率值。如何核算實(shí)際加熱時(shí)的零件比功率呢？對(duì)于機(jī)械式中頻設(shè)備：P0= （kW/cm2） ( 29 )式中Pj中頻功率表的指示值，p中頻淬火變壓器效率，一般p8；g中頻淬火感應(yīng)器效率，一般g0.8。對(duì)于電子管式高頻設(shè)備（該設(shè)備沒(méi)有功率表）: P0= （kW/cm2） ( 30 )式中Uc槽路電壓（kV)； Iao振蕩管陽(yáng)極電流（A )；r陽(yáng)極電流利用系數(shù)，一般r = 1.7 ；n振蕩管個(gè)數(shù)；p高頻淬火變壓器效率，一般p0.7；g高頻淬火感應(yīng)器效率，一般g0.7。 根據(jù)比功率的定義，還可引伸出一個(gè)重要概念，即同時(shí)加熱淬火的

38、最大面積Smax。它是決定零件加熱方法的重要參數(shù)。Smax= (31)式中PB變頻設(shè)備的額定功率（kW)；p淬火變壓器效率，按式（29）和式（30）選??；g淬火感應(yīng)器效率，按式（29）和式（30）選?。籔0min表面淬火比功率最小值，按表7 選取。按式（31）計(jì)算得出幾種國(guó)產(chǎn)高、中頻設(shè)備在使圓環(huán)感應(yīng)器的條件下，同時(shí)加熱淬火及連續(xù)加熱淬火的最大面積（連續(xù)加熱淬火的最大面積是指被圓環(huán)感應(yīng)器包圍的那一部分零件的面積）, 并列于表9 中。 表9 在幾種設(shè)備上，兩時(shí)加熱淬火及連續(xù)加熱淬火的最大面積電源種類電源設(shè)備的額定功率PB同時(shí)加熱淬火面積連續(xù)加熱淬火Smax最大面積Smax最大直徑dmax機(jī)械式中頻

39、發(fā)電機(jī)( 2.5kHz 和8 kHz）1001286420.4160204.8102.432.620025612840.825032016050.9電子管式高頻設(shè)備( 100300kHz )6058.829.49.4100984915.62001969831.2注：連續(xù)淬火所用圓環(huán)感應(yīng)器的有效圈高度為1cm，淬火面積寬度按1cm計(jì)算。近期的日文資料也有相近內(nèi)容的介紹，也有參考價(jià)值。圖24 是軸類零件同時(shí)加熱悴火時(shí)，設(shè)備容量與被加熱面積的關(guān)系。圖25是軸類零件連續(xù)加熱淬火時(shí)，設(shè)備容量與被加熱面積的關(guān)系。圖24 同時(shí)加熱淬火時(shí)，設(shè)備容量與被加熱面積的關(guān)系設(shè)備種類（圖略）圖25 連續(xù)加熱淬火時(shí)，設(shè)備

40、容量與被加熱面積的關(guān)系兩種加熱淬火方法所用設(shè)備的輸出總效率均按70計(jì)算。同時(shí)加熱淬火，P0取0.350.38kW /cm2；連續(xù)加熱淬火，P0取2.02.2kW/cm2。據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)判斷升其前者偏低，而后者偏高。9 同時(shí)加熱淬火法、連續(xù)加熱淬火法和縱向加熱整體淬火法（一）同時(shí)加熱淬火法：當(dāng)工件的淬火面積SL小于或等于變頻設(shè)備的同時(shí)加熱淬火的最大面積Smax時(shí)，可以選用同時(shí)加熱淬火法。同時(shí)加熱淬火法是將工件整體或一部分置于感應(yīng)器之中或鄰近位置，感應(yīng)器接通高頻或中頻電流，使工件感應(yīng)加熱，待加熱溫度達(dá)到淬火溫度后，切斷電流，立即或間隔一段時(shí)間，對(duì)加熱部分進(jìn)行冷卻，使該部位達(dá)到淬火目的的方法。同時(shí)加熱

41、淬火法操作簡(jiǎn)單、控制容易，并能實(shí)現(xiàn)自行回火，具有高效、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛采用。用同時(shí)加熱淬火法，要確定以下幾個(gè)工藝參數(shù)：零件感應(yīng)加熱所需要的功率PL用式（32）計(jì)算：PL = P0SL( kW) ( 32 )式中P0零件比功率，根據(jù)電源設(shè)備種類，從表7 利表8 中選取；SL零件淬火面積（cm2）。確定設(shè)備輸出功率Pj用式（33）計(jì)算Pj= ( kw) (33)式中，p和g分別為淬火變壓器和感應(yīng)器效率，根據(jù)電源設(shè)備種類，按式（29）和式（30）選取。實(shí)際變頻設(shè)備輸出功率的核對(duì)，機(jī)械式中頻設(shè)備可以直接察看功率表，電子管式高頻設(shè)備的實(shí)際輸出功率可用式（34）計(jì)算得出。Pj= （34）式中各符號(hào)意

