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(shi)體(ti)不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(chen)淀硬化(hua)不(bu)銹鋼均可采用感應加熱表面淬火。



一(yi)、感(gan)應加(jia)熱原(yuan)理(li)


 當(dang)感應(ying)圈(quan)中通過交變電(dian)(dian)(dian)(dian)流時，在其(qi)周(zhou)圍和內部(bu)（如感應(ying)圈(quan)中的(de)工(gong)件(jian)）就產生(sheng)與電(dian)(dian)(dian)(dian)流變化(hua)頻率相(xiang)同的(de)交變磁(ci)場，這(zhe)個磁(ci)場又(you)使(shi)工(gong)件(jian)內部(bu)產生(sheng)電(dian)(dian)(dian)(dian)場即(ji)感應(ying)電(dian)(dian)(dian)(dian)動(dong)勢，由于金(jin)屬(shu)是(shi)導體(ti)，這(zhe)個電(dian)(dian)(dian)(dian)動(dong)勢又(you)會在工(gong)件(jian)內部(bu)產生(sheng)電(dian)(dian)(dian)(dian)流。這(zhe)種電(dian)(dian)(dian)(dian)流的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)在工(gong)件(jian)內部(bu)是(shi)閉合的(de)，又(you)稱之為(wei)渦(wo)流。渦(wo)流使(shi)工(gong)件(jian)產生(sheng)大量(liang)的(de)熱。對鋼鐵材料（鐵磁(ci)材料）來說(shuo)，除渦(wo)流的(de)熱效應(ying)外，還存(cun)在“磁(ci)滯現象”引(yin)起的(de)熱效應(ying)。


 渦流(liu)(liu)有其特點，如表面效應（集膚效應）使渦流(liu)(liu)會集中在表面一(yi)定深度(du)，叫渦流(liu)(liu)透入深度(du)，這個深度(du)也稱電(dian)流(liu)(liu)透人深度(du)δ,電(dian)流(liu)(liu)透入深度(du)δ與交變電(dian)流(liu)(liu)頻率f、工件材料的電(dian)阻率p及導磁率μ有一(yi)定的關系。


 鋼鐵材料的電阻率(lv)p與溫(wen)度成正比(bi)，隨材料溫(wen)度的升高而增(zeng)加，而磁(ci)導率(lv)μ在失磁(ci)點以下基本(ben)不變，但到失磁(ci)點時(shi)突然下庫，約為(wei)1,因此，當(dang)工件(jian)溫(wen)度達(da)到失磁(ci)點時(shi)，渦流透入深度δ明顯增(zeng)加。


 無論是在失(shi)(shi)磁(ci)(ci)點以下的(de)(de)溫(wen)度還是在失(shi)(shi)磁(ci)(ci)點以上的(de)(de)溫(wen)度，渦(wo)(wo)流(liu)(liu)都集中(zhong)(zhong)在工件表層(ceng)中(zhong)(zhong)，隨與表面(mian)(mian)距離的(de)(de)增(zeng)大而急(ji)劇下降。可以近似(si)地認為(wei)，渦(wo)(wo)流(liu)(liu)只在δ的(de)(de)薄層(ceng)中(zhong)(zhong)通過(guo)，層(ceng)外沒有(you)渦(wo)(wo)流(liu)(liu)。而渦(wo)(wo)流(liu)(liu)所產(chan)(chan)生的(de)(de)熱量(liang)與渦(wo)(wo)流(liu)(liu)強(qiang)度的(de)(de)平方成正比，所以，自表面(mian)(mian)向里，由(you)渦(wo)(wo)流(liu)(liu)產(chan)(chan)生的(de)(de)熱量(liang)下降更快(kuai)、更明顯，甚至有(you)人認為(wei)，渦(wo)(wo)流(liu)(liu)產(chan)(chan)生熱量(liang)的(de)(de)85%以上集中(zhong)(zhong)在δ的(de)(de)厚度內。


 感(gan)應渦流的特性決定了感(gan)應加熱(re)過程為(wei)透人式(shi)加熱(re)和(he)傳導式(shi)加熱(re)并存的加熱(re)過程。


 當(dang)感應圈(quan)內的(de)(de)工件產生渦流(liu)的(de)(de)瞬(shun)間(jian)，渦流(liu)集(ji)中(zhong)(zhong)在(zai)工件的(de)(de)表面(mian)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)，且(qie)表面(mian)最強(qiang)(qiang)，向里(li)逐漸減弱(ruo)，工件表面(mian)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)開始升(sheng)高(gao)，當(dang)表面(mian)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)升(sheng)高(gao)至失(shi)磁(ci)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)時，加(jia)(jia)(jia)熱層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)被分為(wei)兩層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)，即最外層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)失(shi)磁(ci)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)和與其相(xiang)連的(de)(de)未失(shi)磁(ci)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)。由于失(shi)磁(ci)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)渦流(liu)強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)顯著下降，使得最大(da)渦流(liu)強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)及加(jia)(jia)(jia)熱最強(qiang)(qiang)烈的(de)(de)地(di)方轉移至兩層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)交(jiao)界處，這時，該處溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)又(you)快速上升(sheng)，從而使加(jia)(jia)(jia)熱高(gao)溫(wen)(wen)(wen)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)向內移動，這種(zhong)因渦流(liu)強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)向內不(bu)斷移動而引起(qi)工件加(jia)(jia)(jia)熱層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)向內移動的(de)(de)工件加(jia)(jia)(jia)熱方式稱“透人式加(jia)(jia)(jia)熱”。當(dang)失(shi)磁(ci)高(gao)溫(wen)(wen)(wen)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)厚度(du)(du)(du)超過熱態電流(liu)透入深度(du)(du)(du)δ后繼(ji)續加(jia)(jia)(jia)熱時，熱量總是在(zai)δ層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)中(zhong)(zhong)析(xi)出，促使該層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)不(bu)斷升(sheng)高(gao)。


