高频电阻感应加热自冷淬火的组织和性能www.tool-tool.com

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杨段魁(内蒙古工学院)

摘 要：利用高频电阻感应加热自冷淬火方法对45、40Cr和35CrNi3Mo钢进行了实验，获得了仿形性淬火带，硬度可达HRC54～59。金相检验和透射电镜观察，淬硬带主要是回火板条马氏体，40Cr钢个别区域有片状马氏体，45钢有少量的下贝氏体。试件淬火后墓本不变形，也无需回火。

关键词：高频淬火；感应热处理；热处理

1 引言

高频电阻感应加热不仅有感应加热，而且还有电阻加热，工件表面电流更集中，密度更大，加热速度也更快，表面加热的功率密度是感应加热的数倍。高频电阻感应加热设备简单，操作方便。淬火可根据工件的形状和部位进行设计，仿形性很好，可对复杂工件的局部表面实施淬火。淬火时自激冷却。淬火后工件基本不变形，无需回火。因此国外一些汽车厂和其它工业部门用高频电阻感应加热处理汽缸内壁、汽缸内孔、凸轮、弹簧等零件取得了良好的效果。国内开展这项工作的有不多几家。我们在实验室条件下进行了高频电阻感应局部表面加热自冷淬火的研究，取得了较好的结果。本文就高频电阻感应局部表面加热自冷淬火的组织和性能作一些较深入的分析和探讨。

2 试验材料和方法

2.1 试验材料

选用45、40Cr和35CrNi3Mo钢。其化学成分和原始组织如表1。试样尺寸1OOmm×25mm×lOmm。

2.2 试验设备及检测方法

试验在GP-100C3型高频感应加热装置上进行。自制感应器、电触头、装夹具和附助装置。试件淬火后测量洛氏硬度，在显微镜下观察金相组织，进而制备成复型和金属薄膜，在H-700H透射电镜下深入观察和分析。用维氏显微硬度计测量淬火区的硬度、宽度和深度(截面的最大深度)。宽度和深度均以半马氏体区为界，载荷200g,lOs。利用游标卡尺和千分表测量淬火试样的变形量。

3 试验结果与分析

在不同工艺参数下，三种试验用钢高频电阻感应局部表面加热自冷淬火的试验结果列于表2。

3.1 淬火区的形状

高频电阻感应局部表面加热淬火区一般为一条或多条淬硬带。淬硬带的形态随感应器的形状而异。本文感应器设计有两种：一种是直线形，另一种是S形。直线形感应器得到的淬硬带情况列于表2。S型感应器得到的淬硬带如图la所示，呈S形。不管淬硬带呈什么形状，其横截面均呈月牙状。如图1b所示。

图1 淬硬带的形态

3.2 淬硬带的硬度和分布

三种试验用俐淬硬带的硬度HRC45-59。这种结果与普通高频淬火的硬度接近。淬硬带的硬度随深度的变化而变化。图2是35CrNi3Mo钢淬硬带深度与显微硬度分布情况。可以看到，试验表层组织的硬度变化比较平稳。但是淬硬层较浅，淬火区与未淬火区之间的过渡区很窄，硬度变化急剧。显然，高频电阻感应局部表面加热的能t在试祥表面十分集中，密度很大。试样表面处的显微硬度略低，是因为表面马氏体较次表面的自回火程度高所造成的。

图2 35CrNi3Mo钢淬硬带深度与显微硬度分布

3.3 光学金相组织

图 3是40Cr钢淬火区和过渡区的金相组织照片。图3a是悴火区细小马氏体，图3b是过渡区马氏体和未溶铁素体的混合组织。由图3b中可以看到比较粗大而且已经破断了的网状铁素体组织。说明40Cr钢的原奥氏体组织比较粗大。经高频电阻感应局部表面加热淬火，组织得到了细化。因为这种方法加热能量密度很高，速度更快，时间更短，所以细化组织的效果比普通高频加热淬火效果更为明显。淬火前正火处理的钢淬火效果更好，硬度稍有提高。从表1我们可以看到正火处理的这种作用。这表明原始组织均匀细密，奥氏体化加热相对比较充分，化学成分相应也比较均匀，奥氏体晶粒细小，淬火质量就好。

a-40Cr钢淬火区组织 b-40Cr钢过渡区组织

图3 4OCr钢淬火区与过渡区金相组织

3.4 电镜观察

淬硬带的精细结构由图4、图5中的复型和金属薄膜的透射电镜照片所示。从图4a可以清楚地看到。45钢淬火区主要是回火板条马氏体，个别区域有少量下贝氏体。40Cr钢淬火区，除了回火板条马氏体外，还存在少最具有孪晶亚结构的片状马氏体。从图4a可以看到，马氏体基体上弥散分布有细小的碳化物。显然，试样在自激冷却过程中马氏体自身已经回火，而且比较充分。因为Cr元素提高了40Cr钢的回火稳定性，所以相比之下，45钢中的碳化物教目更多，回火也更充分。

a-淬火区M板 b-淬火区M板+少量B下(薄膜)

图4 45钢淬火区组织的透射电镜照片

a-过渡区M板+B粒(复型) b-过渡区M板+F+P(薄膜)

图5 45钢过渡区组织的透射电镜照片

淬火区与未淬火区之间的过渡区，因其加热温度处于Ac1-Ac3范围内，所以组织比较复杂。从图5可见，45钢过渡区组织中有回火板条马氏体、粒状贝氏体、未溶铁素体和珠光体。而40Cr钢由于Cr元素对贝氏体转变的推迟作用，其过渡区组织主要是回火板条马氏体、未溶铁素体和珠光体。

3.5 变形量

高频电阻感应加热只发生在工件的某些局部表面，加热层很薄，最深处只有一个多毫米，而且是自激冷却淬火，引起工件变形的热应力和组织应力很有限。所以这种淬火方法变形程度甚微。本试验数据如表3所示。

由表3中的数据可见，沿长度方向最大的变形量仅为0.Olmm，多数试样没有什么变化。宽度方向的最大变形量为0.02mm，而厚度方向即翘曲最大变形为0.09mm。由此可见，高频电阻感应局部表面加热自冷淬火对工件尺寸几乎没有什么影响。

4 结论

1) 45、40Cr和35CrNi3Mo钢在国产高频感应加热设备上实现局部表面加热自冷淬火，获得仿形性淬硬带，HRC可达54-59。

2) 淬硬带组织主要是回火板条马氏体。40Cr钢个别区域有少量片状马氏体，45钢有少量下贝氏体。过渡区组织是回火板条马氏体、未溶铁素体和珠光体，45钢中还有少量的粒状贝氏体。

3) 淬硬带回火比较充分，无需另行回火。试件自冷淬火后基本不变形。

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