3.2 加热功率的选择
1.加热功率密度选择
电源装置的功率取决于工件表面以kW／cm2为单位计算的功率密度值（P0）和以cm2计的一次加热面积A。选择功率密度要根据加热表面积及其淬火技术条件而定。电流频率越低，工件直径越小及所要求的硬化层深度越浅，则所需功率密度应越大。碳钢在不同频率及功率密度下得到的硬化层深度见表3-6。当使用高频及超音频电源时，P0常用0.6～2.0kW／cm2。当使用中频电源时，P0常用0.8～2.5kW／cm2。
表3-6 碳钢在不同频率及功率密度下得到的硬化层深度
① 齿轮沿齿廓淬火，在3～10kHz电流频率下建议用低功率密度
相同硬化层深度值可以用不同的功率密度与不同加热时间来达到。较高功率密度与较短加热时间适合于较低电流频率，较低功率密度与较长加热时间适合于较高电流频率。前者加热工件表面向心部传导热能少，热效率较高；而后者热传导作用增强，热效率较低。从节能角度与工件硬化层过渡区不要太长两个观点出发，表面淬火工件的加热时间最好不超过10s，略长一点也不要超过15s，特殊要求例外。
现代化的感应淬火机床，相当部分已配有能量监控仪，以单位为kW·s的电能来控制淬火工件的加热温度与硬化层深度。根据所需电能xkW·s，先设定加热时间ys，再以xkW·s／ys求出所需功率zkW（能量监控器上一般指振荡功率）。
表3-7是不同电流频率时，硬化层深度与所耗电能的关系。根据此表，可根据不同频率时，各种硬化深度所需的能耗密度值计算出一定加热面积所耗电能（kW·s）。
表3-7 硬化深度与所耗电能的关系
2.经验法选取功率密度与加热时间
生产实践中，常常根据已有生产实践数据，考虑工件所需电流频率与所需设备功率。
表3-8是拖拉机磨损零件感应淬火所需电源。
表3-8 拖拉机磨损零件感应淬火所需电源
（续)
采用10kHz频率取代2.5kHz频率，是由于频率越高，所需配的电容器等电器装置尺寸越小，因此，曲轴颈淬火加热，从早期应用2.5kHz逐步改为8～10kHz。
3.计算机模拟选取P和f
由于计算机模拟技术的发展，现在已有计算机模拟软件，供用户通过计算机模拟进行模拟工艺试验，求出最佳的设备频率与所需功率。例如用ELTA计算机软件研究一个Φ40mm的轴，硬化层深度为5mm，推荐频率范围为1.2～10kHz，最佳频率大致在2.5kHz。设钢的奥氏体化的最低温度为800℃，最高加热温度为1000℃（45钢），采用一个不变的感应器进行模拟试验。计算机模拟感应淬火结果见表3-9。
表3-9 Φ40mm轴计算机模拟感应淬火结果
注：1.效率、感应器电压、功率因数均为加热周期中的平均值。2.感应淬火工艺上能耗习惯单位用kW·s，现国外生产的能量监控仪仍用kW·s作单位，1kW·s＝1000J。
1）从3.1节可知，Ds／d＝0.5时，能提供最快、最高效的加热（f＝2.5～3.0kHz）。从表3-9中也可看出，当f＝2500Hz和3000Hz时，功率因数在此时也高，其意义是电容量减少而变压器效率高。
2）用比最佳频率为高的频率，得到较高的电效率，但加热时间大大增加（在30kHz时，增长达4倍），总能耗也增加了，但不超过10％。
3）用比最佳频率低的频率时，能得到较快的加热，但电效率及功率因数下降，感应器所需功率大大增加，而感应器损耗可达到一个不能接受的数值。
4）当频率大大低于最佳频率时（如为1000Hz），加热过程变为较低效率而操作条件对参数的变化显得特别敏感。
5）感应器端电压在上述最佳频率左右很大范围内基本上是相同的，说明在改变频率时，电压比基本上可以不变。
4.同一感应器在不同频率与功率密度下的淬火结果
图3-5所示为履带拖拉机支重轮在不同频率、不同功率密度下的淬火结果。
图3-5 支重轮在不同频率、不同功率密度下的淬火结果
a）2.5kHz，100kW，加热35s b）2.5kHz，200kW加热16s c）2.5kHz，500～450kW，加热7s d）1kHz，400～300kW，加热11s
从图3-5可知，图c淬硬结果最好，这说明采用电流频率2.5kHz比1kHz好，采用功率500～450kW比小功率100或200kW好。功率大时，其淬硬区域比小功率为宽。
5.钢加热到淬火温度的能耗
硬化层加热到淬火温度所需能耗，从理论上纯能量转换来讲，其能耗数值是较小的，但由于电源系统的损耗，变压器、感应器的损耗，工件向心部传热辐射等，能耗值就增加很多。部分金属感应加热的理论与实际能耗见表3-10（Ajax公司资料）。
我国某厂在生产中得出：钢感应透热到锻造温度的能耗值为315kW·h／t最近我国在钢坯透热的能耗指标已小于此值，更加节能。
表3-10 部分金属感应加热的理论与实际能耗
