工藝第章鋼的表面淬火

第四章

鋼的表面熱處理目錄一、表面淬火的目的、分類及應用二、表面淬火工藝原理三、表面淬火方法鋼的表面熱處理

定義：表面淬火是指被處理工件在表面有限深度范圍內加熱至相變點以上，然后迅速冷卻，在工件表面一定深度范圍內達到淬火目的。

目的：表層為馬氏體，心部為淬火前組織（調質或正火狀態(tài)）。表層硬度高，心部韌性好。表面淬火是強化金屬材料表面的重要手段之一。表面淬火可提高硬度、耐磨性，與心部組織相配合，獲得強韌性、高疲勞強度。

一、表面淬火的目的、分類及應用鋼的表面熱處理

表面淬火的加熱能量密度極高，因此，表面淬火常以供給表面能量的形式不同而命名及分類。目前表面淬火可以分成以下幾類：

1、感應加熱表面淬火

2、火焰加熱表面淬火

3、電接觸加熱表面淬火－利用電阻發(fā)熱進行加熱（低電壓大電流）4、電解液加熱表面淬火5、激光加熱表面淬火6、電子束（等離子）加熱表面淬火

分類：鋼的表面熱處理

表面淬火主要應用于中碳調質鋼或球鐵件；高碳鋼表面淬火后由于心部塑、韌性低，應用較少；低碳鋼表面淬火后強化效果不明顯，很少應用。表面淬火的應用：鋼的表面熱處理

1、鋼在非平衡加熱時的相變特點

表面淬火時的能量密度很高，鋼處于非平衡加熱，鋼在非平衡加熱時有如下特點：1）在一定的加熱速度范圍內，臨界點隨加熱速度的增加而提高；2）奧氏體成分不均勻性隨著加熱速度的增加而增大；3）提高加熱速度可顯著細化奧氏體晶粒；4）快速加熱對過冷奧氏體的轉變及馬氏體回火有明顯影響。

二、表面淬火工藝原理鋼的表面熱處理

2、表面淬火的金相組織

鋼件經表面淬火后的金相組織與鋼種、淬火前的原始組織及淬火加熱時沿截面溫度的分布有關。

原始組織為退火狀態(tài)的共析鋼：淬火以后金相組織自表面向心部應分為三區(qū)，馬氏體區(qū)(M)(包括殘余奧氏體)＋馬氏體加珠光體(M十P)＋珠光體(P)區(qū)。

原始組織為正火狀態(tài)的45鋼：較復雜，如果采用的是淬火烈度很大的淬火介質，淬火后其金相組織自表面向中心可分為四區(qū)，馬氏體區(qū)(M)＋馬氏體加鐵素體(M+F）＋馬氏體加鐵素體加珠光體區(qū)＋珠光體加鐵素體。這里所以出現馬氏體加珠光體區(qū)，因快速加熱時奧氏體是在一個溫度區(qū)間、井非在一個恒定溫度形成的，其界限相當于沿截面溫度曲線的奧氏體介始形成溫度及奧氏體形成終了溫度。鋼的表面熱處理

原始組織為調質狀態(tài)45鋼由于回火索氏體為粒狀滲碳體均勻分布在鐵素體基體上的均勻組織，淬火組織也較均勻。Ac1-Ac3溫度區(qū)的淬火組織中，未溶鐵素體分布比較均勻；Ac1-至相當于調質回火溫度區(qū)（C區(qū)），由于其溫度高于原調質回火溫度而又低于臨界點，因此將發(fā)生進一步回火現象。表面淬火將導致這一區(qū)域硬度下降。鋼的表面熱處理1）表面硬度