42、義與式（30 ）中相同。同時(shí)加熱淬火的加熱時(shí)間TH一般用圖表法來(lái)確定。圖26是統(tǒng)計(jì)我國(guó)某大型工廠多年生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和檢驗(yàn)卡片而繪制的比功率P0、淬火層深度Ds與同時(shí)加熱淬火的加熱時(shí)間TH 的關(guān)系曲線。即在已知P0和Ds的前提下，通過(guò)該曲線查得TH 。使用條件是軸類零件、圓環(huán)感應(yīng)器（間隙為23mm）、8000Hz機(jī)械式中頻發(fā)電機(jī)。圖26 使用8000Hz中頻發(fā)電機(jī)同時(shí)加熱淬火的P0DsTH “關(guān)系圖圖27 是日本資料介紹的軸類零件同時(shí)加熱淬火的頻率f ( Hz）、比功率P0（W/cm2）、淬火層深度Ds ( mm）及加熱時(shí)間TH ( s）之間的關(guān)系曲線，即在已知f、P0和Ds的情況下求得TH0圖27

43、同時(shí)加熱淬火的fP0DsTH 關(guān)系圖比功率ABCDEFGH加熱時(shí)間曲線abcdefgh頻率1061055*1041045*103103102蘇聯(lián)學(xué)者對(duì)感應(yīng)熱處理的工藝曲線有系統(tǒng)的研究，取得了成套的研究成果。下面介紹K.3.舍別列克夫斯基教授發(fā)表的一套曲線。圖25 ，圖29 ，圖30 分別是使用2.5kHz、5kHz、250kHz 同時(shí)加熱淬火的零件直徑D、淬火層深度Ds、比功率P0及加熱時(shí)間TH的關(guān)系曲線圖28 頻率2.5kHz 時(shí)，軸類零件同時(shí)加熱淬火的DDsP0TH關(guān)系圖（虛線為P0，實(shí)線為T(mén)H，線端數(shù)值為Ds)圖29 頻率為8 kHz 時(shí)，軸類零件同時(shí)加熱悴火的D一Ds一P0TH關(guān)系圖（

44、虛線為P0、實(shí)線為T(mén)H、線端數(shù)值為Ds )D ( cm ) 圖30頻率為250kHz 時(shí)，軸類零件同時(shí)加熱悴火的D一Ds一P0TH 關(guān)系圖（虛線為P0、實(shí)線為T(mén)H、線端數(shù)值為Ds) 當(dāng)讀者仔細(xì)研究這些曲線后會(huì)發(fā)現(xiàn)，相同的條件可能得不完全相同的結(jié)果，我認(rèn)為可能是這些曲線的制作和使用條件不盡相同的緣故吧，也許相當(dāng)數(shù)量的工程曲線均有這類問(wèn)題，好在它們能夠給讀者一個(gè)參考數(shù)值，經(jīng)過(guò)讀者的試用和修正之后，可以得到一個(gè)準(zhǔn)確的工藝參數(shù)，以減少讀者的摸索時(shí)間和試驗(yàn)次數(shù)。同時(shí)加熱悴火的冷卻時(shí)間T 可用經(jīng)驗(yàn)公式或試驗(yàn)法來(lái)確定。同時(shí)加熱淬火的冷卻方式一般采用噴射冷卻。限制噴射冷卻時(shí)間，可以在保證零件得到適當(dāng)?shù)拇慊鹩捕?/p>

45、和淬火層深度的同時(shí)，保證零件得到自行回火。對(duì)于中碳鋼和中碳低合金鋼制作簡(jiǎn)單零件，可以使用水進(jìn)行噴射淬火。如果零件加熱時(shí)使用正常的比功率值，噴射壓為0.10.3MPa 、水溫為1530 ，同時(shí)加熱淬火的冷卻時(shí)間Tc可用式（35 ）計(jì)算：Tc= ( 12) TH (35) 對(duì)于形狀復(fù)雜的零件例如，花鍵軸之拳的零件，用水噴射冷卻，由于冷卻能力太強(qiáng)容易產(chǎn)生淬火裂紋。因此，要采用合成淬火介質(zhì)，例如聚乙烯醇、聚醚、聚二醇等聚合物的水溶液為淬火介質(zhì)。這些淬火介質(zhì)濃度和成分另有資料介紹，乒這里不多贅述。它們的鱉冷卻能力如圖31 所示。由圖31可見(jiàn)，各種合成淬火介質(zhì)的冷卻能力均低于水，所以使用它們的冷卻時(shí)間比水

