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化(hua)不銹鋼均可采用感應加熱表面淬火。



一、感應(ying)加熱原理


 當感(gan)(gan)應(ying)圈中通過交變(bian)電(dian)流時，在(zai)其周圍(wei)和內(nei)(nei)部(bu)(bu)（如感(gan)(gan)應(ying)圈中的工(gong)(gong)件(jian)(jian)）就產生(sheng)與電(dian)流變(bian)化頻(pin)率(lv)相同的交變(bian)磁(ci)場(chang)，這個磁(ci)場(chang)又使工(gong)(gong)件(jian)(jian)內(nei)(nei)部(bu)(bu)產生(sheng)電(dian)場(chang)即感(gan)(gan)應(ying)電(dian)動(dong)勢(shi)，由于金屬是(shi)導體，這個電(dian)動(dong)勢(shi)又會在(zai)工(gong)(gong)件(jian)(jian)內(nei)(nei)部(bu)(bu)產生(sheng)電(dian)流。這種電(dian)流的電(dian)路在(zai)工(gong)(gong)件(jian)(jian)內(nei)(nei)部(bu)(bu)是(shi)閉(bi)合的，又稱之為渦(wo)流。渦(wo)流使工(gong)(gong)件(jian)(jian)產生(sheng)大量的熱。對鋼鐵(tie)材料（鐵(tie)磁(ci)材料）來(lai)說，除渦(wo)流的熱效(xiao)應(ying)外，還存在(zai)“磁(ci)滯現象”引起的熱效(xiao)應(ying)。


 渦流(liu)(liu)有其特點，如表面效應（集膚效應）使(shi)渦流(liu)(liu)會集中在(zai)表面一定深(shen)(shen)(shen)度(du)(du)(du)，叫渦流(liu)(liu)透入深(shen)(shen)(shen)度(du)(du)(du)，這(zhe)個深(shen)(shen)(shen)度(du)(du)(du)也稱電(dian)(dian)流(liu)(liu)透人(ren)深(shen)(shen)(shen)度(du)(du)(du)δ,電(dian)(dian)流(liu)(liu)透入深(shen)(shen)(shen)度(du)(du)(du)δ與交變電(dian)(dian)流(liu)(liu)頻(pin)率f、工件材料(liao)的電(dian)(dian)阻率p及導磁率μ有一定的關系(xi)。


 鋼鐵(tie)材料的電阻率(lv)(lv)p與溫(wen)(wen)度(du)成(cheng)正(zheng)比，隨(sui)材料溫(wen)(wen)度(du)的升高(gao)而增加，而磁導率(lv)(lv)μ在失磁點以下基本(ben)不變，但到失磁點時突然下庫，約為1,因此，當工(gong)件溫(wen)(wen)度(du)達(da)到失磁點時，渦流透入深度(du)δ明(ming)顯增加。


 無(wu)論是在(zai)失磁點以(yi)下的(de)(de)(de)溫(wen)度還是在(zai)失磁點以(yi)上(shang)的(de)(de)(de)溫(wen)度，渦(wo)(wo)(wo)流(liu)都集中(zhong)在(zai)工件表層(ceng)中(zhong)，隨與表面(mian)距離的(de)(de)(de)增大而急劇(ju)下降。可以(yi)近似地認為，渦(wo)(wo)(wo)流(liu)只在(zai)δ的(de)(de)(de)薄層(ceng)中(zhong)通過(guo)，層(ceng)外(wai)沒有渦(wo)(wo)(wo)流(liu)。而渦(wo)(wo)(wo)流(liu)所產(chan)生的(de)(de)(de)熱(re)量(liang)與渦(wo)(wo)(wo)流(liu)強度的(de)(de)(de)平方(fang)成正比，所以(yi)，自表面(mian)向里，由(you)渦(wo)(wo)(wo)流(liu)產(chan)生的(de)(de)(de)熱(re)量(liang)下降更(geng)快、更(geng)明顯，甚至(zhi)有人(ren)認為，渦(wo)(wo)(wo)流(liu)產(chan)生熱(re)量(liang)的(de)(de)(de)85%以(yi)上(shang)集中(zhong)在(zai)δ的(de)(de)(de)厚度內。


