感應加熱表面淬火處理在保證工件基體具有優良的強度、塑性、韌性的同時，提高了工件的表面硬度、耐磨性和抗疲勞性能。感應加熱表面淬火在馬氏體不(bu)銹鋼制零件中的應用越來越廣泛。


 2Cr13、3Cr13、0Cr13Ni4Mo、0Cr17Ni4Cu4Nb等馬氏體不銹鋼和馬氏體沉淀硬(ying)化不銹鋼均可采用感應加熱表面淬火。



一、感應加熱(re)原(yuan)理


 當感應(ying)圈(quan)中(zhong)通過(guo)交變(bian)電流時，在(zai)(zai)其周圍和內(nei)部(bu)（如(ru)感應(ying)圈(quan)中(zhong)的工(gong)件）就產(chan)生與電流變(bian)化頻率相同的交變(bian)磁場，這個磁場又(you)使工(gong)件內(nei)部(bu)產(chan)生電場即感應(ying)電動勢，由于金屬是(shi)導體，這個電動勢又(you)會在(zai)(zai)工(gong)件內(nei)部(bu)產(chan)生電流。這種電流的電路在(zai)(zai)工(gong)件內(nei)部(bu)是(shi)閉(bi)合的，又(you)稱之為渦流。渦流使工(gong)件產(chan)生大量的熱。對鋼(gang)鐵材(cai)料(liao)（鐵磁材(cai)料(liao)）來說，除渦流的熱效應(ying)外，還存在(zai)(zai)“磁滯現象”引起的熱效應(ying)。


 渦流有(you)(you)其(qi)特點，如表(biao)面(mian)效(xiao)應(ying)（集膚效(xiao)應(ying)）使渦流會集中在表(biao)面(mian)一(yi)定深(shen)度(du)，叫渦流透入深(shen)度(du)，這個(ge)深(shen)度(du)也稱(cheng)電(dian)流透人深(shen)度(du)δ,電(dian)流透入深(shen)度(du)δ與交(jiao)變(bian)電(dian)流頻率(lv)f、工件(jian)材料的電(dian)阻率(lv)p及導磁率(lv)μ有(you)(you)一(yi)定的關系。


 鋼(gang)鐵(tie)材(cai)(cai)料的電阻(zu)率p與溫(wen)度成(cheng)正比(bi)，隨材(cai)(cai)料溫(wen)度的升高而增加，而磁(ci)導率μ在失(shi)磁(ci)點(dian)以下基本不變，但(dan)到失(shi)磁(ci)點(dian)時突然(ran)下庫(ku)，約為1,因此(ci)，當工件溫(wen)度達到失(shi)磁(ci)點(dian)時，渦(wo)流透(tou)入深度δ明顯增加。


 無論是在失磁點(dian)以(yi)下的溫度(du)還是在失磁點(dian)以(yi)上的溫度(du)，渦(wo)流(liu)都(dou)集中(zhong)在工件表(biao)層(ceng)中(zhong)，隨與表(biao)面(mian)距(ju)離的增大而(er)急(ji)劇下降。可以(yi)近似(si)地認(ren)為，渦(wo)流(liu)只在δ的薄層(ceng)中(zhong)通(tong)過，層(ceng)外沒有(you)渦(wo)流(liu)。而(er)渦(wo)流(liu)所產(chan)生(sheng)的熱量與渦(wo)流(liu)強(qiang)度(du)的平方成正比，所以(yi)，自表(biao)面(mian)向里，由渦(wo)流(liu)產(chan)生(sheng)的熱量下降更快、更明顯(xian)，甚至有(you)人認(ren)為，渦(wo)流(liu)產(chan)生(sheng)熱量的85%以(yi)上集中(zhong)在δ的厚度(du)內。


 感(gan)應渦流的(de)特性決定了感(gan)應加熱過(guo)程(cheng)為透人式(shi)加熱和傳導式(shi)加熱并存的(de)加熱過(guo)程(cheng)。


