利用原理
電磁感應原理
1831年,英國物理學家faraday發現了電磁感應現象,並且提出了相應的理論解釋。其內容為,當電路圍繞的區域記憶體在交變的磁場時,電路兩端就會感應出電動勢,如果閉合就會產生感應電流。
利用高頻電壓或電流來加熱通常有兩種方法:
(1)電介質加熱:利用高頻電壓(比如微波爐加熱)
(2)感應加熱:利用高頻電流(比如密封包裝)
電介質加熱(dielectric heating)
電介質加熱通常用來加熱不導電材料,比如木材。同時微波爐也是利用這個原理。原理如圖
當高頻電壓加在兩極板層上,就會在兩極之間產生交變的電場。需要加熱的介質處於交變的電場中,介質中的極分子或者離子就會隨著電場做同頻的旋轉或振動,從而產生熱量,達到加熱效果。
感應加熱(induction heating)
感應加熱原理為產生交變的電流,從而產生交變的磁場,再利用交變磁場來產生渦流達到加熱的效果。
基本電磁定律
如果採用MKS制,e的單位為V,Ø的單位為Wb,H的單位為A/m,B的單位為T。
以上定律基本闡述了電磁感應的基本性質,
集膚效應
當交流的電流流過導體的時候,會在導體中產生感應電流,從而導致電流嚮導體表面擴散。也就是導體表面的電流密度會大於中心的電流密度。這也就無形中減少了導體的導電截面,從而增加了導體交流電阻,損耗增大。工程上規定從導體表面到電流密度為導體表面的1/e=0.368的距離δ為集膚深度。
高頻熱處理主要原理
用交流電流流向被捲曲成環狀的導體(通常為銅管),由此產生磁束,將金屬放置其中,磁束就會貫通金屬體,在與磁束自繳的方向產生渦電流(旋轉電流),於是感應電流在渦電流的影響下產生髮熱,用這樣的加熱方式就是感應加熱。
由此,對金屬等被加熱物體,在非接觸的狀態下就能加熱。
這時窩電流的特性是:線上圈接近的物體上集中,感應加熱表現出在物體的表面上較強裡邊較弱的特點,用這樣的原理來對被加熱體的必要的地方集中加熱,達到瞬間加熱的效果,從而提高生產效率和工作量等。
高頻熱處理優點
① 可快速加熱。
(與其它方法相比,以秒為單位即可加熱到所要求的目標溫度。)
② 可局部加熱。
③ 省能源。
(處理時間以外,僅待機電力就可以,很合理)省電。
④ 可在相對穩定的溫度下自動運轉。
(即使無熟練技能,也可安定生產加工。)
⑤ 綠色環保。
(不產生有害物質。)
⑥ 被加熱物質,有諸條件要求,但只要是金屬就可以加熱。
* 所謂的諸條件,主要是加熱頻率數,高頻輸出。
* 通常大的被加熱物體使用低頻率,小的物體使用高頻率。
* 根據被加熱物體的質量/處理時間,溫度,來決定高頻的輸出。
線圈設計
高頻加熱的成功於否取決於感應線圈的對加熱體的大小,形狀,間距的有關。感應線圈是要做到均勻加熱、加熱效果好,並且要有強度和準確度。
感應線圈是一般用一圈或數圈的銅管來做,一般採用水冷的方式對線圈進行冷卻。
簡單形狀的線圈容易設計,但是複雜的線圈設計比較複雜,計算難,一般主要靠經驗和熟練來設計。
感應線圈的基本形狀一般。
被加熱體的外面,內面,平面 加熱的方式
(A)是一般用的最多的形狀,(B)比(A)的效率低,一般主要用於管材裡邊加熱,(C)是主要用於被加熱體的表面連續加熱。
物理特性
Elementary symbol | Name | Atomic weight | Specific weight | Melting point | Boiling point | Specific heat | Coefficientof heat conduction | Element number |
Ag | silver | 107.880 | 10.49 | 960.80 | 2210 | 0.056(0') | 1.0(0'C) | 47 |
Al | aluminum | 26.97 | 2.699 | 660.2 | 2060 | 0.223 | 0.53 | 13 |
As | arsenic | 74.91 | 5.73 | 814 | 610 | 0.082 | - | 33 |
Au | gold | 197.21 | 9.32 | 1063.0 | 2970 | 0.031 | 0.71 | 79 |
B | boron | 10.82 | 2.3 | 2300+-300 | 2550 | 0.309 | - | 5 |
Be | beryllium | 9.02 | 1.848 | 1277 | 2770 | 0.52 | 0.038 | 4 |
Ba | barium | 137.36 | 33.74 | 704+-20 | 1640 | 0.068 | - | 56 |
Bi | bismuth | 209.0 | 9.80 | 271.30 | 1420 | 0.034 | 0.020 | 83 |
C | carbon | 12.010 | 2.22 | 3700+-100 | 4830 | 0.165 | 0.057 | 6 |
Ca | calcium | 40.8 | 1.55 | 850+-20 | 1440 | 0.149 | 0.30 | 20 |
Cd | cadmium | 112.41 | 8.65 | 320.9 | 765 | 0.055 | 0.22 | 48 |
Ce | cerium | 140.13 | 6.9 | 600+-50 | 1440 | 0.042 | - | 58 |
Co | cobalt | 58.94 | 8.85 | 1499+-1 | 2900 | 0.099 | 0.165 | 27 |
Cr | chromium | 52.01 | 77.19 | 1875 | 2500 | 0.11 | 0.16 | 24 |
Cs | cesium | 132.91 | 1.9 | 28+2 | 690 | 0.052 | - | 55 |
Cu | copper | 63.54 | 8.96 | 1083.0 | 2600 | 0.092 | 0.94 | 29 |
Fe | iron | 55.85 | 7.896 | 1536.0 | 2740 | 0.11 | 0.18 | 26 |
Ga | gallium | 69.73 | 5.91 | 29.87 | 2070 | 0.079 | - | 31 |
