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(xiu)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(dian)硬化不銹鋼均可采用感應加熱表面淬火。
一(yi)、感應加熱原理
當感(gan)應(ying)圈(quan)中通過交(jiao)變(bian)電(dian)流(liu)時，在(zai)其周圍和內(nei)(nei)部(bu)（如感(gan)應(ying)圈(quan)中的(de)(de)工(gong)件(jian)）就產生(sheng)與電(dian)流(liu)變(bian)化頻率(lv)相同的(de)(de)交(jiao)變(bian)磁(ci)場(chang)，這(zhe)(zhe)個(ge)(ge)磁(ci)場(chang)又(you)使工(gong)件(jian)內(nei)(nei)部(bu)產生(sheng)電(dian)場(chang)即(ji)感(gan)應(ying)電(dian)動勢，由于金屬是(shi)導體，這(zhe)(zhe)個(ge)(ge)電(dian)動勢又(you)會在(zai)工(gong)件(jian)內(nei)(nei)部(bu)產生(sheng)電(dian)流(liu)。這(zhe)(zhe)種電(dian)流(liu)的(de)(de)電(dian)路在(zai)工(gong)件(jian)內(nei)(nei)部(bu)是(shi)閉合的(de)(de)，又(you)稱(cheng)之為渦(wo)(wo)流(liu)。渦(wo)(wo)流(liu)使工(gong)件(jian)產生(sheng)大量(liang)的(de)(de)熱(re)。對鋼鐵材料(liao)（鐵磁(ci)材料(liao)）來說，除渦(wo)(wo)流(liu)的(de)(de)熱(re)效應(ying)外，還(huan)存(cun)在(zai)“磁(ci)滯現象”引起的(de)(de)熱(re)效應(ying)。
渦(wo)(wo)流(liu)有其特點，如表面(mian)效應(ying)（集(ji)膚效應(ying)）使渦(wo)(wo)流(liu)會集(ji)中在(zai)表面(mian)一(yi)定深(shen)度，叫渦(wo)(wo)流(liu)透(tou)入(ru)深(shen)度，這個深(shen)度也稱電(dian)流(liu)透(tou)人深(shen)度δ,電(dian)流(liu)透(tou)入(ru)深(shen)度δ與交變(bian)電(dian)流(liu)頻率f、工件材料的(de)電(dian)阻率p及導磁(ci)率μ有一(yi)定的(de)關系。
鋼鐵材料的電阻率p與溫度成正比，隨材料溫度的升高而(er)增(zeng)加(jia)，而(er)磁(ci)(ci)(ci)導率μ在失(shi)磁(ci)(ci)(ci)點以下基本不變(bian)，但到失(shi)磁(ci)(ci)(ci)點時突(tu)然(ran)下庫，約(yue)為1,因此，當工(gong)件溫度達到失(shi)磁(ci)(ci)(ci)點時，渦(wo)流(liu)透入深度δ明顯增(zeng)加(jia)。
無論是(shi)在(zai)失磁(ci)點(dian)以(yi)(yi)下的(de)溫度(du)(du)還是(shi)在(zai)失磁(ci)點(dian)以(yi)(yi)上的(de)溫度(du)(du)，渦流(liu)(liu)(liu)都集中(zhong)在(zai)工件表(biao)層中(zhong)，隨與表(biao)面(mian)(mian)距離的(de)增大而(er)急劇下降。可以(yi)(yi)近似地認(ren)(ren)為，渦流(liu)(liu)(liu)只在(zai)δ的(de)薄層中(zhong)通過(guo)，層外沒有渦流(liu)(liu)(liu)。而(er)渦流(liu)(liu)(liu)所產(chan)生(sheng)的(de)熱量(liang)與渦流(liu)(liu)(liu)強度(du)(du)的(de)平(ping)方成正比，所以(yi)(yi)，自(zi)表(biao)面(mian)(mian)向里，由(you)渦流(liu)(liu)(liu)產(chan)生(sheng)的(de)熱量(liang)下降更快(kuai)、更明(ming)顯(xian)，甚至有人認(ren)(ren)為，渦流(liu)(liu)(liu)產(chan)生(sheng)熱量(liang)的(de)85%以(yi)(yi)上集中(zhong)在(zai)δ的(de)厚度(du)(du)內。
感應渦流的特性決(jue)定了感應加(jia)(jia)熱(re)過程為透人式加(jia)(jia)熱(re)和傳導(dao)式加(jia)(jia)熱(re)并存的加(jia)(jia)熱(re)過程。
