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1.雙頻感應(yīng)加熱原理

常規(guī)（傳統(tǒng)）雙頻感應(yīng)淬火是兩種頻率的電源分別施加到兩個感應(yīng)器，齒輪需要從低頻感應(yīng)器預(yù)熱之后快速移到另一高頻感應(yīng)器加熱并進(jìn)行淬火，見圖1。雙頻感應(yīng)淬火是采用低頻加熱向里面，進(jìn)行熱能量的擴散，最后高頻加熱向表層，即“低頻趨里，高頻趨表”的特征。

圖4 常規(guī)的齒輪雙頻淬火示意

雙頻感應(yīng)淬火是增加淬硬層深度并使硬度分布更為合理的感應(yīng)加熱淬火方法。即用中頻-高頻依次加熱方法可獲得沿齒廓分布的硬化層，而且齒輪熱處理畸變小。

例如，模數(shù)為4mm的齒輪先用中頻電流加熱（2.5~3s）齒溝和接近齒根的齒側(cè)，然后再用250kHz高頻電流加熱（0.6~0.7s）齒頂和接近齒頂?shù)凝X側(cè)，然后淬火。

東風(fēng)汽車集團(tuán)公司對材料為45鋼、模數(shù)為3的齒輪進(jìn)行雙頻感應(yīng)加熱淬火時，能夠得到沿齒輪廓均勻分布的淬硬層，淬硬層為0.8mm時，具有最佳彎曲疲勞性能，與SCM420（相當(dāng)于20CrMo鋼）滲碳齒輪疲勞性能基本相當(dāng)，疲勞極限可以達(dá)到1450MPa。

2.雙頻感應(yīng)加熱工藝及效果

日本電氣興業(yè)公司通過對齒輪雙頻淬火法進(jìn)行試驗，可得到比齒輪單頻淬火法和滲碳淬火法小的畸變，漸開線圓柱齒輪（見圖2），模數(shù)2mm，全齒高4.7mm，齒數(shù)36，材料為S45C鋼（相當(dāng)于45鋼）。齒面經(jīng)剃齒精加工，預(yù)備熱處理為調(diào)質(zhì)。

圖2 試驗齒輪形狀

雙頻感應(yīng)淬火方法如圖2所示。首先把齒輪放在夾具上，然后隨中心軸高速旋轉(zhuǎn)，同時由感應(yīng)電源（1）送入f＝3000Hz的電流，進(jìn)入感應(yīng)器（A），對全齒形（齒頂、齒面、齒根）進(jìn)行預(yù)熱。當(dāng)齒輪達(dá)到最佳溫度時，電源（1）斷電，齒輪迅速降到淬火加熱的感應(yīng)器（B）中，同時高頻電源（2）開始送電，頻率f＝140kHz，對齒輪的齒面和齒頂進(jìn)行快速的淬火加熱，待齒面達(dá)到淬火溫度時，切斷高頻電源，降低齒輪的旋轉(zhuǎn)速度，同時淬火用水套中噴出冷卻水，使齒面、齒頂、齒根迅速冷卻，獲得沿齒形分布的硬化層。

圖6 雙頻感應(yīng)淬火方法

1.噴水孔 2.齒輪 3.預(yù)熱用感應(yīng)器（A） 4.高頻加熱感應(yīng)器（B）＋淬火用水套 5.夾具

表1為齒輪（見圖2）三種熱處理工藝參數(shù)。

表1 雙頻、單頻淬火及滲碳淬火的主要工藝參數(shù)

三種工藝處理后的齒輪畸變、殘留壓應(yīng)力及沿齒廓仿形率的檢測結(jié)果見表2。通過表2可知，雙頻淬火后的齒輪熱處理畸變最小，精度最高，殘留壓應(yīng)力最高。

表5 滲碳淬火、單頻感應(yīng)淬火及雙頻感應(yīng)淬火后的熱畸變結(jié)果 （μm）

文章來源：熱處理生態(tài)圈、金屬（加工）雜志

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