感應淬火(huo)替代(dai)滲碳(tan)淬火(huo)，教你從三個角(jiao)度考(kao)慮

感(gan)(gan)應(ying)淬火早(zao)得到應(ying)用(yong)是為了(le)提高零件表面硬度，以滿足耐磨(mo)性的(de)要求。經(jing)過幾十年的(de)發(fa)展(zhan)，感(gan)(gan)應(ying)淬火已(yi)經(jing)發(fa)展(zhan)成為應(ying)用(yong)范圍為廣泛的(de)熱處(chu)理(li)技(ji)(ji)術，在汽車(che)、鐵路、船舶(bo)、工程機(ji)械、機(ji)床(chuang)以及軍(jun)工等行業形成了(le)完善的(de)技(ji)(ji)術和質量體系(xi)。

感應淬火替代滲碳淬火是其推廣應用的一個重要領域，基于其突出的經濟性和較高的技術指標，受到業界的重視。對于兩者的比較，淬火感應加熱設備廠家筆者想在以下幾個方面進行分析。

經濟性

先進的(de)技術是(shi)用(yong)低(di)的(de)成(cheng)本獲(huo)得滿(man)足需求(qiu)的(de)性(xing)能(neng)，經(jing)濟性(xing)是(shi)技術應用(yong)首(shou)先考慮(lv)的(de)因素。

1.設備投資

感應淬火設備的(de)(de)(de)(de)(de)投(tou)資(zi)是(shi)(shi)比較小的(de)(de)(de)(de)(de)。如中等規格齒輪的(de)(de)(de)(de)(de)淬(cui)火(huo)(huo)(huo)設備，一條齒輪連(lian)續(xu)爐(lu)(lu)滲(shen)碳(tan)線投(tou)資(zi)約(yue)800萬(wan)(wan)元，加上淬(cui)火(huo)(huo)(huo)壓床、吊(diao)具等輔(fu)助(zhu)設備合計約(yue)1500萬(wan)(wan)元。按照(zhao)相(xiang)同的(de)(de)(de)(de)(de)產能對(dui)比，需要2臺感(gan)應淬(cui)火(huo)(huo)(huo)機床，每套(tao)自動淬(cui)火(huo)(huo)(huo)機床的(de)(de)(de)(de)(de)價格約(yue)100萬(wan)(wan)元，僅(jin)僅(jin)是(shi)(shi)滲(shen)碳(tan)設備的(de)(de)(de)(de)(de)10%～20%。與(yu)多用爐(lu)(lu)相(xiang)比，1套(tao)感(gan)應淬(cui)火(huo)(huo)(huo)機床的(de)(de)(de)(de)(de)產能至少與(yu)3臺多用爐(lu)(lu)相(xiang)當(dang)，其(qi)投(tou)資(zi)相(xiang)當(dang)于多用爐(lu)(lu)（包括輔(fu)助(zhu)系統）的(de)(de)(de)(de)(de)50%。

設(she)備(bei)的占地(di)面積(ji)和安裝方(fang)面也是(shi)費用支出的重(zhong)要(yao)部(bu)分。滲碳(tan)設(she)備(bei)占地(di)面積(ji)大，對(dui)廠房的水、電、氣要(yao)求較(jiao)高，造成(cheng)生產廠房需(xu)要(yao)較(jiao)大的投資，安裝費用也較(jiao)高。感應淬(cui)火(huo)設(she)備(bei)占地(di)面積(ji)小，安裝簡便，費用要(yao)少很(hen)多。

2.生產運行(xing)費用和生產節拍

感應淬(cui)火(huo)(huo)生產運行費用低，也(ye)是其具有推廣價值的重要指標。統計顯示，感應淬(cui)火(huo)(huo)的能耗(hao)為(wei)滲碳(tan)淬(cui)火(huo)(huo)的20%左(zuo)(zuo)右，淬(cui)火(huo)(huo)介質的消耗(hao)為(wei)30%左(zuo)(zuo)右，設備維護(hu)和消耗(hao)備件的費用為(wei)20%左(zuo)(zuo)右，生產三廢的排放(fang)也(ye)非(fei)常(chang)低。

感應淬火為快(kuai)(kuai)速加(jia)熱，加(jia)熱時間為幾秒(miao)到幾十秒(miao)，生產節拍非常快(kuai)(kuai)。對于降低人工(gong)成本(ben)、降低在(zai)制品率有優勢。