46、的冷卻時(shí)間要長(zhǎng)一些。圖31 各種淬火介質(zhì)的噴射冷卻速度一些形狀復(fù)雜或成分復(fù)雜的工件，在感應(yīng)加熱終了，要間隔一段時(shí)間再進(jìn)行淬火冷卻，以達(dá)到熱形滿足要求，溫度均勻和減少裂紋之目的。間隔的時(shí)間稱為間隙時(shí)間，間隙時(shí)間一般通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定。（二）連續(xù)加熱淬火法：當(dāng)零件的淬火面積SL大于變頻設(shè)備的同時(shí)加熱淬火的最大面積Smax（見(jiàn)表9）時(shí)，應(yīng)采用連續(xù)加熱淬火法。連續(xù)加熱淬火法是將工件置于感應(yīng)器之中或鄰近位置，使感應(yīng)器與工件發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，感應(yīng)器接通高頻或中頻電流，將工件感應(yīng)加熱到淬火溫度，同時(shí)感應(yīng)器或噴水器噴出淬火介質(zhì)，使工件已經(jīng)達(dá)到淬火溫度的部分得以淬火，直到工件的淬火面積全部完成淬火之時(shí)，先切斷感應(yīng)器電流

47、，后停止淬火介質(zhì)噴射。連續(xù)加熱淬火法的最大特點(diǎn)是可以使用較小容量的變頻設(shè)備處理大型工件，因此也被廣泛地采用。連續(xù)加熱淬火法要確定以下幾個(gè)工藝參數(shù)：零件感應(yīng)加熱所需要的功率PL用式（36）計(jì)算：PL = P0SLG （36 ) 式中P0零件比功率，根據(jù)電源設(shè)備種類，從表7 中選取( kw / cm2) , SLG 零件被感應(yīng)器所容納的面積（cm2）。確定設(shè)備輸出功率Pj用式（33）計(jì)算：Pj= (kW) 式中p和g分別是淬火變壓器和感應(yīng)器效率，根據(jù)電源設(shè)備種類，按式（29）和式（30）選取。變頻設(shè)備的實(shí)際輸出功率是否與Pj相一致，核對(duì)方法與同時(shí)加熱淬火法相同。連續(xù)加熱淬火工件與感應(yīng)器的相對(duì)移動(dòng)速

48、度V是連續(xù)加熱淬火法的重要工藝參數(shù)，用圖表法查取。圖32 是統(tǒng)計(jì)我國(guó)某大型工廠的生產(chǎn)記錄和檢驗(yàn)卡片而繪制的發(fā)電機(jī)輸出功率Pj、零件直徑D、淬火層深度Ds和移動(dòng)速度V的關(guān)系曲線。即在已知零件直徑和淬火層深度的條件下查得Pj和V。該曲線的使用條件為軸類零件、圓環(huán)感應(yīng)器（間隙35mm）及2500 ( Hz）的中頻電機(jī)。圖33 和圖34 是美國(guó)資料，也有一定的參考價(jià)值。圖33 和圖34 中Pj0是設(shè)備比功率，它乘以pg等于P0。與圖32 比較，在相同的比功率下，美國(guó)資料給出的V是比較大的，這是由于美國(guó)淬火機(jī)床的精度和控制技術(shù)水平高，使感應(yīng)器零件之間達(dá)到最緊密的藕合，加熱效率很高的緣故。圖32 使用25

49、00Hz中頻電機(jī)連續(xù)加熱淬火的PjDDsV的關(guān)系圖圖33 連續(xù)加熱悴火在3000Hz ( DS = 4 5mm ) 和10000Hz（Ds= 2.53.8mm）時(shí)的Pjo一V關(guān)系圖圖34 在Pjo=3 . 82kW / cm2時(shí)連續(xù)加熱淬火的Ds一V關(guān)系圖13000Hz，零件D=5cm 210000Hz，零件D=3.8cm 3500kHz，零件D=1.27cm 連續(xù)加熱淬火的移動(dòng)速度V相當(dāng)于同時(shí)加熱淬火法中的加熱時(shí)間TH。如將連續(xù)加熱感應(yīng)器（高度為h）用于同時(shí)加熱淬火，其加熱時(shí)間為T(mén)H，那么連續(xù)加熱淬火的V可用下式求得：V= （mm/s） (37)連續(xù)加熱淬火的冷卻時(shí)間，一般指加熱終了后再繼續(xù)冷卻210s，以保證加熱終端的充分冷卻。連續(xù)加熱淬火的零件在淬火過(guò)程中已經(jīng)冷透，一般需要回火處理，以適當(dāng)?shù)亟档陀捕群蜌堄鄳?yīng)力，減少變形和開(kāi)裂。連續(xù)加熱淬火零件的回火多采用爐中回火和感應(yīng)回火兩種方法。爐中回火規(guī)范可參照普通熱處理的低溫回火規(guī)范，但加熱溫度應(yīng)該適當(dāng)降低，加熱時(shí)間適當(dāng)縮短。感應(yīng)