钢铁火色背后的科学密码

1. 什么是电磁感应现象？电磁感应的实质是交变的磁场能够引起交变的电场，反之，交变的电场也能引起交变的磁场。通俗来讲，将一个线圈通以交变电流，再将一导体置于线圈中，则导体中便会产生感应电流，开始加热。2. 什么是趋肤效应？趋肤效应也称为肤效应或表面现象。当导体通过直流电时，导体截面各点的电流密度是均匀的；但导体通过交流电时，便会发生集肤现象，即：当高频电流通过导体时，导体截面上的电流并不是均匀分布的，而是主要集中在导体表面。3. 什么是邻近效应？邻近效应是指导体内交流电的分布受到邻近导体内交变电流的影响。具体表现为如下两种情况：当两个平行导体通入方向相反、大小相等的电流时，电流会集中到导体互相靠近的侧面，如下图(a)所示；当两个平行导体通入方向相同、大小相等的电流时，电流会集中到导体相距最远的侧面，如下图(b)所示；4. 什么是有磁路存在时的趋肤效应？感应器装上了Π形导磁体，就能使电流从导磁体开口一边的导体表面流过，称为有磁路存在时的趋肤效应，也叫做导磁体的趋流作用。如下图，高频感应器装上有效圈后的电流分布5. 什么是工频、高频、中频、超音频、超高频电流？工频电流频率50-60Hz，加热层深度为10～20毫米，可用于大型工件的表面淬火；中频感应加热电流频率一般为1～10kHz,加热层深度为2～10毫米，多用于大模数齿轮、直径较大的轴类和冷轧辊等工件的表面淬火；超音频感应加热电流频率一般为20～100kHz，用超音频感应电流对小模数齿轮加热，加热层大致沿齿廓分布，淬火后使用性能较好；高频感应加热电流频率通常为100～500kHz,加热层深度为0.5～2毫米,可用于齿轮、汽缸套、凸轮、轴等零件的表面淬火；超高频感应加热指电流频率比高频更高的兆级频率，如27兆赫，加热层极薄，仅约0.15毫米，可用于圆盘锯等形状复杂工件的薄层表面淬火。6. 什么是电流透入深度？电流透入深度是指表征感应电流趋肤效应程度的一个物理量。由于趋肤效应，导电体表面的电流密度最大，离表面愈远，电流密度愈小。在理论上，电流透入深度定义为：正弦波形平面电磁波垂直地入射到无限厚均质平面导电体中时，平面导电体内电流密度(有效值）等于其表面电流密度1/e≈36.8%(e为自然对数的底)处离表面的距离。工程上规定，从表面最大电流值处（I0）测到最大电流值的1/e处深度为电流透入深度。7. 什么是透入式加热？什么是传导式加热？透入式加热也称为热容量加热，即当零件加热时，电流热透入深度大于淬硬层深度，可用下式表示：d热＞Ds。透入式加热时，淬硬层的热能由涡流产生，整个层中的温度基本上是均匀的。透入式加热的实例最多汽车、拖拉机零件大量生产时，绝大多数选用了透入式加热。例如：当电流频率为8kHz时，电流热透入深度约为6mm（850°），凡是淬硬层深度小于6mm的，均属透入式加热。传导式加热也称为表层加热，即当零件加热时，电流热透入深度小于淬硬层深度，可用下式表示：d热＜Ds。传导式加热时，热能只产生在d热这一层，超过d热后的金属，其温度的提高完全依靠热传导。为了使Ds深度这一层达到淬火温度，加热速度不能大，否则表面会产生过热传导式加热的实例也很多，由于电源设备限制，在高频设备上处理层深大于1mm的零件，均属传导式加热。高频设备f≈250kHz,d热=1mm。下图表示达到同样淬硬层深度时，透入式加热和传导式加热零件截面上的温度分布曲线，其中，1为传导式加热，2为透入式加热。两种加热方式的特性对比如下：8. 什么是磁导率？磁导率是表征磁介质磁性的物理量。表示在空间或在磁芯空间中的线圈流过电流后，产生磁通的阻力或是其在磁场中导通磁力线的能力。其公式μ=B/H 、其中H=磁场强度、B=磁感应强度，常用符号μ表示，μ为介质的磁导率，或称绝对磁导率。感应加热常用的是相对磁导率，用μr表示。它是任一介质的磁导率与真空中磁导率的比值，即μr=μ/μ0。所有非磁性物质，μr=1，而铁磁性物质的μr可达数万，此值还受磁场强度的影响。如硅钢片的μr=7500。9. 什么是磁场强度？磁场强度描写磁场性质的物理量，是对磁势强度的度量，具有方向性，类似水流某处的压力梯度。用H表示。其定义式为：式中B是磁感应强度，M是磁化强度，μ0是真空中的磁导率，μ0=4π×10-7特斯拉·米/安。H的单位是安/米。在高斯单位制中H的单位是奥斯特。1安/米=4π×10-3奥斯特。10. 什么是磁感应强度？当通电导线与磁场方向垂直时，通电导线所受的安培力F跟电流I和导线长度L的乘积IL的比值叫做磁感应强度。电流（运动电荷）的周围存在磁场，他对外的重要表现是：对引入场中的运动试探电荷、载流导体或永久磁铁有磁场力的作用，因此可用磁场对运动试探电荷的作用来描述磁场，并由此引入磁感应强度B作为定量描述磁场中各点特性的基本物理量，其地位与电场中的电场强度E相当。磁感应强度反映的是相互作用力，是两个参考点A与B之间的应力关系，而磁场强度是主体单方的量，不管B方有没有参与，这个量是不变的。B的方向定义为：由正电荷所受最大力Fm的方向转向电荷运动方向 v 时 ，右手螺旋前进的方向 。定义了B之后，运动电荷在磁场 B 中所受的力可表为 F= QVB，此即洛伦兹力公式。11. 什么是磁通？磁场空间的分布量称为磁通。设在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一个面积为S且与磁场方向垂直的平面，磁感应强度B与面积S的乘积，叫做穿过这个平面的磁通量，简称磁通，符号“Φ”。单位为Wb。12. 什么是磁阻？磁阻类似于电阻，电路中存在电阻，磁路中也存在磁阻。产生相同磁通的情况下，磁路中放入铁磁物质时所需的电流小，没有铁磁物质时所需的电流大，或者说，在线圈中通入相同的电流时，铁磁物质产生的磁通大。来源：材子笔记