 當感應圈(quan)內(nei)的(de)(de)工(gong)(gong)(gong)件(jian)(jian)產(chan)生渦(wo)流的(de)(de)瞬間，渦(wo)流集中(zhong)在工(gong)(gong)(gong)件(jian)(jian)的(de)(de)表(biao)面層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)，且表(biao)面最(zui)(zui)強(qiang)，向里(li)逐漸減弱，工(gong)(gong)(gong)件(jian)(jian)表(biao)面溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)開始(shi)升(sheng)高(gao)(gao)，當表(biao)面溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)升(sheng)高(gao)(gao)至(zhi)(zhi)失(shi)磁(ci)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)時，加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)(re)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)被分為兩層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)，即最(zui)(zui)外層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)失(shi)磁(ci)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)和與其相連的(de)(de)未失(shi)磁(ci)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)。由于失(shi)磁(ci)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)渦(wo)流強(qiang)度(du)(du)(du)顯著下降，使(shi)得(de)最(zui)(zui)大渦(wo)流強(qiang)度(du)(du)(du)及加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)(re)最(zui)(zui)強(qiang)烈的(de)(de)地(di)方轉移(yi)至(zhi)(zhi)兩層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)交(jiao)界處，這時，該(gai)處溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)又快速上升(sheng)，從而使(shi)加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)(re)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)向內(nei)移(yi)動(dong)，這種因渦(wo)流強(qiang)度(du)(du)(du)向內(nei)不(bu)斷(duan)(duan)移(yi)動(dong)而引(yin)起工(gong)(gong)(gong)件(jian)(jian)加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)(re)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)向內(nei)移(yi)動(dong)的(de)(de)工(gong)(gong)(gong)件(jian)(jian)加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)(re)方式(shi)稱(cheng)“透(tou)人式(shi)加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)(re)”。當失(shi)磁(ci)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)厚度(du)(du)(du)超過熱(re)(re)(re)(re)態電(dian)流透(tou)入(ru)深(shen)度(du)(du)(du)δ后(hou)繼(ji)續加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)(re)時，熱(re)(re)(re)(re)量總(zong)是在δ層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)中(zhong)析出，促(cu)使(shi)該(gai)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)不(bu)斷(duan)(duan)升(sheng)高(gao)(gao)。


 在(zai)這種透人式(shi)加(jia)熱(re)(re)使工件表層溫(wen)度升高的(de)(de)(de)同時，還存(cun)在(zai)正常(chang)的(de)(de)(de)熱(re)(re)傳(chuan)導過程，使加(jia)熱(re)(re)層的(de)(de)(de)厚度不斷向里延伸(shen)，從而完成感應加(jia)熱(re)(re)工件表面達(da)到淬火溫(wen)度的(de)(de)(de)全過程。


 感(gan)應加熱(re)的(de)表(biao)面加熱(re)層是在(zai)失磁條件下(xia)進(jin)行的(de)，加熱(re)很緩慢，而(er)又是依靠渦流強度(du)向(xiang)內(nei)移動的(de)方(fang)式傳遞(di)熱(re)量的(de)，所以(yi)，表(biao)面過熱(re)小。



二、鋼在感應加(jia)熱時(shi)的組(zu)織轉變特點


 感應加(jia)(jia)(jia)熱(re)的(de)(de)一個重(zhong)(zhong)要特征是加(jia)(jia)(jia)熱(re)速(su)度快，而鋼的(de)(de)組織轉(zhuan)變與加(jia)(jia)(jia)熱(re)速(su)度有(you)重(zhong)(zhong)要的(de)(de)關系，所以，鋼在感應加(jia)(jia)(jia)熱(re)時的(de)(de)組織轉(zhuan)變有(you)與普(pu)通加(jia)(jia)(jia)熱(re)不同(tong)的(de)(de)特點。


1. 感應加熱時奧(ao)氏體形成的特點(dian)


有研究表明，由于感應加熱速度快，鋼的相變點Ac1、Ac3、Acm 的溫度升高，即奧氏體的轉變溫度升高，而且轉變的溫度花固更寬廣。在加熱溫度相同的條件下，加熱速度越快，珠光體中的鐵素體轉變成奧氏體后，組織中的滲碳體越難充分溶解。奧氏體中的成分不易均勻化。


 在快速加(jia)熱條件下，由于轉變溫(wen)度(du)(du)升(sheng)高，過(guo)熱度(du)(du)大，奧(ao)氏(shi)體(ti)的(de)形核和長大速度(du)(du)都會(hui)增加(jia)，但形核速度(du)(du)比長大速度(du)(du)快得多，所以，奧(ao)氏(shi)體(ti)晶粒會(hui)更細一些(xie)。


2. 馬氏體不(bu)銹(xiu)鋼的感應(ying)加熱(re)特點(dian)


