高速鋼感應(yīng)加熱淬火,，可以實現(xiàn)嗎,？

1．感應(yīng)淬火的金屬學(xué)問題

（1）快速加熱臨界點升高

感應(yīng)加熱的升溫速度從每秒幾十度到幾百度，脈沖淬火更達到每秒數(shù)千度（2000～3000℃/s）,，由于加熱速度快,，持續(xù)時間短，因此淬火溫度比一般鹽浴淬火溫度要高,，才能使組織轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體并均勻化,，表1為T10鋼與GCr15鋼快速加熱時Ac₁點隨加熱速度的加快而升高的有關(guān)數(shù)據(jù)。 

表1 感應(yīng)加熱速度與臨界點Ac₁的關(guān)系

從實踐中我們了解到,，感應(yīng)加熱的淬火溫度比常規(guī)淬火提高80～150℃,，表2為常用鋼高頻淬火推薦的加熱溫度。

表2  常用鋼高頻淬火加熱溫度

感應(yīng)加熱的比功率遠比爐內(nèi)加熱大,，因此加熱速度快,，從而促使珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變開始和完成的溫度升高所需的時間短。

鋼的原始組織對快速加熱時奧氏體的形核,、長大及均勻化過程都有很大影響,，因而也顯著影響感應(yīng)淬火的溫度及淬火的組織與性能。圖1為各種原始組織的T8鋼臨界點與加熱速度的關(guān)系^[1],。片狀珠光體較球狀珠光體易于完成加熱時的組織轉(zhuǎn)變過程,，因此同一鋼號不同原始組織感應(yīng)淬火溫度t_淬必然是：t_淬（退火態(tài)）＞t_淬（正火態(tài)）＞t_淬[調(diào)質(zhì)（退火+高溫回火）]。圖中α_o的物理意義：對珠光體,，它表示相鄰兩個滲碳體間距離的一半,；對自由鐵素體,，它表示位錯網(wǎng)節(jié)點距離的一半。

快速加熱時,，Ac₃點也隨著加熱溫度的升高而升高,，圖2示出了亞共析鋼在不同的加熱速度下得到*淬火所需的溫度。

（2）快速加熱能使鋼獲得細的晶?；虺毦Я?/strong>

在加熱速度較低的范圍內(nèi),，隨著加熱速度的增大，剛完成奧氏體化所形成的奧氏體起始晶粒顯著減小,，但在加熱速度很高時,，奧氏體起始晶粒幾乎不再隨加熱速度的增加而減小。實踐證明,，在感應(yīng)加熱的實際條件下,，加熱速度*，所得的起始晶粒極為細小,，并且與加熱速度無關(guān),。但是，已形成的奧氏體晶粒的長大卻與加熱速度有關(guān),。當(dāng)繼續(xù)加熱到某一溫度時,，加熱速度越小，所形成的實際奧氏體晶粒越大,，如圖3所示^[2],，所以只要加熱溫度與加熱時間控制得當(dāng)，感應(yīng)加熱是不會產(chǎn)生過熱的,。

高速鋼感應(yīng)加熱淬火,，可以實現(xiàn)嗎？

2．高速鋼快速加熱各種現(xiàn)象

（1）高速鋼刀片快速加熱

早在1923～1924年間,，前蘇聯(lián)沃洛格金就開始研究高速鋼刀具高頻淬火,，可惜沒有成功^[3]。沒有成功的原因認為高速鋼制工具必須*被淬透,，或者所得的高熱硬性和高強度的淬硬層比較厚才行,，同時也擔(dān)心高頻淬火碳化物溶解不良影響其他性能。但這是比較浮淺的感知,，并沒有將感應(yīng)淬火深入研究下去,。直至1952年才有所突破，格德別爾格等終于在尺寸為3～10mm的W18Cr4V（P18）刀片淬火成功,，遺憾地是沒有走向工業(yè)化生產(chǎn),，但足以說明，高速鋼刀具是可以感應(yīng)加熱淬火的。

（2）高速鋼焊件的快速加熱

高速鋼錐柄鉆,、立銑刀等桿狀刀具,，不論是閃光焊還是摩擦焊，都是快速加熱的*,，在幾秒鐘內(nèi)就能將鋼件加熱到1000℃以上,。

（3）高速鋼鍛件的快速加熱

筆者提倡φ60mm高速鋼坯料直接入高溫區(qū)加熱^[4]，即冷料不經(jīng)預(yù)熱,，直接入1150～1200℃區(qū),。投入生產(chǎn)多年，鍛造質(zhì)量穩(wěn)定,。

（4）高速鋼刀具淬火參量公式的運用

在高速鋼工具熱處理時存在一個淬火參量公式

即P＝t（37+lgτ）^[5]

式中  P——淬火參量；

t——淬火加熱溫度,；

τ——淬火加熱時間,。

公式中的P代表了淬火加熱溫度和加熱時間的綜合作用。在淬火過程,，無論淬火加熱溫度和加熱時間怎樣變化,，只要兩者作用的結(jié)果即淬火參量相同，那么奧氏體化的程度就應(yīng)該是相當(dāng)?shù)?。意思是說高溫短時間（快速加熱）和低溫長時間,，只要P相同，刀具淬火的質(zhì)量就是一樣的,。