3.熱處理零件(jian)用材料

發達國(guo)家的(de)(de)感應淬火用材料(liao)(liao)有一(yi)個專門的(de)(de)系列，但(dan)專用材料(liao)(liao)不表示高成(cheng)本，只(zhi)是(shi)為達到更好(hao)的(de)(de)效果而做(zuo)的(de)(de)調整。感應淬火選材范圍(wei)是(shi)廣泛(fan)的(de)(de)，并且由于其特有的(de)(de)優異(yi)性能可以選用低成(cheng)本的(de)(de)材料(liao)(liao)替代價格(ge)較高的(de)(de)滲碳材料(liao)(liao)。滲碳處(chu)理(li)的(de)(de)溫度高、時間(jian)長，需要特別(bie)注意控(kong)制其晶粒長大，所以滲碳用鋼中必須(xu)含(han)有一(yi)定含(han)量(liang)的(de)(de)細化晶粒合金元素。

4.熱處理后的加工

在滲碳淬火(huo)的(de)(de)實踐中，往往在后(hou)續的(de)(de)磨削工(gong)序(xu)出現滲碳層被磨掉(diao)的(de)(de)問題，其原因就是滲碳層相(xiang)對(dui)較淺，熱處理變形后(hou)偏(pian)磨。與滲碳等化(hua)學熱處理相(xiang)比，感應淬火(huo)的(de)(de)硬化(hua)層更深，給后(hou)續加(jia)工(gong)帶(dai)來更大的(de)(de)靈活性，也降低了熱處理前工(gong)序(xu)的(de)(de)要求，所(suo)以(yi)加(jia)工(gong)成本(ben)低，廢品率低。

技術指標

滲碳(tan)淬(cui)火(huo)在(zai)零(ling)件(jian)表面形成(cheng)高含碳(tan)量(liang)的馬氏體(ti)層(ceng)，硬度高、碳(tan)化(hua)物含量(liang)高，具(ju)(ju)有高的耐磨(mo)性(xing)，而心部為低碳(tan)馬氏體(ti)組織，所以表面壓應力大，零(ling)件(jian)整體(ti)韌性(xing)高。這些特(te)點(dian)使(shi)滲碳(tan)淬(cui)火(huo)在(zai)齒輪(lun)等需要高耐磨(mo)性(xing)、高疲勞強(qiang)(qiang)度、高接觸(chu)疲勞強(qiang)(qiang)度的零(ling)件(jian)上(shang)廣泛采用。感應淬(cui)火(huo)具(ju)(ju)有快(kuai)速(su)加熱快(kuai)速(su)冷卻的特(te)點(dian)，使(shi)材料(liao)晶粒度顯著(zhu)提高，在(zai)得到超高硬度的同時，獲得了(le)較高的韌度指標(biao)，從(cong)而提升零(ling)件(jian)性(xing)能。

1.耐磨性

滲(shen)碳(tan)淬火零件(jian)具有(you)很(hen)高的耐磨(mo)性，是由于其表層高硬度和碳(tan)化物。感(gan)應淬火可(ke)以在較低的含碳(tan)量下獲得高硬度，耐磨(mo)性還(huan)與其微觀組織結(jie)構有(you)關(guan)。

20CrMnTiH3滲碳淬(cui)(cui)火(huo)和45鋼感(gan)(gan)應(ying)淬(cui)(cui)火(huo)制(zhi)成標準的磨損試樣(yang)，硬度均(jun)為62～62.5HRC，在(zai)M-200磨損試驗機上(shang)試驗，對磨件為T10淬(cui)(cui)火(huo)。經過160萬次磨損，滲碳試樣(yang)失重4.0mg，感(gan)(gan)應(ying)淬(cui)(cui)火(huo)試樣(yang)失重2.1mg。是什么機理使感(gan)(gan)應(ying)淬(cui)(cui)火(huo)試樣(yang)具有更(geng)高的耐磨性，非(fei)常值(zhi)得研(yan)究

2.強度

通常認(ren)為強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)與(yu)硬(ying)度(du)(du)(du)相關，相同的(de)硬(ying)度(du)(du)(du)就可以得到相同的(de)強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)。對于具體零件(jian)而言，還與(yu)哪些參(can)數有(you)聯(lian)系呢？我們對20CrMnTiH3滲(shen)碳淬(cui)(cui)火和(he)45鋼(gang)(gang)、40CrH、40MnBH感(gan)應(ying)淬(cui)(cui)火制成的(de)標準啞(ya)鈴狀拉伸試(shi)樣(yang)進行試(shi)驗，試(shi)樣(yang)有(you)效(xiao)部(bu)位直徑為20mm，測(ce)得的(de)抗(kang)拉強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)分別(bie)為819MPa、1184MPa、1364MPa、1369MPa，幾種中碳鋼(gang)(gang)試(shi)樣(yang)感(gan)應(ying)淬(cui)(cui)火后(hou)的(de)強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)明顯高于滲(shen)碳件(jian)。