 在這種透人式加(jia)熱使工件表層溫(wen)度升高的(de)同時，還存在正常的(de)熱傳(chuan)導過程，使加(jia)熱層的(de)厚(hou)度不斷向里(li)延伸，從(cong)而完成感應加(jia)熱工件表面(mian)達到淬火溫(wen)度的(de)全(quan)過程。


 感應加(jia)熱(re)的(de)表面加(jia)熱(re)層是在失磁條件下進行(xing)的(de)，加(jia)熱(re)很緩慢(man)，而(er)又是依靠渦(wo)流(liu)強(qiang)度(du)向內移動的(de)方式傳遞熱(re)量的(de)，所以(yi)，表面過熱(re)小(xiao)。



二、鋼在感應加熱時的組織轉變特點(dian)


 感應加(jia)熱(re)的一個(ge)重要特征是加(jia)熱(re)速度(du)快，而鋼(gang)的組織(zhi)轉變與加(jia)熱(re)速度(du)有重要的關系，所(suo)以，鋼(gang)在感應加(jia)熱(re)時的組織(zhi)轉變有與普通(tong)加(jia)熱(re)不同的特點(dian)。


1. 感(gan)應加熱(re)時(shi)奧(ao)氏(shi)體形(xing)成的特點


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(su)加熱條件下，由(you)于(yu)轉(zhuan)變溫度(du)升(sheng)高，過熱度(du)大(da)，奧(ao)氏(shi)體(ti)的形核和長大(da)速(su)度(du)都(dou)會增加，但形核速(su)度(du)比長大(da)速(su)度(du)快得多，所以，奧(ao)氏(shi)體(ti)晶粒會更細一(yi)些。


2. 馬氏(shi)體(ti)不銹(xiu)鋼的(de)感應加熱特點


 馬氏體(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)銹鋼成(cheng)分中含有大量(liang)的(de)(de)(de)(de)鉻(ge)、鉬、鎳(nie)(nie)等合金元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)，在(zai)平衡狀(zhuang)態下(xia)（如退(tui)火(huo)狀(zhuang)態），合金元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)在(zai)鐵(tie)(tie)素(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)和碳化(hua)物(wu)(wu)中的(de)(de)(de)(de)分布(bu)(bu)(bu)不(bu)(bu)同。形(xing)成(cheng)碳化(hua)物(wu)(wu)的(de)(de)(de)(de)元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)，鉻(ge)、鉬等集(ji)中分布(bu)(bu)(bu)在(zai)碳化(hua)物(wu)(wu)中，不(bu)(bu)形(xing)成(cheng)碳化(hua)物(wu)(wu)的(de)(de)(de)(de)元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)，鎳(nie)(nie)等集(ji)中分布(bu)(bu)(bu)在(zai)鐵(tie)(tie)素(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)中，加(jia)熱形(xing)成(cheng)奧(ao)(ao)氏體(ti)(ti)(ti)后(hou)，在(zai)原碳化(hua)物(wu)(wu)部分，形(xing)成(cheng)碳化(hua)物(wu)(wu)元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)濃度(du)高(gao)，不(bu)(bu)形(xing)成(cheng)碳化(hua)物(wu)(wu)元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)濃度(du)低。同時(shi)，合金元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)在(zai)奧(ao)(ao)氏體(ti)(ti)(ti)中的(de)(de)(de)(de)擴散速(su)(su)度(du)比碳慢。所(suo)以(yi)，在(zai)感應快速(su)(su)加(jia)熱時(shi)，要(yao)使奧(ao)(ao)氏體(ti)(ti)(ti)中的(de)(de)(de)(de)合金元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)均勻(yun)化(hua)，應提高(gao)加(jia)熱溫度(du)。


 馬氏體(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)銹鋼含合(he)(he)金(jin)(jin)元素(su)多(duo)，奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)均勻(yun)化(hua)比碳(tan)鋼和合(he)(he)金(jin)(jin)結構鋼更困難(nan)。因(yin)此，感(gan)應加(jia)熱(re)前(qian)具備良(liang)好(hao)的(de)原(yuan)始組(zu)織(zhi)(zhi)尤為重要。鋼加(jia)熱(re)奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)形核是在鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)和滲(shen)碳(tan)體(ti)(ti)(ti)的(de)交界面處，所(suo)以，原(yuan)始晶(jing)粒越細小，鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)與滲(shen)碳(tan)體(ti)(ti)(ti)的(de)相界面越多(duo)，奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)形核越多(duo)，而且，合(he)(he)金(jin)(jin)元素(su)原(yuan)子擴散距離也越短，奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)的(de)形成和均勻(yun)化(hua)過(guo)程也就越快。可見，細晶(jing)粒的(de)原(yuan)始組(zu)織(zhi)(zhi)對(dui)提(ti)高(gao)感(gan)應加(jia)熱(re)淬火的(de)質量(liang)很(hen)重要。特別是如(ru)果(guo)原(yuan)始組(zu)織(zhi)(zhi)粗大，有帶狀組(zu)織(zhi)(zhi)、魏(wei)氏組(zu)織(zhi)(zhi)、大塊鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)等情況(kuang)時，感(gan)應加(jia)熱(re)淬火容易產生(sheng)過(guo)熱(re)或淬火軟點組(zu)織(zhi)(zhi)不(bu)(bu)均等缺陷。


 因此，馬氏(shi)體不(bu)銹鋼感應(ying)加熱淬火(huo)前應(ying)進行調質處理。