感应淬火工件回火的主要目的是降低淬火应力,避免产生淬火裂纹,所以通常情况下感应淬火后需进行回火。就像淬火有诸多分类一样,感应淬火后的回火也大致有三种方式:
1、传统回火Furnacetempering
在感应淬火结束后,将在一定时间内的产品一次性装入箱式炉中回火或者使用网带回火炉连续将产品进行回火(下图所示)。回火的整体加热时间与保温时间都较长,以便很好地去除淬火应力,通常使用空冷或者风冷。传统回火的优点在于对于所有的感应淬火工件均适用,是一个成熟的热处理工艺,相关的力学性能我们也十分熟悉。缺点是能耗较高。
2、自回火Selftempering
工件淬火时,冷却不进行到底而提前中断,这样邻近硬化层的心部的残留热量传递回硬化层,从而使淬硬层再次加热,达到一定的回火温度,使硬化层最终获得要求的组织与性能。大致的工艺方式是:感应加热-表面冷却(保留心部残留热量)-自回火-再次冷却。自回火工艺的优点是可以省掉一套回火设备,降低厂房使用面积,实现节能和回火及时等,但自回火也有自己的局限性——不适宜较小产品(无法保留残留热量)以及回火硬度的均匀性十分依赖淬火区域附近的产品形状。汽车轮齿圈工件一次加热淬火后经过自回火,回火温度整体均匀;但曲轴颈工件加热淬火后经过自回火,由于淬硬区的两端靠近法兰侧热量十分容易流失,所以轴颈中间区域硬度低,两端硬度高(自回火十分容易暴露由于产品的外形不规则而导致热量传递不均匀的问题)。所以产品在切开检测硬度梯度时,往往会选取多个代表性的位置,来检测其硬度的均匀。
3、感应回火Inductiontempering
感应回火的应用现在日趋扩大。其优点是可以在线生产,缩短生产周期,并且弥补了自回火未能解决的一些问题。感应回火一般有两种方式:
(1)利用原来淬火加热用电源,通过降低功率来进行回火。该方法优点是一次性完成装夹,缺点是降低了淬火生产效率,因而可以考虑旋转工作台或者双工位来提高效率。然而小功率加热必然会频率升高,使得回火频率高于淬火频率,需要靠热传导慢慢传入整个硬化层。对于较浅的硬化层深度使用此法可行,如硬化层较深,可以选择拉长回火周期,否则会导致硬化层内部回火不充分。
(2)采用合适的较低频率的另一套电源与感应器进行回火。常见类型有隧道式感应器(下图左)和与淬火感应器相类似的仿型感应器(下图右)。由于在低温下的电流透入深度,常常是摄氏度下电流透入深度的1/4-1/10。因此回火工件选用的电流频率要远比淬火加热时的电流频率低许多,习惯上采用1K-4KHz。
曾经有人对PC钢筋进行感应淬火、感应回火(以上两种工艺在此命名IH)与炉中加热淬火、炉中加热回火(以上两种工艺在此命名FH)进行对比,结果表明:
1)两种加热方法,试样硬度均随回火温度的上升呈直线下降。
2)为了得到相同的回火硬度,IH回火温度要比FH回火温度高出-摄氏度。对于硬度来说,仍然确定温度和时间具有互换性。
3)感应淬火比炉中淬火的残余奥氏体量要多1.5%左右,经过相同的回火温度IH试样比FH的残余奥氏体量也要高。这种回火过程因加热方法不同而产生的差异,也是感应回火的特点之一。
4)力学性能方面:抗拉和屈服强度均随着硬度上升而增大。IH试样的塑形要比FH试样提高不少,个别可以高达70%。由于IH的试样晶粒细小,高温回火后仍然残留较多的残余奥氏体。
此外由于上文所描述感应淬火和回火硬度可能存在与位置相关的不均匀性,以及产品本身的重要特性,故通常产品会有针对几处位置的硬度和硬化层深度的检测、检验。
结语:文中部分内容摘自《现代感应热处理技术》并结合了笔者的理解,并以此文致敬感应热处理泰斗沈庆通先生。