眾所周知，感應淬火時的頻率選擇是非常重要的。因為不同的電流頻率，將在零件中產生不同的透入深度，在隨后的淬火中可獲得到不同深度的硬化層。

高頻（中頻）電流有個重要的特性叫表面效應，即隨著電流頻率的提高，高密度的感應電流，更趨向零件表面。頻率越高，表面電流密度越大，電流透入深度越小。頻率越低，電流透入深度越大。

對于鋼制實心圓柱形零件而言，電流透入深度Δ一般用式（1）進行計算

式中：ρ——鋼的電阻率，20℃的鋼ρ≈10^-5Ω·cm；800℃的鋼ρ≈10^-4Ω·cm；

μ——鋼的磁導率，20℃的鋼μ≈100；800℃的鋼 μ≈1；

f——電流頻率，Hz。

感應淬火一般是零件的表面層淬火，硬化層Ds與電流透入深度有密切關系，特別是熱態電流透入深度。于是我們更為關注當零件表面層達到800℃時的電流透入深度，這個深度被稱為熱態電流透入深度，用Δ_800℃表示。達到800℃以上的表面層，在隨后冷卻中有相當的深度就是淬火層，但因為感應加熱速度很快，相變點隨之提高，因此不是達到800℃的層深都能轉變為淬火層。各種頻率的Δ_800℃直接影響工件的加熱方式、淬火質量和感應器設計。

對于鋼制零件而言，表面層達到800℃時 ρ和μ已是定值，于是我們可以將式（l）整理、簡化成為式（2）的形式，并可以直接計算各種頻率的熱態電流透入深度Δ_800℃，列于表1。

那么硬化層Ds與熱態電流透入深度Δ_800℃應該是什么關系呢？作者根據多年的專業工作經驗，認為保持式（3）的關系為最好。這種關系能使加熱時間縮短、生產效率提高、淬火質量良好（表面硬度高、壓縮殘余應力大、淬火過渡層?。?。這種加熱方式稱為透入式加熱方式，即硬化層小于熱態電流透入深度。

D_s?≈△_800℃/2????????? (3)

圓柱形零件表面淬火時，硬化層Ds與頻率f 之間的關系還可用下面的公式計算：

最高頻率 ?f_max<0000/D_S²?? ? ?(4)???

最低頻率???f_min>15000/D_S²??? ??(5)????????????????????????????????

最佳頻率?? f≈60000/D_S²????????(6)?

式中D_S?——硬化層深度（mm）。

利用公式(4)、(5)、?(6)??我們可以算出不同硬化層深度所需要的電流頻率，并列入表2 。研究表2可知，為獲得某一種深度的硬化層，可用的頻率范圍實際是很寛的。感應加熱表面淬火，頻率的選擇是重要的，但還應該說明功率密度（比功率）、加熱時間（或掃描淬火的速度）等參數的選擇也是重要的。在選擇電流頻率以后，只有功率密度和加熱時間（或掃描淬火的速度）兩項都較為合適的情況下，才能得到滿意的硬化層。

圓柱形零件在選擇電流頻率時，還應該考慮到零件直徑的影響。一般說來零件直徑越大，硬化層越深，所需頻率越低。俄國學者研究：當熱態電流透入深度小于或等于零件直徑的10%時，感應加熱效率最高，最高者可達到80%；當熱態電流透入深度達到零件直徑的30%時，感應加熱效率下降到70%。根據我們的經驗，表面淬火的零件直徑與電流頻率之間有如下關系，見表3。

在頻率的選擇中還存在兩個概念：
當Ds＜Δ800℃ 稱為透入式加熱
當Ds＞Δ800℃ 稱為傳導式加熱
兩種加熱方式有很大的不同，見表5

頻率選擇盡管重要，但熱處理廠因為設備品種有限，不能認真進行頻率選擇。往往用一臺電子管高頻設備（頻率150~300kHz）應對多種零件，自然有一些零件的感應加熱是以傳導方式進行的。例如某種小軸直徑40mm、硬化區長度50mm，小軸硬化層分別為2、3、4、5mm。分別利用300kHz高頻和2kHz中頻進行淬火，其結果列于表6。