Ge | germanium | 72.60 | 5.36 | 958+-10 | 2700 | 0.073 | - | 32 |
Hg | mercury | 200.61 | 13.546 | 38.36 | 357 | 0.033 | 0.0201 | 80 |
In | indium | 114.76 | 7.31 | 156.4 | 1450 | 0.057 | 0.057 | 49 |
Ir | iridium | 193.1 | 22.5 | 2454+-3 | 5300 | 0.031 | 0.147 | 7 |
K | potassium | 39.096 | 0.86 | 63.7 | 770 | 0.177 | 0.24 | 19 |
La | lanthaduim | 138.92 | 6.15 | 826+-5 | 1800 | 0.045 | - | 57 |
Li | lithium | 6.940 | 0.535 | 186+-5 | 1370 | 0.79 | 0.17 | 3 |
Mg | hydrogen | 24.32 | 1.74 | 650+-2 | 1110 | 0.25 | 0.38 | 12 |
Mn | manganess | 54.93 | 7.43 | 1245 | 2150 | 0.115 | - | 25 |
Mo | molybdenum | 95.95 | 10.22 | 2610 | 3700 | 0.061 | 0.35 | 42 |
Na | sodium | 22.997 | 0.971 | 92.82 | 892 | 0.295 | 0.32 | 11 |
Nb | niobium | 92.91 | 8.57 | 2468+-10 | >3300 | 0.065(0'C) | - | 41 |
Ni | nickel | 58.69 | 8.902 | 1453 | 2730 | 0.112 | 0.198 | 28 |
Os | osmium | 190.2 | 22.5 | 2700+-200 | 5500 | 0.031 | - | 76 |
P | phosphorus | 30.98 | 1.82 | 441 | 280 | 0.017 | - | 15 |
Pb | lead | 207.21 | 11.36 | 327.4258 | 1740 | 0.031 | 0.08 | 82 |
Pd | palladium | 106.7 | 12.03 | 1544 | 4000 | 0.058(0'C) | 0.17 | 46 |
Pt | platinium | 195.23 | 21.45 | 1769 | 4410 | 0.032 | 0.17 | 78 |
Rb | rubidium | 85.48 | 1.53 | 39+-1 | 680 | 0.080 | - | 37 |
Rn | radon | 102.91 | 12.44 | 1966+-3 | 4500 | 0.059 | 0.21 | 45 |
Ru | ruthenium | 101.7 | 12.2 | 2500+-100 | 4900 | 0.057(0'C) | - | 44 |
S | sulfer | 32.066 | 2.07 | 119.0 | 444.6 | 0.175 | - | 16 |
Sb | antimony | 121.76 | 6.62 | 630.5 | 1440 | 0.049 | 0.045 | 51 |
Se | selenium | 78.96 | 4.81 | 220+-5 | 680 | 0.084 | - | 34 |
Si | selicon | 28.06 | 2.33 | 1430+-20 | 2300 | 0.162(0'C) | 0.20 | 14 |
Sn | tin | 118.70 | 7.298 | 231.9 | 2270 | 0.054 | 0.16 | 50 |
Sr | strontium | 87.63 | 2.6 | 770+-10 | 1380 | 0.176 | - | 38 |
Ta | tantalum | 180.88 | 16.654 | 2996+-50 | >4100 | 0.036(0'C) | 0.13 | 73 |
Tc | technetium | 127.61 | 6.235 | 450+-10 | 1390 | 0.047 | 0.014 | 52 |
Th | thorium | 232.12 | 11.66 | 1750 | >3000 | 0.126 | - | 22 |
Ti | titanium | 47.90 | 4.507 | 1688+-10 | >3000 | 0.126 | - | 22 |
Tl | thallium | 204.39 | 11.85 | 300+-3 | 1460 | 0.031 | 0.093 | 81 |
U | uranium | 238.07 | 19.07 | 1132+-5 | - | 0.028 | 0.064 | 92 |
V | vanadium | 50.95 | 6.1 | 1900+25 | 3460 | 0.120 | - | 23 |
W | tungsten | 183.92 | 19.03 | 3410 | 5930 | 0.032 | 0.48 | 74 |
Zn | zinc | 65.38 | 7.133 | 419.505 | 906 | 0.0915 | 0.27 | 30 |
Zr | zirconium | 91.22 | 6.489 | 6.489 | >2900 | 0.066 | - | 40 |
高頻熱處理裝置圖
高頻熱處理工藝
淬火工藝、淬火介質及冷卻方法、高頻淬火、淬火設備
淬火工藝
淬火工藝是將鋼加熱到AC3或AC1點以上某一溫度,保持一定時間,然後以適當速度冷卻獲得馬氏體和(或)貝氏體組織的熱處理工藝。
淬火的目的是提高硬度、強度、耐磨性以滿足零件的使用性能。淬火工藝套用最為廣泛,如工具、量具、模具、軸承、彈簧和汽車、拖拉機、柴油機、切削加工工具機、氣動工具、鑽探機械、農機具、石油機械、化工機械、紡織機械、飛機等零件都在使用淬火工藝。