图3 感应器结构及加热方式

3. 感应热处理工艺参数的确定

    在感应器设计完成后，最重要的工序就是感应淬火工艺的调试，而在调试过程中频率、功率等与电源相关的加热参数是非常重要的。本次工艺开发中使用的设备为IGBT晶体管变频电源，采用ZTVC-2双工位淬火机床，输出最大功率350kW，工作频率为4～20kHz和20～80kHz两个频段。

（1）频率的选择

    频率的选择不是选择某一正确的频率值，而是选择最为合适的频率数量级，即合理的频率范围。合理的频率段在能量利用、工件质量等方面明显的优势，频率选择的合理可实现透入式加热，反之即为传导式加热，在感应加热过程中透入式加热要优于传导式加热。根据理论分析，频率的选择范围为15625/x2＜f＜250000/x2，一般情况下频率最佳值为f＝60000/x2，(x为淬硬层深度，mm)；经过计算本次工艺试验频率f取12kHz。

（2）比功率及电源功率的选择

    在采用中频电源时，比功率P0＝0.5～2kW/cm2；一般情况下，电流频率越低，工件尺寸（直径）越小，要求的淬硬层深度越浅，选择的比功率就越大；反之，则选择的比功率越小。

    根据零件加热面积，通过推荐的比功率计算和选择电源功率，电源功率可通过下式计算：

P＝AP0/η1η2

式中 P——电源功率（kW）；

A——工件同时加热的表面积（cm2）；

P0——比功率（kW/cm2）；

η1 ——淬火变压器效率，常取80%；

η2 ——感应器效率，常取80%。

    经计算选择的电源功率约为160kW。

（3）淬火冷却介质及冷却时间的选择

    冷却方式采用感应加热淬火中最常见的喷射冷却；选用PAG水基淬火冷却介质，其浓度为3%～5%；由于采用的是一次加热淬火，因此冷却的喷射压力选择相对较大的0.25MPa；冷却时间根据tc=（1～2）tH 进行计算，tc要经过试用或修正后才能最后确定。冷却时间是否合适，主要表现为零件的表面硬度、硬化层深度及硬化层的金相组织是否符合技术要求。

（4）最终工艺参数

    经过多轮工艺调试最终确定工艺参数如表2所示。