（5）高速鋼刀具爐內(nèi)快速加熱和半快速加熱

20世紀50年代末,，在蘇聯(lián)熱處理專家的幫助下，北京,、天津,、上海等地，曾推廣熱處理快速加熱節(jié)能新技術(shù),，取得了不少成功經(jīng)驗,，可惜留下的資料不多，筆者手上只有上海工具廠W18Cr4V鋼制φ14mm錐柄鉆,、槽銑刀快速加熱的資料^[6],。報道說將W18Cr4V鋼的淬火加熱溫度由常規(guī)的1270～1280℃提高到1300～1310℃，加熱系數(shù)由原10～12s/mm縮短到5～6s/mm,，刀具壽命不降反而略有提高,。

（6）激光、電子束等高能量密度對高速鋼刀具表面改性

近幾年不斷有報道激光等對高速鋼表面改性的文章^[7],，指出高速鋼*可以實施快速加熱,。該技術(shù)方法是將高能量密度的等離子體高速作用在M42鋼表面，使材料表面出現(xiàn)局部的快速升溫和快速冷卻,，升溫和冷卻的速度可達到10⁴～10⁸K°/s,，因此可在工件表面形成晶結(jié)構(gòu)改性層,，達到提高材料性能的目的。

（7）高速鋼快速加熱由來已久

高速鋼問世100多年來,，人們對其熱處理工藝創(chuàng)新改革從來未停止過,。前蘇聯(lián)曾有人狂言，對鋼來說能夠以任何速度加熱,。限于當(dāng)時的條件,，只局限在鹽浴爐和高頻加熱，并且淬火件都是不能再簡單的棒或片,，不具備普遍性,。高速鋼鍛造坯料的快速加熱應(yīng)用比較成功，大部分人認為：經(jīng)過壓力加工和退火后的高速鋼材料,，在改鍛前的加熱,，其加熱的速度是可以不受限制的^[8]。當(dāng)激光,、電子束等新技術(shù)新工藝的出現(xiàn),，屢見有高速鋼快速加熱表面改性成果的報道，表明高速鋼快速加熱已進入實質(zhì)性的應(yīng)用階段,。

高速鋼感應(yīng)加熱淬火,，可以實現(xiàn)嗎？

3．感應(yīng)加熱淬火在高速鋼機械刀片中的應(yīng)用

高速鋼的淬透性很好,，在空氣中也能淬上火,，因此叫“風(fēng)鋼”，其淬硬性也好,，在空氣中也能淬到64HRC以上,，磨出很鋒利的刃口，故也稱“鋒鋼”,。高速鋼感應(yīng)加熱淬火屬自冷式淬火,，節(jié)能環(huán)保，生產(chǎn)效率高,。

不管什么鋼淬火*兩個基本條件：第yi是必須奧氏化,，第二是立即快冷，冷卻速度應(yīng)大于鋼的臨界冷卻速度（v_臨）,。感應(yīng)加熱的特點只是工件表面被加熱,，如果表層奧氏體化后立即停止加熱，而鄰近未被加熱的金屬能迅速地將加熱層的熱導(dǎo)走,，并且其冷卻速度＞v_臨,，則表面就被淬硬了。其不是靠表面噴淬火液快冷，而是由內(nèi)部的冷金屬來冷卻,，這種特殊的淬火工藝只有在高能密度加熱狀態(tài)下才能實現(xiàn),。感應(yīng)加熱是高能密度加熱方法之一。由于功率密度極大,，加熱時間極短,，因此也稱脈沖加熱。

感應(yīng)加熱的溫度可用紅外線光電高溫計或光學(xué)高溫計測量,，也可以用目測（根據(jù)加熱工件的顏色）,，判斷淬火加熱溫度。

感應(yīng)加熱時渦流在工件上產(chǎn)生的熱量主要用在加熱所需的表面層,，但是在此過程中還有兩種熱量從工件上散發(fā),，第yi種是從加熱表面向空氣中散發(fā)稱之為輻射熱；第二種是從工件加熱層向心部傳導(dǎo)的,，稱之為傳導(dǎo)熱,。這兩種熱損耗，特別是向內(nèi)熱傳導(dǎo)的作用,，加深了理論上的加熱層深度，可以用d_深＝0.2 （mm）,，式中t為加熱時間（s）,。隨著功率密度的降低與加熱時間的延長，損耗增加,。如果工件比較薄,，熱傳導(dǎo)很快就會從表面?zhèn)鞯叫牟浚麄€截面都熱透了,，高速鋼屬自硬性材料,，加熱停止馬上就淬硬了。

嘉龍公司從2014年開始,，高頻試淬厚度≤6mm的刀片,，投放市場，客戶反映很耐用,，比原保護氣氛整體淬件壽命提高一倍以上,，增強了我們擴大生產(chǎn)的信心和勇氣。為適應(yīng)市場需求,，對厚刀片需求量增大,，2015年我們又引進了超音頻技術(shù)，現(xiàn)已投入批量生產(chǎn),。淬火機床也是自制的,，現(xiàn)在能淬厚度12mm的機械刀片。