當感(gan)應圈內的工件(jian)產生渦流(liu)(liu)的瞬間(jian)，渦流(liu)(liu)集中在工件(jian)的表面(mian)(mian)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)，且(qie)表面(mian)(mian)最(zui)強(qiang)，向(xiang)(xiang)里逐漸(jian)減弱，工件(jian)表面(mian)(mian)溫(wen)(wen)度(du)(du)開(kai)始升(sheng)高(gao)，當表面(mian)(mian)溫(wen)(wen)度(du)(du)升(sheng)高(gao)至(zhi)失(shi)磁(ci)溫(wen)(wen)度(du)(du)時，加熱(re)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)被分為兩層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)，即最(zui)外層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的失(shi)磁(ci)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)和與其相連(lian)的未失(shi)磁(ci)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)。由于失(shi)磁(ci)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的渦流(liu)(liu)強(qiang)度(du)(du)顯著(zhu)下降，使得最(zui)大渦流(liu)(liu)強(qiang)度(du)(du)及加熱(re)最(zui)強(qiang)烈的地(di)方轉移至(zhi)兩層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)交界處，這(zhe)時，該處溫(wen)(wen)度(du)(du)又快速上升(sheng)，從而(er)使加熱(re)高(gao)溫(wen)(wen)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)向(xiang)(xiang)內移動(dong)，這(zhe)種(zhong)因(yin)渦流(liu)(liu)強(qiang)度(du)(du)向(xiang)(xiang)內不(bu)斷移動(dong)而(er)引起(qi)工件(jian)加熱(re)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)向(xiang)(xiang)內移動(dong)的工件(jian)加熱(re)方式稱“透(tou)人式加熱(re)”。當失(shi)磁(ci)高(gao)溫(wen)(wen)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)厚度(du)(du)超過熱(re)態(tai)電(dian)流(liu)(liu)透(tou)入(ru)深度(du)(du)δ后繼續加熱(re)時，熱(re)量總是在δ層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)中析出，促使該層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)溫(wen)(wen)度(du)(du)不(bu)斷升(sheng)高(gao)。
在這種透(tou)人式加熱使工件表層溫度升高的(de)同時，還(huan)存(cun)在正常的(de)熱傳導過程，使加熱層的(de)厚度不斷(duan)向里延伸(shen)，從(cong)而完成感應加熱工件表面達到淬火(huo)溫度的(de)全(quan)過程。
感(gan)應加熱(re)的(de)表(biao)面加熱(re)層是在失(shi)磁(ci)條件下(xia)進行(xing)的(de)，加熱(re)很(hen)緩慢，而又是依(yi)靠渦(wo)流強度向內移動的(de)方式傳(chuan)遞熱(re)量的(de)，所以，表(biao)面過熱(re)小。
二、鋼(gang)在感應加熱時的(de)組織轉變(bian)特點
感(gan)應加熱(re)的一個重要特(te)征是(shi)加熱(re)速度快，而鋼的組織轉(zhuan)變(bian)(bian)與加熱(re)速度有重要的關系，所以，鋼在感(gan)應加熱(re)時的組織轉(zhuan)變(bian)(bian)有與普(pu)通加熱(re)不同的特(te)點。
1. 感應(ying)加熱時奧氏體形成的特點(dian)
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(kuai)速(su)加熱條(tiao)件下，由于轉變(bian)溫度(du)(du)升(sheng)高，過(guo)熱度(du)(du)大，奧氏體的(de)形(xing)核和長大速(su)度(du)(du)都(dou)會增加，但形(xing)核速(su)度(du)(du)比長大速(su)度(du)(du)快(kuai)得多，所(suo)以(yi)，奧氏體晶粒會更細一些。