快速加熱，激冷淬火后的工件表面硬度比普通加熱淬火高。與加熱溫度及加熱速度有關，快速加熱時奧氏體成分不均勻性、奧氏體晶粒及亞結構細化。2）耐磨性

快速表面淬火的耐磨性優(yōu)于普通淬火的。與其奧氏體晶粒細化、奧氏體成分的不均勻，表面硬度較高及表面壓應力狀態(tài)等因素有關。3）疲勞強度

表面淬火可顯著提高零件的抗疲勞性能。原因：除與表層本身的強度增高外，主要是因為在表層形成很大的殘余壓應力。

3、表面淬火后的性能

鋼的表面熱處理三、表面淬火方法

1、感應加熱表面淬火

定義：利用感應電流通過工件產生的熱效應，使工件表面局部加熱，然后快速冷卻，獲得馬氏體組織的工藝。

原理：利用電磁感應原理，使工件表面產生感應電流（集膚效應）。鋼本身具有電阻，產生熱效應，加熱工件表面，而后冷卻，實現表面淬火。

分類：高頻加熱淬火（100～500kHz）中頻加熱淬火（500～10000Hz）工頻加熱淬火（50Hz）鋼的表面熱處理快速靈活的感應加熱表面淬火鋼的表面熱處理

工藝：

●設備頻率的選擇主要根據硬化層深度來選擇?！癖裙β实倪x擇（工件單位表面所吸收的電功率）頻率一定時，要求硬化層深，比功率要小；相同硬化層深度時，頻率較高，比功率要小，頻率較低，比功率要大。鋼的表面熱處理

●冷卻方式和冷卻介質的選擇

噴射冷卻法浸液冷卻法埋油淬火法對細、薄工件或合金鋼齒輪，為減小變形、開裂，可將感應器與工件同時放入油槽中加熱，斷電后冷卻。

回火工藝感應加熱后一般只進行低溫回火，以降低殘余應力和脆性，而又不降低硬度。

爐中回火：150～180℃，1～2h；自回火鋼的表面熱處理感應加熱表面淬火的特點：

●由于電磁感應和集膚效應，工件表面在極短時間內達到相變臨界點以上，而心部仍處于相變點以下。淬火后，由表及里為馬氏體、馬氏體＋鐵素體＋屈氏體、鐵素體＋珠光體＋索氏體組織；●工件表面為細小的隱晶馬氏體組織，硬度較普通淬火高（HRC2～3），脆性低，疲勞強度高，耐磨性高；●不易氧化和脫碳，變形??；●淬火層深度易于控制，易實現機械化和自動化。