兩種(zhong)工藝結果相比。滲碳(tan)淬(cui)火(huo)(huo)試樣表面為高碳(tan)馬氏體，滲層(ceng)1.25mm，硬度(du)(du)62～63HRC，心部為低碳(tan)馬氏體，硬度(du)(du)32HRC。感應淬(cui)火(huo)(huo)試樣表面為中碳(tan)馬氏體，硬化(hua)層(ceng)深度(du)(du)3.6mm，硬度(du)(du)62HRC，心部為回火(huo)(huo)索氏體，硬度(du)(du)26HRC。可(ke)以發現兩種(zhong)處(chu)理(li)方式得到(dao)(dao)的(de)表面硬化(hua)層(ceng)深度(du)(du)有較大(da)差異，感應淬(cui)火(huo)(huo)得到(dao)(dao)較深的(de)硬化(hua)層(ceng)，從而得到(dao)(dao)更大(da)的(de)零(ling)件強度(du)(du)。所以，討論哪種(zhong)強化(hua)工藝更好時，不(bu)僅要從微觀(guan)角度(du)(du)分析，更要從宏觀(guan)方面考(kao)慮。

3.疲勞強度

滲碳淬(cui)火(huo)和感(gan)應(ying)淬(cui)火(huo)后零(ling)件(jian)表面得到有(you)效強化，并形成(cheng)較大的(de)殘(can)余壓應(ying)力，都(dou)具有(you)較高的(de)疲勞強度。

選用模數2.5的(de)齒(chi)輪零件(jian)進行(xing)研究，分(fen)(fen)(fen)別采用20CrMnTiH3滲(shen)碳淬(cui)(cui)火(huo)(huo)，滲(shen)碳深度1.2mm；45鋼、42CrMo感應淬(cui)(cui)火(huo)(huo)，齒(chi)根(gen)淬(cui)(cui)火(huo)(huo)深度2.0mm。硬度均為61～63HRC，熱處理后經過(guo)磨齒(chi)加(jia)工。按照圖1所示的(de)加(jia)載(zai)方(fang)式在疲勞試驗(yan)機上試驗(yan)。3種(zhong)不同(tong)材料和(he)(he)熱處理的(de)齒(chi)輪輪齒(chi)彎曲中(zhong)值疲勞極限壓(ya)載(zai)荷(he)分(fen)(fen)(fen)別為18.50kN、20.30kN和(he)(he)28.88kN。42CrMo感應淬(cui)(cui)火(huo)(huo)齒(chi)輪的(de)疲勞強度高于20CrMnTiH3滲(shen)碳淬(cui)(cui)火(huo)(huo)56%，具有顯(xian)著優(you)勢。分(fen)(fen)(fen)析其機理，需要從硬化層組織、表面壓(ya)應力水平、心部(bu)組織和(he)(he)硬度等方(fang)面入(ru)手。

輪齒脈(mo)動彎曲疲勞(lao)試(shi)驗雙齒加載(zai)方式(shi)

4.接觸疲勞強度

對于齒(chi)輪(lun)類零(ling)件，齒(chi)面的(de)(de)接觸(chu)疲勞失效(xiao)也是(shi)主要(yao)的(de)(de)失效(xiao)形式。輕(qing)載(zai)齒(chi)輪(lun)對接觸(chu)疲勞要(yao)求相對較低，而感應(ying)淬火(huo)能否在(zai)具體的(de)(de)重載(zai)齒(chi)輪(lun)上取代滲碳淬火(huo)，該(gai)指(zhi)標(biao)是(shi)必需考核的(de)(de)內容(rong)。我(wo)們(men)在(zai)此方面的(de)(de)研究還不(bu)夠(gou)深入(ru)。

