高手请进：高频淬火问题！（急）

Ethan

高频淬火，扫描加热管子头部螺纹，硬化层深度不均匀，而且螺牙中间硬度偏低，低于工件热处理要求。具体情况见图，请各位专家帮忙分析一下什么原因，给一些改进的建议和意见。
图一是工件螺纹大概形状；
图二是要求硬化层形状，且硬度均匀；
图三是目前能得到的结果，阴影部分为硬化层，三个圆点为硬度测试位置，中间一点硬度偏低，两边的硬度可以达到要求。

Ethan

硬度跟硬化层深度不能同时满足。螺牙中间位置硬度始终偏低5度（HRC）。
数控高频加热设备，可改动参数只有输出功率和进给速度（扫描速度），水流量。
请高手指点！

ZX771

管螺纹的两端硬度与中间出现差异，原因之一是感应加热常见的尖角效应所致。建议减小感应器内环宽度，可以一定程度减小两尖角与中部吸收能量的差异，使之淬硬效果趋于均匀。

[ 本帖最后由 ZX771 于 2009-6-25 21:21 编辑 ]

luodan1661

适当降低功率和行走速度可解决，主要是速度，在边角不过热的情况下适当降低行走速度。

[ 本帖最后由 luodan1661 于 2009-6-26 02:07 编辑 ]

Ethan

谢谢两位的指点！
       我尝试过很多组（速度+功率）配比，效果一直不好，似乎设备输出不稳定，并且结果并无明显规律可循，时好时坏（同一参数连续做两个样品，检验结果存在差异，有时候就不在合理的波动范围之内）。
       感应器厚度（有效加热部分）10mm，单螺牙宽度5mm。
       另外硬化层深度出现的不均匀情况是什么原因造成的？单螺牙两端厚度相差一倍。

我心依燃

有时候喷水量的大小对结果影响也是很明显的，硬化层深度不一样可能是因为速度太快的原因造成的

Ethan

你的意思是冷却的过快？这个尺度很难把握，也就是感应圈与喷水圈之间的距离问题，我的感应圈不是自喷水的。
流量可以调整，冷却速度还算可以吧，因为冷却过快的话变形就超出要求范围了。

luodan1661

具体硬度是多少？功率和速度又是多少？

我心依燃

过快是工件上下移动时的速度过快

YJC

根据3#图样,硬度差异不应该是加热方面的问题,而是冷却有问题。是自喷水的吗?如是,建议外加喷水,离有效圈10mm,喷水孔垂直淬火面水量不须太大以免水上涌影响加热。也向3楼讨教可否？谢谢！！

dazhong01

层深要求多少，如果层深要求不是很浅的话  同意10#观点

天天小非

很特别的产品，只能从感应器上下功夫

老热工

我的意见是加宽感应器,减小因感应器太窄引起能量吸收偏差,同时喷水孔角度与零件轴线角度再大一点((75°)

搬运工

高.中频扫描淬火前后端加热温度始终有差异.导致后端硬化层较深.硬度较高.降低感应器高度可缩小此差异.增加感应器与工件间隙.降低扫描速度也可缩小此差异.你的零件出现的现象..可能与淬火软带.软块的形成有关.零件旋转速度与上下移动速度应有一合适的比值.再一个就是零件旋转方向问题. 你可肉眼观察加热温度是否均匀一致.观点不一定正确.仅供参考.