缺點：設備費用昂貴，維修困難，形狀復雜的感應器不易制造，不適用單件生產。鋼的表面熱處理2、火焰加熱表面淬火

定義：用氣體燃燒的火焰在工件表面上若干尺寸范圍內加熱，達到淬火溫度后立即冷卻，從而得到預期的硬度和淬硬層深度（2～6mm）的工藝。

優(yōu)點：設備簡單、使用方便、成本低；不受工件體積大小的限制，可靈活使用；淬火后表面清潔，無氧化、脫碳形象，變形小。

缺點：表面容易過熱；較難得到小于2mm的淬硬層深度。鋼的表面熱處理火焰喂結構劉及其侍特性孩：火焰陽分三仿區(qū)：嘩焰心膛、還妻原區(qū)疏及全嶄燃區(qū)躬。其糞中還舒原區(qū)智溫度庭最高遭?；鹧嫒未慊鸪纯捎脮裣铝袟澔旌咸O氣體悔作為鼻燃料祖。煤氣浩和氧懇氣（1：0.府6）天然螺氣和徒氧氣外（1：1.在2至1：2.肆3）丙烷伐和氧糾氣（1：4至1：5）煩（標溫度雙最低且，26息50℃）乙炔游和氧化氣（1：1至1：1.店5）敏（序溫度惑最高隊，31謎00℃）鋼的哄表面厚熱處戀理一般伙分為害三個巡壽部分授。（1）內隱層。判帶藍跟色，堵因供攤氧不識足，耳燃燒卡不完滾全，井溫度懇最低嗚，有溝還原模作用餓。稱再內焰語或還原纏焰。（2）中犧層。虜明亮作。溫儉度比污內層怒高。餅（3）外搜層。失無色察。因猜供氧徹充足帶，燃謎燒完巧全，護溫度羨最高醉，有禽氧化扭作用阿。稱船外焰丈或氧化棍焰?；蚍侄藶檠婧樾摹⒁褍妊婧蚝屯饽w焰，火焰挽溫度由內踢向外吊依次粒增高趙。（1）焰心。中晚心的小黑暗騙部分其，由糊能燃敞燒而都還未零燃燒遣的氣嫩體所頭組成句。（2）內遣焰。態(tài)包圍徐焰心聞的最精明亮詠部分檢，是富氣體曉未完弟全燃善燒的蕉部分甜。含甩著碳粒子郊，被墳燒熱枯發(fā)出扎強光說，并跟有還撥原作獸用，非也稱輛還原值焰。楚（3）外吃焰。柴最外剩面幾圾乎無廣光的德部分牧，是觸氣體完全釣燃燒的部資分。環(huán)含著糖過量險而強仙熱的顏空氣睬，有滴氧化爺作用刑，也忍稱氧津化焰統。鋼的縣表面表熱處市理●電貧解液泡加熱移表面環(huán)淬火工藝展簡單可，生丙產率以高，配變形活小?！耠姺N接觸鐘加熱底表面享淬火可移晴動的盟電極毒與工京件表噸面接改觸，怨并通她以低吹電壓槐大電詠流，務利用澡電阻累發(fā)熱慈加熱眼工件慚，實次現淬桐火。3、其波它表凍面淬輔火方辛法鋼的貌表面透熱處塵理電解艦液加濁熱表寨面淬賴火將工腸件放溝入盛白有5-易15％碳變酸鈉扒水溶他液的憂電解遼槽中秧，工補件為耗陰極罷，電牲解檔撓為陽呆極，媽兩極帳間加傘一定沾直流士電壓桑，使碰電解趣液電思解，引在陽鼻極上舍放出坐氧氣去，陰持極工僵具上故析出驗氫氣逐。包期圍工祝件的期氫氣再膜使劉工件泡與電糖解液冰隔開虹，氫仍氣膜框又有零很大聞電阻從，當藏有很忽大電航流通忙過時做，將兼產生座大量野的熱康，達求到很板高的軌溫度崖，工元件浸反入電壯解液英部分出迅速舞被加慈熱。朗當工梯件表孤面被圾加熱覆到淬嚷火溫井度時泉，停忽止送慎電，意氫氣興膜立淚即破析裂，棄包圍難工件程的電期解液廊使工屯件迅暴速冷本卻淬鵝火電壓若在15杰0-轎30愧0V之間永調整鍵，電閉流密麻度為3-似4A帥/c眠m2：。脹加熱慢時間間由試目驗確往定。鋼的巷表面獸熱處躍理激光撲是一鋪種亮療度極漠高，秩單色洪性和闖方向榆性極懲強的絹光源群。激博光加終熱和可一般怕加熱陳方式紐奉不同胳，它痕是利文用激辱光束份由點約到線斥，由該線到雅面地蔥以掃扮描方疾式來露實現停。表面課淬火況時最呢主要渠的是艇控制風表面想溫度某和加齡熱深蒙度，獅因而囑用激在光掃振描加敗熱時餓，關櫻鍵是色控制杰掃描屑速度保和功自率密剃度。由于很激光深加熱竟是一炊種光這輻射隆加熱雖，因淋而工舅件表淡面吸世收熱愉量除園與光鏈的強灶度有宵關外挺，還賀和工哈件表膏面黑隱度有姨關。振為了受提高析吸收甚率，升通常暫都要盲對表例面進啞行黑蔬化處消理，款即在何欲加茄熱部兩位涂禮上一畫層對匆光束伸有高蹲吸收偏能力走的薄旬膜涂會料。緞常用掙涂料納有磷羞酸鋅傘鹽膜另、碳億黑、洞氧化幟鐵粉鞋等。4、激訴光加略熱表及面淬頭火鋼的鑄表面軍熱處苗理激光敵熱處密理的咬特點選如下沿：(a蒜)加熱嗽速度惜快，織淬火肝不用傅冷卻弟劑。由于兇加熱唯速度終極快帥，故備可以哀得到媽超細加晶粒巾。(b長)可以堵進行暗局部智的選號擇性估淬火眉。由于偵激光沈具有鋪高的倉方向泳性和襪相干習性，斜可控顛性能疤特別掀好，住對一縮慧些拐警角、征狹窄詠溝槽儲、齒多條、遭齒輪次、深裂孔、厲盲孔暴表面管等采洽用光僻學傳劍導系真統和章反射已鏡可牽以很銜方便索地進名行加驅熱淬速火。(c小)幾乎趣沒有皺變形取。鋼的婚表面痛熱處號理激光縫熱處絮理的呆應用在：在汽垮車工遙業(yè)中菊應用肅較多掌。如松用10訊kW劈燕C亭02激光蓄器處撫理41造40圣H結構餐鋼軸森，淬堆火深償度為0.鮮25權mm，硬雖度為HR扛C5命5。鋼的關表面貧熱處秋理通過鍛電子駝束流仇轟擊匙金屬垃表面陡，電燈子流株和金殲屬中漲的原月子碰己撞來閥傳遞燭能量白進行智加熱滅。電子只束加冠熱表懷面時悟，表滔面溫歡度和供淬透排深度