5.淬火變形

滲碳工藝(yi)溫度(du)(du)高(gao)，時間長，淬(cui)(cui)(cui)(cui)火(huo)變形大。后續的磨削工序會將強(qiang)度(du)(du)高(gao)、壓應(ying)力大的表層(ceng)磨薄(bo)，造(zao)成零件強(qiang)度(du)(du)的降低(di)。齒輪滲碳淬(cui)(cui)(cui)(cui)火(huo)越來越多的采用壓淬(cui)(cui)(cui)(cui)技術，目的就是減小(xiao)淬(cui)(cui)(cui)(cui)火(huo)變形。感應(ying)淬(cui)(cui)(cui)(cui)火(huo)的變形比(bi)較小(xiao)，且由于淬(cui)(cui)(cui)(cui)火(huo)層(ceng)厚，磨削對硬化深度(du)(du)影響相(xiang)對較小(xiao)。

感應淬火的局限性

感應(ying)淬火(huo)工(gong)藝有其(qi)特(te)殊(shu)的應(ying)用局限，這和磁場(chang)分(fen)布的客觀(guan)規律有關，針(zhen)對具體(ti)零件具體(ti)分(fen)析。

1.復雜截面零件

如某變速箱齒輪軸，包含多(duo)個(ge)齒輪、多(duo)個(ge)臺階及(ji)軸承位，淬(cui)火感應加熱設備廠家采用感應淬(cui)火工序多(duo)，難度大(da)，成本角度考慮是(shi)不(bu)合適(shi)的。還(huan)有(you)一些硬化區(qu)域(yu)包含尖角的零(ling)件，感應淬(cui)火難度很大(da)，應采用滲碳或(huo)其它化學熱處理。

2.薄壁件

滲碳(tan)淬火可以很薄一(yi)層硬化層，心部(bu)硬度較低保證韌性。感應淬火則可能(neng)由于淬透(tou)脆(cui)裂(lie)。

3.小零件

感應淬火每個零(ling)件(jian)都需要上(shang)下料、加(jia)熱、冷(leng)卻等(deng)步(bu)驟(zou)，對于很小的(de)零(ling)件(jian)不具有(you)經(jing)濟性。滲碳淬火可以批量裝爐，產量高，成本低。

4.單件生產

感(gan)應淬火需(xu)要(yao)針對不同(tong)零件制作不同(tong)的感(gan)應器，對于批量較小的生產不具(ju)備經濟性優勢。

感應淬火(huo)替(ti)代滲碳的一些建(jian)議

綜合(he)而言，重載齒輪感(gan)應淬(cui)火替代(dai)滲碳淬(cui)火的(de)(de)研究還需要做很多工作，其他需要提(ti)高耐磨性和強度的(de)(de)零件(jian)則可以選(xuan)用適(shi)當的(de)(de)材料結(jie)合(he)感(gan)應淬(cui)火工藝替代(dai)。

感應熱處(chu)理(li)選材(cai)。滲(shen)碳(tan)(tan)處(chu)理(li)后材(cai)料表面(mian)為高碳(tan)(tan)層，碳(tan)(tan)化物含(han)量高，對耐磨性(xing)有利。感應熱處(chu)理(li)用材(cai)多(duo)為中(zhong)碳(tan)(tan)鋼和中(zhong)碳(tan)(tan)合金鋼，淬火(huo)感應加熱設備廠家在耐磨件替代滲(shen)碳(tan)(tan)選材(cai)時可以(yi)選擇(ze)含(han)碳(tan)(tan)量高的材(cai)料，如(ru)某(mou)凸輪軸采用80#鋼制(zhi)造(zao)，以(yi)獲得所需的性(xing)能。

感應(ying)淬火零(ling)件的用材要(yao)求比滲碳淬火低(di)，往往不被重視。選材過(guo)程不僅要(yao)考(kao)慮(lv)是否能夠淬到需(xu)要(yao)的硬度(du)(du)和淬火深度(du)(du)，還要(yao)對(dui)材料的化學成分、晶粒度(du)(du)、雜質等指標加以重視，這(zhe)些因素對(dui)零(ling)件的性能也有很(hen)大的影響(xiang)，用對(dui)待滲碳鋼(gang)的高度(du)(du)對(dui)待感應(ying)淬火鋼(gang)。

重視預備熱處理(li)。感(gan)應淬火(huo)的(de)加熱時間短，合金成分來不及均勻化，需(xu)要(yao)做好(hao)預備熱處理(li)。淬火(huo)感(gan)應加熱設備廠家感(gan)應淬火(huo)通常是表面淬火(huo)，心(xin)部的(de)組(zu)織和其它指標要(yao)在預備熱處理(li)工(gong)序保(bao)證。