 感應(ying)渦(wo)流的(de)特性決(jue)定了(le)感應(ying)加(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)過程為透(tou)人(ren)式(shi)加(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)和傳導式(shi)加(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)并存的(de)加(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)過程。


 當感應圈內(nei)的工件(jian)(jian)(jian)產(chan)生渦流(liu)的瞬間(jian)，渦流(liu)集中在工件(jian)(jian)(jian)的表面(mian)層(ceng)，且(qie)表面(mian)最強，向里(li)逐漸減弱，工件(jian)(jian)(jian)表面(mian)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)開始(shi)升高，當表面(mian)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)升高至(zhi)失磁溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)時(shi)，加(jia)(jia)熱(re)(re)層(ceng)被分(fen)為兩層(ceng)，即最外層(ceng)的失磁層(ceng)和與其(qi)相(xiang)連(lian)的未失磁層(ceng)。由于失磁層(ceng)的渦流(liu)強度(du)(du)(du)顯著下(xia)降，使得最大(da)渦流(liu)強度(du)(du)(du)及加(jia)(jia)熱(re)(re)最強烈的地方轉(zhuan)移(yi)至(zhi)兩層(ceng)交界處，這時(shi)，該處溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)又快速上升，從而(er)使加(jia)(jia)熱(re)(re)高溫(wen)(wen)(wen)層(ceng)向內(nei)移(yi)動(dong)，這種因(yin)渦流(liu)強度(du)(du)(du)向內(nei)不斷(duan)移(yi)動(dong)而(er)引起(qi)工件(jian)(jian)(jian)加(jia)(jia)熱(re)(re)層(ceng)向內(nei)移(yi)動(dong)的工件(jian)(jian)(jian)加(jia)(jia)熱(re)(re)方式(shi)(shi)稱“透人式(shi)(shi)加(jia)(jia)熱(re)(re)”。當失磁高溫(wen)(wen)(wen)層(ceng)厚度(du)(du)(du)超過熱(re)(re)態電流(liu)透入深度(du)(du)(du)δ后繼續加(jia)(jia)熱(re)(re)時(shi)，熱(re)(re)量總是在δ層(ceng)中析出，促使該層(ceng)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)不斷(duan)升高。


 在(zai)這(zhe)種透人式(shi)加熱使工件表層(ceng)(ceng)溫(wen)度(du)升高的(de)同時，還存在(zai)正常的(de)熱傳導過程，使加熱層(ceng)(ceng)的(de)厚(hou)度(du)不斷向(xiang)里(li)延伸，從而完成(cheng)感(gan)應加熱工件表面達到(dao)淬火溫(wen)度(du)的(de)全(quan)過程。


 感應加(jia)(jia)熱(re)的(de)(de)表面(mian)加(jia)(jia)熱(re)層是(shi)在失磁條件下進行的(de)(de)，加(jia)(jia)熱(re)很(hen)緩(huan)慢，而又是(shi)依靠渦流強(qiang)度向內(nei)移動的(de)(de)方式傳遞熱(re)量的(de)(de)，所以，表面(mian)過(guo)熱(re)小(xiao)。



二(er)、鋼在感應(ying)加熱(re)時(shi)的(de)組織轉變特點


 感應加熱的(de)一(yi)個重要(yao)特(te)征是加熱速度(du)快(kuai)，而(er)鋼的(de)組(zu)織轉變與加熱速度(du)有重要(yao)的(de)關(guan)系，所以，鋼在感應加熱時的(de)組(zu)織轉變有與普通加熱不同的(de)特(te)點。