luodan1661

1、我觉得这个产品硬度差和层深不一致的根本原因就是感应器行走太快所致。感应器行走快，功率就相对要高，加热的速度也就快，加热到冷却的间隙时间也短，这就造成了几个问题，一是这个螺纹比较窄但又不是很窄，螺纹两个边因为边角效应而加热很快，螺纹中部则明显慢很多，中部需要依靠两边的温度传导进来，自身感应加热因为磁力线的不均匀分布而相对很慢，要保证中部达到淬火温度，则两边的温度很可能偏高，还有可能烧化边角，这个温差在加热的时候不一定能肉眼看见，但通过分析，这种现象一定存在的。我怀疑楼主这个零件就是中部的加热还不够，边缘和中部的温差过大造成硬度差异很大。另一个问题就是冷却的问题，我们知道在感应淬火的时候，有很多零件因为边角效应不能完全避免而出现边角温度高的情况，通常的解决办法就是边角的温度稍高点，但把随后到冷却的间隙时间加长就能达到均温的目的，这样来一定程度的解决温度不均的问题。加长间隙均温时间，在同时加热淬火的时候容易把握，很多PLC可以直接设置间隙时间。在连续淬火的时候多数是通过调整喷水孔的喷射角度，一般是减小角度，这样喷水接触点更向下一点，等于是增加了均温时间。也有增加专门的喷水圈，这样更能调整好间隙时间，利于均温。
2、通过分析，我认为楼主这个零件现在这种现象不是冷却的问题（这个判断需要楼主提供材质和喷水压力，担心是淬硬性不好的材料），而是加热不均的问题，体现在螺纹两边的温度比中间高很多，中间很可能没达到正常的淬火加热温度（这个判断有耐于楼主提供具体实测的硬度值做参考，看中间的温度是否达到材料的正常淬火硬度）。而且两边高是其中一边特别高（与感应器距离近的一边），在淬火加热时，肉眼只能看到一道亮光，显得加热部位的温度很高，其实只是这一个边的位置很高，加上行走快，冷却也快，其他部位的温度，尤其是中间的温度根本就没上来。
3、对于是冷却问题的分析。我觉得这个螺纹5mm宽，只要加热温度达到了，喷水是足够把它都淬硬的，担心中间没被直接冷却到或者是还有热量而使中间硬度偏低是没必要的。
4、楼主说的不稳定，我想会不会是螺纹外径不一致或者是螺纹两边的锐边不一致造成，这个可以确认下。
5、希望楼主试试我上面的适当降低功率、减慢行走速度的方案。如果不行，则可以在加热圈下再增加一个喷水圈，加热的功率可以适当高一些，只要边的温度不是高得很离谱，通过调整喷水圈与感应加热圈的距离来调整加热后的均温间隙，让边上的高温通过传导提高中部的温度，在进入冷却圈的时候温度均匀。不要怕边上晶粒粗大，感应加热时间短，不容易粗大的。也不要担心淬不硬，只要加热温度够了，预冷到比较低的温度也能淬硬的。比如我们有种小端面带几个孔的45钢零件断面高频淬火，高频加热的时候，孔边的温度大概有950，平面的温度大概有880，最后预冷，预冷到830的温度，整个平面温度也比较均匀，再下水也一样能淬出高硬度的。

个人观点，仅供参考！希望楼主能提供更全面的信息，这样分析问题才能更准确和到位。

搬运工

15楼分析有道理.看了15楼回复.才知自己看图有误,在此向各位表示歉意并补充几点说明:1.两边硬度高是尖角效应造成.的.中间一点硬度偏低是中间部位温度尚未达到. 2.单螺牙两端硬化层厚度不一致.是由于高.中频扫描淬火前后端热传导条件不一致加热深度始终有差异造成..可采纳15楼意见.

ZX771

很高兴通过一番探讨，比较多的认为螺牙两端硬度高中间低是尖角效应造成的。为了降低尖角效应的影响，觉得感应器内侧有效圈部分必须做窄，也就是截面是梯形的。建议做成与螺牙等宽或许更窄些，宽了增大两端部电磁场区域会使得尖角部分向两头吸走更多的电磁能，由此加大螺牙受热的不均匀。此外楼上说的减低功率放慢加热速度的建议十分可取，这样能够利用一下自身热传导减小温度差异，有助于达到淬火硬度均匀的目的。

664599572

看了楼上几位高手的回复，小弟才知道自己还要继续努力。小弟看了楼上的零件图和感应器的厚度，觉得不妨先提高速度和输出功率，这样虽然有尖角效应，不过时间很短不会引起过烧，至于冷却水流量根据测量结果再适当调整。

Ethan

感谢各位老师的分析，特别感谢luodan，可能我提供的信息还不全，我再补充一些，希望能为解决这个问题提供一些帮助。
该工件是管材，由于较长不易于立式加热，所以当初设备设计是采用卧式加热淬火的，感应圈与喷水圈组成整个加热及淬火部分，材料近似于35CrMo，高频之前先经调制处理，故高频后硬度有50~55HRC左右，但是螺牙中间位置较难达到50HRC，基本在45左右波动。高频设备总功率120KW，频率410KHz，基本输出在250~270KHz（当初输出可以到350，但是由于尖角效应过于严重所以将频率调低了点），工件旋转由伺服电机带动卡盘旋转，转速最大也就110R/MIN吧（不能再快了，呵呵）。
这种设备的电源最大输出功率也就能达到70%，扫描速度在1000mm/min左右，因为工件批次不同，材料存在差异，所以工艺参数没办法标准化，只能在批次更换时重新调整化验，比较麻烦。
淬火时由于采用卧式加热淬火，所以部分淬火液会在工件表面形成一层水膜，也就是在加热的时候工件表面已经有一层淬火液存在了，我总感觉这个应该有影响，但是避免不了。


我能想到的只有这么多了，再想到什么我会继续补充，不知道大家能不能看明白，可能描述的不是很清楚。

Ethan

螺牙硬化层深度最深0.7mm，牙底不允许淬火。螺牙高大该1mm。