感應加熱淬火技術具有節能、清潔、效率高、易于實現自動化的優點，但同時因為其尖角效應易使零件尖角部位過燒，一般應用于結構對稱、截面變化小的零件的表面處理。刮板是煤礦采煤工作面的輸送設備——刮板輸送機的主要零件，是一種典型的截面不均勻的零件。刮板承擔著從工作面向轉載機運煤的任務，工作條件苛刻，在輸送煤的過程中，承受槽幫和煤塊矸石的磨損和鏈條拉伸的沖擊力作用，容易損壞。因此，對刮板的性能要求是：中斷具有良好的綜合機械性能，而斧頭具有一定耐磨性，一般熱處理工藝是調質后再進行斧頭淬火。本文作者研究了刮板的感應透熱淬火技術，為不均勻截面零件的清潔高效熱處理探索了一種可靠的工藝方法。

1.試驗零件的材料及方法

（1）材料

刮板材料為40Mn2，其主要化學成分見表1，鍛造后經850℃正火處理。

表1 試驗零件的主要化學成分（質量分數，%）

（2）試驗及檢測設備

感應加熱電源使用KGPS-350可控硅中頻電源，額定功率為350kW。自制仿形感應器、淬火噴淋器和送料機構。感應器和刮板的形狀見圖 1，噴淋器的結構見圖2。當送料機構把刮板運送到感應線圈后開始加熱（圖1），加熱完成后，送料機構再把刮板送到噴淋器淬火（圖2），在噴淋器內的淬火是分段淬火的，噴淋器相對于刮板的端頭和中段的內腔是隔開的，分別由兩個泵控制其流量及噴淋時間。

刮板的斧頭要求有高耐磨性，要求硬度≥HRC40。而中段則要求具有良好韌性和強度，在受到沖擊力的作用下不發生脆性脆斷裂，因此除了刮板加熱功率、加熱時間外，還要研究中段淬火冷卻時間。進行壓彎試驗，測試其撓度能否滿足設計圖紙要求。

根據感應加熱的特點和零件的性能要求，斧頭噴淋冷卻時統一，加熱頻率為2000Hz，主要研究的工藝參數為：輸出功率、加熱時間、噴淋時間（中間段），采用L9(33)正交試驗法進行感應透熱熱處理試驗。用手持式里氏硬度計檢測刮板斧頭硬度，使用萬能試驗機進行抗彎試驗，加載力560kN，要求撓度≤20mm。

2.試驗結果

（1） 感應透熱淬火正交試驗和壓彎結果

刮板感應透熱淬火正交試驗因素水平、正交試驗安排及結果如表2所列。

表2 刮板感應透熱淬火正交試驗結果

由表2的結果可知，影響刮板感應透熱淬火后撓度的主次因素依次為：加熱功率>噴淋時間>加熱時間，優化的工藝參數為A3B3C3或A2B3C3，但考慮撓度過小可能會造成刮板實際使用時受到沖擊力作用而斷裂，加熱時間又是影響因素Z小的，為保證生產效率，實際生產的工藝參數確定為：加熱功率220kW、加熱時間270s、噴淋時間30s。

（2）斧頭硬度

刮板是整體透熱而分段淬火的，刮板整體的加熱功率和加熱時間參數同表1，每件刮板斧頭的冷卻時間都為150s，斧頭的硬度結果見表3。 

表3 感應透熱淬火后的刮板斧頭硬度

從表3中可以看出，在表1的試驗條件下，刮板斧頭的硬度都大于HRC40，達到設計要求，說明感應透熱時，斧頭的所有表面都達到了奧氏體化溫度，只是深度有所差別。經噴淋淬火后，正火態的鐵素體組織轉變為馬氏體組織，提高了表面硬度。

3.討論

感應透熱深度和頻率及加熱時間有關，頻率越低，加熱時間越長，透熱深度就會越深。但是實際的硬化層深度不僅受到透熱深度的影響，同時受冷卻速度——即噴淋的水的冷卻能力的制約，因此合理的感應透熱淬火參數應兼顧加熱功率、加熱時間和噴淋時間。

刮板是一種典型的不等截面的零件，不同部位的截面尺寸相差較大加熱時電流會走捷徑，不同部位的加熱溫度有較大差別，不同部位表面溫度會超過100℃。但是只要零件的加熱溫度在奧氏體化溫度范圍內而不過燒，那么對于這種零件來對，一定的加熱頻率和加熱時間保證了透熱深度，加上合理的分段冷卻時間，就能保證斧頭硬度和撓度達到使用要求，這樣才能在生產中具有實用性。本文的研究工作對于不等截面的零件高效來說，具有較好的示范意義和實際推廣價值。

4.應用效果

圖1所示刮板應用整體感應透熱淬火技術，斧頭硬度高，壓彎能夠滿足設計要求，從生產效率看，每270秒可生產一件，每班可生產80件。而調質+斧頭淬火的傳統工藝而言，調質使用240kW電爐加熱，淬火和回火都需6小時，每爐裝40件，同樣完成80件的生產要使用兩臺電爐共12小時。調質完成后還需要調平和噴丸，再進行斧頭淬火工序。因此，感應透熱淬火技術比傳統工藝省去調質和噴丸工序，而且每件刮板熱處理的質量穩定一致，不僅降低了生產成本、提高了生產效率，而且提高了熱處理質量。項目達到預期效果。