1. 感應加熱時奧氏體形成的特點


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(re)條件下，由于(yu)轉變溫度(du)(du)(du)升高，過熱(re)度(du)(du)(du)大，奧氏(shi)體的形核和長大速(su)度(du)(du)(du)都會(hui)增加，但形核速(su)度(du)(du)(du)比(bi)長大速(su)度(du)(du)(du)快得(de)多，所以，奧氏(shi)體晶粒會(hui)更細一些(xie)。


2. 馬氏體不銹鋼的(de)感應加熱(re)特點(dian)


 馬(ma)氏(shi)體不(bu)銹鋼成(cheng)分中(zhong)(zhong)含有大量的(de)鉻、鉬、鎳(nie)等合(he)金元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)，在(zai)(zai)(zai)平衡狀(zhuang)態下（如(ru)退(tui)火狀(zhuang)態），合(he)金元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)在(zai)(zai)(zai)鐵素(su)(su)(su)體和碳(tan)化(hua)(hua)(hua)物中(zhong)(zhong)的(de)分布不(bu)同。形成(cheng)碳(tan)化(hua)(hua)(hua)物的(de)元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)，鉻、鉬等集中(zhong)(zhong)分布在(zai)(zai)(zai)碳(tan)化(hua)(hua)(hua)物中(zhong)(zhong)，不(bu)形成(cheng)碳(tan)化(hua)(hua)(hua)物的(de)元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)，鎳(nie)等集中(zhong)(zhong)分布在(zai)(zai)(zai)鐵素(su)(su)(su)體中(zhong)(zhong)，加(jia)熱(re)形成(cheng)奧氏(shi)體后，在(zai)(zai)(zai)原(yuan)碳(tan)化(hua)(hua)(hua)物部分，形成(cheng)碳(tan)化(hua)(hua)(hua)物元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)濃(nong)度高(gao)，不(bu)形成(cheng)碳(tan)化(hua)(hua)(hua)物元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)濃(nong)度低。同時(shi)，合(he)金元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)在(zai)(zai)(zai)奧氏(shi)體中(zhong)(zhong)的(de)擴散速度比碳(tan)慢。所以，在(zai)(zai)(zai)感應快速加(jia)熱(re)時(shi)，要使奧氏(shi)體中(zhong)(zhong)的(de)合(he)金元(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)均勻化(hua)(hua)(hua)，應提高(gao)加(jia)熱(re)溫度。


 馬氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)不銹鋼含(han)合(he)金元素(su)(su)多(duo)，奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)均勻化(hua)比碳鋼和合(he)金結(jie)構鋼更困難。因此，感(gan)應加熱前具備良好的(de)(de)原(yuan)(yuan)始(shi)組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)尤為重要(yao)。鋼加熱奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)形(xing)核是在鐵素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)和滲碳體(ti)(ti)(ti)(ti)的(de)(de)交(jiao)界面處，所以，原(yuan)(yuan)始(shi)晶粒(li)越(yue)細(xi)(xi)小，鐵素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)與滲碳體(ti)(ti)(ti)(ti)的(de)(de)相界面越(yue)多(duo)，奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)形(xing)核越(yue)多(duo)，而且，合(he)金元素(su)(su)原(yuan)(yuan)子擴散距離也越(yue)短，奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)的(de)(de)形(xing)成和均勻化(hua)過(guo)程也就越(yue)快。可見，細(xi)(xi)晶粒(li)的(de)(de)原(yuan)(yuan)始(shi)組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)對(dui)提高感(gan)應加熱淬火(huo)的(de)(de)質量很(hen)重要(yao)。特(te)別(bie)是如(ru)果原(yuan)(yuan)始(shi)組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)粗(cu)大，有(you)帶狀(zhuang)組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)、魏(wei)氏(shi)(shi)組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)、大塊(kuai)鐵素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)等情況時，感(gan)應加熱淬火(huo)容(rong)易產生過(guo)熱或淬火(huo)軟點組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)不均等缺陷。


 因此，馬氏體不(bu)銹鋼感(gan)應加(jia)熱(re)淬火(huo)前應進行(xing)調質處理。