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日本高周波高频淬火热处理的发展

虽然高频热处理不断成熟和进步,但仍然存在一些问题。为此,热处理工厂为应对用户的需求进行了高频热处理技术开发。以下对日本高周波热錬(株)的高频热处理技术开发进展。

 

1 WIQ®

高频淬火加热时间短,淬火效果受工件原始组织影响较大,调质组织和球化组织的奥氏体(γ)化特性有很大不同。快速短时加热的高频淬火处理要求工件组织是C弥散分布容易奥氏体化的调质组织。但是,调质组织硬度高对高频热处理前序加工不利,因此产生了短时加热进行奥氏体化和改善加工性的矛盾。

为解决这个问题,高周波热錬(株)开发出2级淬火形成两层硬化层的“WIQ”处理技术(图1)。第1次的高频淬火(SIQ)使工件形成较深的硬化层,然后进行SRIQ®(超快短时感应加热和淬火)前的预热或升温到SRIQ的γ区进行回火,形成预期的调质原始组织。第2次进行的SRIQ®处理利用快速短时加热,使工件表层γ均匀化并进行淬火,形成两层硬化层。WIQ处理材经反复淬火和快速短时加热γ化,获得微细晶粒。并且,SRIQ处理使SIQ形成的高硬度层内形成很大的残余压应力,因此疲劳强度高于渗碳淬火齿轮。

 

图1 “WIQ”的基本概念图和动力循环式齿轮疲劳试验结果

 

现在,高周波热錬(株)已经形成了原料→前加工•前热处理→WIQ→后加工→制品的连续化生产流程。实现了机械工件性能稳定和高精度化的低成本生产作业线。

 

2 高频淬火与其他表面改质组合的复合处理

近年来,各种机械零部件小型化的要求越来越高,高频热处理等单一热处理对提高零工件性能有限。为了实现零工件高性能化和高附加值,高周波热錬(株)推进了复合热处理•表面改质技术的开发和应用,案例如下:

PALNIP处理是日本HIHON PARKERIZING CO.,LED的盐浴软氮化和防止表面氧化处理技术与高周波热錬(株)的SRIQ组合的复合热处理方法。特点是:①最表面的化合物层状态与盐浴软氮化表面状态相同,摩擦系数小,耐磨性高②硬化层比SRIQ深,产生残余压应力,疲劳强度高③硬化层是Fe-C-N马氏体,在温度升高时,析出ε-Fe2-3N等铁的氮化物,抑制了回火软化,提高了剥蚀疲劳强度④PALNIP是低温处理的盐浴软氮化和SRIQ的组合,热处理变形小。

软渗碳是AISIN AW公司开发并应用的短时节能洁净化“高频淬火”与“真空渗碳”组合的复合表面处理技术。该技术渗碳后不进行普通淬火,而是采用高频淬火。其特点是:①在渗碳工序中不进行淬火,安全性高②处理设备比连续式渗碳炉节省空间40%,处理时间缩短55%、③处理工件强度提高18%,变形减少40%。该软渗碳方法已经实用化于汽车AT(自动变速器)工件的制造。

 

图2 PALNIP处理品的硬度分布模式图及金属组织

 

3 热处理模拟技术

近年来,由于计算机App和硬件的高速发展,带动高频热处理模拟技术不断进步,目前已经实现了三元解析和动画化解析(图3)。

 

图3 热处理模拟事例

 

现在,高频热处理模拟技术能模拟计算工件温度和马氏体组织,还可计算热处理变形和残余应力。结合实际工件特性修正,使模拟系统的计算条件、物理常数更准确,促进了热处理模拟技术的应用。

高周波热錬(株)将热处理模拟技术用于加热线圈的设计和热处理变形、热处理裂纹的解析,实现了工件热处理的稳定化。

 

4 高频热处理设备开发

高周波热錬(株)作为高频热处理设备制造企业,在实现高频热处理设备更省电、更省空间和提高维护、维修性方面进行了许多研究开发。如下:

完成了双频交叠方式的OLP®(Over LaP)感应加热系统的应用,开发出双频率震荡的HSW®(Hot SWitching)方式多频加热系统,放宽了传统高频热处理设备的频率限定。

进行了新一代电源“SiC-MOSFET”的开发。与传统电源相比,新电源转换损失小、高温电气性能好,小型化(体积缩减40%)和轻量化(重量件轻50%),并且具有高效率化带来的节能效果。

开发出“短时加热额定电源”,解决了过去按照连续加热设计的电源不能解决表面淬火对10s以下的短时间断式加热的问题,提高了维护维修性。


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