2. 馬氏體不銹鋼的感應加熱特點
馬氏體(ti)不(bu)(bu)銹鋼成(cheng)分(fen)中(zhong)(zhong)含有大量(liang)的(de)鉻、鉬、鎳等(deng)(deng)合金(jin)元素(su)，在(zai)(zai)平衡(heng)狀(zhuang)態下（如退火狀(zhuang)態），合金(jin)元素(su)在(zai)(zai)鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)和(he)碳(tan)(tan)(tan)化(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)中(zhong)(zhong)的(de)分(fen)布不(bu)(bu)同。形成(cheng)碳(tan)(tan)(tan)化(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)的(de)元素(su)，鉻、鉬等(deng)(deng)集(ji)(ji)中(zhong)(zhong)分(fen)布在(zai)(zai)碳(tan)(tan)(tan)化(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)中(zhong)(zhong)，不(bu)(bu)形成(cheng)碳(tan)(tan)(tan)化(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)的(de)元素(su)，鎳等(deng)(deng)集(ji)(ji)中(zhong)(zhong)分(fen)布在(zai)(zai)鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)中(zhong)(zhong)，加熱(re)形成(cheng)奧氏體(ti)后(hou)，在(zai)(zai)原碳(tan)(tan)(tan)化(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)部(bu)分(fen)，形成(cheng)碳(tan)(tan)(tan)化(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)元素(su)濃(nong)度(du)(du)高(gao)，不(bu)(bu)形成(cheng)碳(tan)(tan)(tan)化(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)元素(su)濃(nong)度(du)(du)低。同時，合金(jin)元素(su)在(zai)(zai)奧氏體(ti)中(zhong)(zhong)的(de)擴散速度(du)(du)比(bi)碳(tan)(tan)(tan)慢。所以，在(zai)(zai)感應(ying)快(kuai)速加熱(re)時，要使奧氏體(ti)中(zhong)(zhong)的(de)合金(jin)元素(su)均勻化(hua)(hua)，應(ying)提高(gao)加熱(re)溫度(du)(du)。
馬氏(shi)體(ti)不銹鋼含(han)合金(jin)元素(su)多，奧(ao)氏(shi)體(ti)均勻(yun)化比碳(tan)(tan)鋼和(he)合金(jin)結構鋼更困難。因此(ci)，感應(ying)加熱(re)前具備良好的原始(shi)組(zu)(zu)(zu)織(zhi)尤為重要(yao)。鋼加熱(re)奧(ao)氏(shi)體(ti)形核是(shi)在鐵素(su)體(ti)和(he)滲碳(tan)(tan)體(ti)的交界面處，所以，原始(shi)晶(jing)粒(li)越(yue)(yue)細小，鐵素(su)體(ti)與(yu)滲碳(tan)(tan)體(ti)的相界面越(yue)(yue)多，奧(ao)氏(shi)體(ti)形核越(yue)(yue)多，而(er)且，合金(jin)元素(su)原子擴(kuo)散距離(li)也越(yue)(yue)短(duan)，奧(ao)氏(shi)體(ti)的形成和(he)均勻(yun)化過程(cheng)也就越(yue)(yue)快。可見(jian)，細晶(jing)粒(li)的原始(shi)組(zu)(zu)(zu)織(zhi)對提高感應(ying)加熱(re)淬火的質量很重要(yao)。特別是(shi)如果原始(shi)組(zu)(zu)(zu)織(zhi)粗大，有帶狀組(zu)(zu)(zu)織(zhi)、魏氏(shi)組(zu)(zu)(zu)織(zhi)、大塊鐵素(su)體(ti)等情況時，感應(ying)加熱(re)淬火容易(yi)產(chan)生過熱(re)或淬火軟點組(zu)(zu)(zu)織(zhi)不均等缺(que)陷。
因(yin)此，馬氏體不銹(xiu)鋼感應加(jia)熱淬火(huo)前(qian)應進行(xing)調質處理。
