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感应热处理为什么能提高零件的强度与寿命?

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       感应热处理加热速度快,能获得细化或超细化的奥氏体晶粒。许多研究资料表明,在铁素体向奥氏体转变时,提高加热速度使成核率提高,从而使奥氏体的起始晶粒尺寸明显减小,例如电阻炉中加热速度为0.03℃/s,825℃时奥氏体晶粒的平均面积为60µm²。盐炉中加热速度为2℃/s时,奥氏体晶粒的平均面积为40µm²。采用感应加热,升温速度为6 ℃/s 时,奥氏体晶粒的平均面积为30µm²(相当于12 级),当然感应加热的零件升温速度可以达到200℃/s ,甚至更高,因此其奥氏体晶粒更为细小。淬火后得到细致的马氏体组织,再经回火得到高度弥散的回火组织,由于晶界的强化作用,使零件的强度与韧性得到提高。表2是NiCrMo钢(C 0.24%、Mn 0.8%、Si 0.26%、Ni 5.94%、Cr 0.74%、Mo 0.26 % )采用炉中加热淬火及感应加热淬火的机械性能比较。

表2 两种热处理的机械性能比较

 

机械性能

热处理方法

σ0.2/MPa

σb/MPa

δ/%

ψ/%

 

炉中加热750 ℃ 淬火,540℃回火lh ,水冷

1 372

1 577.8

18

63.1

感应加热,升温速度11℃/s, 5 次循环加热至760℃ 淬火,540 ℃ 回火1h ,水冷

1 734.6

1 822.8

l8

61.3

        感应加热表面淬火的零件,由于淬火层中马氏体比容增大,能形成相当大的残余压应力,其最大值可达539-784 MPa ,实践证明零件的疲劳强度与其表面压应力值有明显的对应关系,即压应力大,疲劳强度和疲劳寿命提高。现以解放牌汽车半轴为例,经调质处理的半轴表面残余压应力是245-343 MPa ,中频感应淬火的半轴表面残余压应力是343-539 MPa ,在扭矩7 811 kN·m作用下,前者的疲劳扭转寿命为(18.96- 42.5)×10次,后者为(112-300)×10次,提高了6-7倍。前者的疲劳强度为162.68 MPa,后者为311.64 MPa,疲劳强度提高了92%。