 馬(ma)氏(shi)(shi)體不(bu)(bu)銹(xiu)鋼成(cheng)(cheng)分(fen)(fen)(fen)中(zhong)(zhong)含有(you)大量的(de)鉻(ge)、鉬(mu)、鎳(nie)等(deng)(deng)合(he)(he)金(jin)元素(su)(su)(su)(su)，在(zai)(zai)平(ping)衡狀態(tai)下（如退火(huo)狀態(tai)），合(he)(he)金(jin)元素(su)(su)(su)(su)在(zai)(zai)鐵素(su)(su)(su)(su)體和碳(tan)(tan)化(hua)(hua)物(wu)(wu)中(zhong)(zhong)的(de)分(fen)(fen)(fen)布(bu)不(bu)(bu)同(tong)。形(xing)成(cheng)(cheng)碳(tan)(tan)化(hua)(hua)物(wu)(wu)的(de)元素(su)(su)(su)(su)，鉻(ge)、鉬(mu)等(deng)(deng)集(ji)中(zhong)(zhong)分(fen)(fen)(fen)布(bu)在(zai)(zai)碳(tan)(tan)化(hua)(hua)物(wu)(wu)中(zhong)(zhong)，不(bu)(bu)形(xing)成(cheng)(cheng)碳(tan)(tan)化(hua)(hua)物(wu)(wu)的(de)元素(su)(su)(su)(su)，鎳(nie)等(deng)(deng)集(ji)中(zhong)(zhong)分(fen)(fen)(fen)布(bu)在(zai)(zai)鐵素(su)(su)(su)(su)體中(zhong)(zhong)，加熱(re)形(xing)成(cheng)(cheng)奧氏(shi)(shi)體后，在(zai)(zai)原碳(tan)(tan)化(hua)(hua)物(wu)(wu)部(bu)分(fen)(fen)(fen)，形(xing)成(cheng)(cheng)碳(tan)(tan)化(hua)(hua)物(wu)(wu)元素(su)(su)(su)(su)濃度(du)高，不(bu)(bu)形(xing)成(cheng)(cheng)碳(tan)(tan)化(hua)(hua)物(wu)(wu)元素(su)(su)(su)(su)濃度(du)低。同(tong)時，合(he)(he)金(jin)元素(su)(su)(su)(su)在(zai)(zai)奧氏(shi)(shi)體中(zhong)(zhong)的(de)擴散速(su)度(du)比碳(tan)(tan)慢(man)。所(suo)以，在(zai)(zai)感(gan)應快速(su)加熱(re)時，要(yao)使奧氏(shi)(shi)體中(zhong)(zhong)的(de)合(he)(he)金(jin)元素(su)(su)(su)(su)均勻化(hua)(hua)，應提(ti)高加熱(re)溫度(du)。


 馬氏(shi)體(ti)不(bu)銹鋼含合(he)金(jin)(jin)元素多，奧氏(shi)體(ti)均勻化(hua)(hua)比碳鋼和(he)合(he)金(jin)(jin)結構鋼更困難。因此(ci)，感應加熱前具備良好的(de)(de)(de)原始組(zu)織尤為重要。鋼加熱奧氏(shi)體(ti)形(xing)(xing)核(he)是(shi)在鐵(tie)素體(ti)和(he)滲(shen)(shen)碳體(ti)的(de)(de)(de)交界面(mian)(mian)處，所以，原始晶粒(li)越細小，鐵(tie)素體(ti)與(yu)滲(shen)(shen)碳體(ti)的(de)(de)(de)相界面(mian)(mian)越多，奧氏(shi)體(ti)形(xing)(xing)核(he)越多，而且，合(he)金(jin)(jin)元素原子擴散(san)距離也(ye)越短，奧氏(shi)體(ti)的(de)(de)(de)形(xing)(xing)成和(he)均勻化(hua)(hua)過(guo)(guo)程也(ye)就(jiu)越快。可見，細晶粒(li)的(de)(de)(de)原始組(zu)織對提高感應加熱淬(cui)(cui)(cui)火(huo)的(de)(de)(de)質量(liang)很重要。特別是(shi)如果原始組(zu)織粗(cu)大，有帶(dai)狀(zhuang)組(zu)織、魏(wei)氏(shi)組(zu)織、大塊鐵(tie)素體(ti)等情況(kuang)時，感應加熱淬(cui)(cui)(cui)火(huo)容(rong)易產生過(guo)(guo)熱或淬(cui)(cui)(cui)火(huo)軟點組(zu)織不(bu)均等缺陷。


 因此，馬(ma)氏(shi)體不銹鋼感應加熱淬(cui)火前(qian)應進行(xing)調質處理。