研究表6可知，利用300kHz高頻淬火，加熱方式是傳導方式加熱，它造成零件表面有較高的過熱度，它與透入式加熱的中頻淬火相比，加熱時間是后者的3.6~5.4倍，消耗電能是后者的1.3~1.5倍?？梢娡溉胧礁袘訜崾歉咝Ч澞艿募訜岱椒?。

我國感應加熱技術水平已有很大地提高。目前國際上應用的幾種先進的固態變頻電源，SCR、IGBT、MOSFET國內都能生產，而且性能很好，完全可以取代外國產品。這幾種電源的負載適應性和頻率適應性都是先進的，廠家可以根據用戶零件的感應淬火技術要求，設計制造出符合透入式加熱的感應淬火設備。

實心鋼制零件感應淬火的頻率選擇，因適用的頻率范圍很寬，選擇時稍有馬虎尚無大礙，零件總之是可以做出來。但下面介紹的薄壁筒狀零件兩面淬火的情況，如果頻率選擇不合適，零件是做不出來的。

圖1所示是一種名為三角法蘭的汽車零件，它的花鍵內孔直徑23mm,齒根圓直徑25mm,外圓柱面直徑35mm（壁厚最薄處5mm）。內外表面感應淬火：表面硬度為55~63HRC、硬化層深度為0.5~3.0mm。

感應淬火順序考慮：花鍵內孔先淬火，外圓柱面后淬火。薄壁筒狀零件兩面淬火時，必須要考慮的是第二次淬火時對第一次淬火的影響，即第二次淬火加熱不能使第一次淬火的硬化層發生回火作用。內孔感應加熱效率低，有較多的熱量向外傳導，對外圓柱面的熱影響大，如果外圓柱面尚未淬火，這些熱影響無關緊要。外圓柱面的感應加熱，利用圓環效應，加熱效率高。但其頻率選擇也要審慎，如果頻率選擇稍低，就會使先期淬火的花鍵內孔硬化層發生回火作用。

第一輪感應淬火工藝試驗

頻率選擇：參照表2和表4（均為實心鋼制零件選頻表），設Ds=1.3，表2顯示頻率可選27kHz、表4顯示頻率可選20kHz。

我們選用f=26kHz，其Δ_800℃=3.10。先花鍵內孔掃描淬火，后外圓柱面掃描淬火，工藝參數及淬火結果見表7。

研究表7可以發現，圓柱面的淬火加熱時由于熱量內傳，對花鍵內孔的硬化層有了明顯地回火作用，花鍵內孔硬化層的硬度大幅度降低。從熱處理手冊可以查得，花鍵內孔硬化層的回火溫度大約300℃左右。圖1是內孔淬火完成后，原來白亮的圓柱面呈現出藍色，內孔加熱時熱量向外傳導，使圓柱面升溫情況可見一斑。

第二輪感應淬火工藝試驗

花鍵內孔先掃描淬火，選f=97kHz，Δ_800℃?=1.6；圓柱面后掃描淬火，選f=84kHz??Δ_800℃=1.73；工藝參數及淬火結果見表8。

根據兩次工藝試驗的數據，我們可以設想圓柱面在兩種頻率淬火加熱時，零件截面上的溫度分布情況，見圖3。圖中橫坐標0處即為圓柱面，橫坐標5處即為花鍵底徑。

結語

（1）頻率的選擇是重要的，通過簡單表格就可以查得鋼制圓柱形零件的適用頻率。

（2）感應淬火加熱有兩種加熱方式，人們應該追求透入式加熱方式，這是一種節能高效地加熱方式。

（3）薄壁筒狀零件兩面淬火時，頻率選擇必須審慎，一定要防止第二次淬火加熱時對第一次淬火硬化層回的火作用。