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感应淬火和两种硬化深度无损检测方法

感应淬火

  火焰硬化期间的火焰通常会导致较大的热影响区。对于较小的几何形状,这可能导致整个横截面发生意外的完全硬化。为了甚至仅在十分之几毫米的范围内在表面上硬化这种薄壁工件,可以使用所谓的感应淬火。
  感应淬火的原理基于感应效应,该效应也用于电磁炉或变压器中。在适合待硬化工件形状的铜制工具电极(“初级线圈”)中产生高频交流电。这进而导致电极周围的磁场不断变化,该磁场会渗透到相邻的工件中,并由于感应效应而产生涡流(“次级线圈”)。这些高达每平方毫米数千安培的非常大的涡流会导致工件发热。
圆棒样品的感应淬火图:螺栓的感应淬火
  热量主要在表面而不是材料内部产生,事实上是由于另一种物理现象,即所谓的集肤效应。导体横截面中的电流密度随直流电而恒定,而对于交流电,电流密度随外部区域频率的增加而增加,而内部区域则减小。工件中涡流的频率取决于电极(也称为电感器)中交流电的频率。这也导致对硬化深度的控制相对简单。频率越高,集肤效果越强,要硬化的层越薄。
  因此,要调节的频率取决于要达到的硬度层的厚度。在50 Hz的工作频率下,可以达到20 mm至10 mm的硬化深度。在从1kHz到大约10kHz的中频范围内,可以实现大约5到1mm的硬化深度。在高达几兆赫兹的高频范围内,甚至可以达到十分之几毫米的硬化深度。
  通过感应淬火,工件被感应的涡流加热。硬化深度由交流电的频率控制!
  通过感应淬火,奥氏体化的表面通常通过下游喷水淬火,然后与感应器一起均匀地拉过工件。 在只有非常低的硬化深度的情况下,也可以通过相对较冷的材料芯部进行淬火而无需浇水(自淬火)。因为在感应淬火过程中可以在表面获得非常高的硬度,所以可能会产生很高的残余应力。这可能需要随后在低温下回火。

使用感应器模拟感应淬火

  通常,感应淬火的加热时间比火焰淬火的加热时间要短得多,因为可以实现每平方厘米几千瓦的特定加热输出,每平方厘米大约大了10倍。这具有以下优点:缩放比例相对较低,并且相应地减少了后处理工作量。这也大大降低了感应淬火硬化变形的风险。
  另外,与火焰淬火硬化相比,感应淬火期间不产生(有毒)废气。感应淬火的另一个优点是,只要感应器适合工件,表面的加热就更均匀。这就需要事先付出大量的设计工具工作,以便感应淬火是经济的,尤其是在批量较大的自动化生产线中。由于高昂的电费,当只需要在工件上硬化很小的表面尺寸时,经济效率就会提高。

  感应淬火可以很容易地实现自动化,并且适用于复杂的几何形状,尤其是在批量生产中!结垢和淬火变形少于火焰淬火!

硬化深度测量的两种无损方法

  感应淬火是一个复杂的过程,需要定期验证外层硬壳深度(淬火硬化层厚度)和微观结构。过去,这种验证是通过破坏性测试来完成的,在该测试中将分析横截面。通过几次维氏硬度印象来测量表壳深度,并通过光学显微镜分析微观结构。

双圈滚珠轴承圈和感应淬火滚道的横截面 齿轮齿面和齿根的感应淬火
  通过获取几个维氏硬度压痕来分析硬化轮廓,从而能够确定以毫米为单位的表面深度。这是一种耗时的方法,大约需要6-8个小时才能实行,因此,像超声波和3MA检测技术这样的快速无损检测方法受到关注。
不同位置感应淬火轮廓的示例
感应热处理后的感应淬火曲线示例

Fraunhofer超声反向散射无损检测技术 (UBT)

  很多用户已经发现,Fraunhofer超声后向散射测试(UBT)是分析感应淬火零件上的硬化层厚度/表面深度的可靠方法。然后,它将减少破坏性测试的数量,并很大程度上减少生产停止时间。

通过IZFP多通道检测系统对圆角区域中的硬化深度/淬火厚度进行无损测量用Fraunhofer多通道检测系统对圆角区域感应淬火深度进行无损测量 齿轮齿面感应淬火深度的无损检测NDT无损测量齿轮侧面的感应淬火深度 该图显示了超声波信号遇到过渡区域时发生的散射IZFP超声反向散射技术原理

Fraunhofer 3MA无损检测技术(微磁,多参数,微结构和应力分析)

  表面感应淬火工件的特别重要的质量特性是淬火深度,即感应淬火后的表面淬火深度(SHD)。另外,为了确保这种工件的质量,在表面和整个表面上的硬度和残余应力值,甚至在硬度和残余应力的深度分布图中都是重要的。经过适当的校准后,所有这些材料参数都可以通过3MA确定。对于所有感应淬火机制,3MA不仅可以确定淬火深度,而且还可以确定表面硬度,芯部硬度以及两者之间的硬度值。
用3MA手动无损测量传动轴上的感应淬火深度 通过3MA技术对感应淬火深度进行NDT无损测量
通过3MA进行硬化深度无损测量的示例(旧版本)

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