10.1 钢的表面淬火

钢的表面淬火第十章其他热处理热处理原理与工艺◆钢的表面淬火◆钢的渗碳◆钢的渗氮◆真空热处理◆形变热处理其他热处理钢的表面淬火

表面淬火是将工件快速加热到淬火温度，然后迅速冷却，仅使表面层获得淬火组织的热处理方法。表面淬火时钢处于非平衡加热状态：（1）在一定的加热速度范围内，临界点随加热速度增加而提高。（2）奥氏体成分不均匀性随着加热速度的增加而增大。（3）提高加热速度可显著细化奥氏体晶粒。（4）快速加热使奥氏体成分不均匀及晶粒细化，降低了过冷奥氏体的稳定性，使C曲线左移。奥氏体成分的不均匀性又会导致淬火后马氏体成分的不均匀，所以尽管淬火后硬度较高，但回火时硬度下降也较快，因此回火温度应比普通加热淬火回火时略低。钢的表面淬火目的：达到外硬内韧的效果，提高表面层的硬度和耐磨性；

表面压应力状态，提高疲劳强度。应用：承受弯曲、扭转、摩擦和冲击的零件。分类：常以供给表面能量的形式不同而命名及分类——

感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火、

激光加热表面淬火、电子束加热表面淬火、

电接触加热表面淬火、电解液加热表面淬火、

等离子束加热表面淬火、红外线聚焦加热表面淬火等。钢的表面淬火一、感应加热表面淬火

感应加热表面淬火是利用电磁感应原理，在工件表面产生密度很高的感应电流，并使之迅速加热至奥氏体状态，随后快速冷却获得马氏体组织的淬火方法。感应加热表面淬火示意图钢在800~900℃的电流透入深度δ热及在室温20℃时的电流透入深度δ冷与电流频率f（Hz）：钢的表面淬火类型感应加热频率感应加热层深度（mm）应用高频感应加热淬火70~1000KHz0.5~2表面质量好，脆性小——适于要求淬硬层深度较浅的中小零件（如小模数齿轮、轴类、链轮、高强度螺栓、螺母等）中频感应加热淬火500~10000Hz2~10适于要求淬硬层深度较深的大中零件（如大模数齿轮、尺寸较大的凸轮轴、曲轴等）工频感应加热淬火50Hz10~15适于大型工件（如轧钢机轧辊Ф>300mm）超音频感应加热淬火20~40KHz2以上适用于模数为3~6的齿轮，链轮、花键轴、凸轮等一、感应加热表面淬火钢的表面淬火一、感应加热表面淬火感应加热表面淬火的特点：

①加热速度快，生产率高。

②淬火后表层马氏体晶粒细小，硬度高。

③加热时不易产生氧化、脱碳及变形。

④表层存在残余应力，有较高的疲劳强度。

⑤感应淬火前应进行预备热处理（调质或正火），

感应淬火后应低温回火（一般不高于200℃），

表面为回火马氏体（55-58HRC），心部时预备热处理情况而定。

⑥设备昂贵，不适于单件生产。形状复杂零件的处理比较困难。

⑦最适于表面淬火处理的材料是碳含量为0.4%~0.5%的中碳钢。

钢的表面淬火一、感应加热表面淬火感应加热淬火件的常用工艺路线：

多用于中碳（合金钢）锻造→退火或正火→粗机械加工→调质或正火→精机械加工→感应加热淬火+低温回火→磨削钢的表面淬火二、火焰加热表面淬火火焰加热表面淬火是利用氧-乙炔气体或其它可燃气体（如天然气、煤气、石油气等）以一定的比例混合进行燃烧，形成强烈的高温火焰，将工件迅速加热到淬火温度，然后急冷，使工件表面获得要求的硬度和一定的硬化层深度，心部仍然保持原始组织的一种表面淬火方法。还原区温度最高（一般距焰心顶端2〜3mm处温度达最高值），应尽量利用这个高温区加热工件氧-乙炔焰结构及温度分布示意图1-焰心2-还原区3-全燃区钢的表面淬火二、火焰加热表面淬火优点：

设备简单，使用方便，成本低；不受工件体积大小的限制，可灵活移动使用；淬火后表面清洁，无氧化、脱碳现象，变形也小。旋转火焰淬火法示意图缺点：

表面容易过热；较难得到小于2mm的淬硬层深度，只适用于火焰喷射方便的表层上；所采用的混合气体有爆炸危险。钢的表面淬火三、高能束表面淬火高能束表面淬火及改性技术，包括高频脉冲、激光以及电子束表面淬火及离子注入等，具有效率高、能量高、质量高等优势，同时还有着低成本、节能、环保等特点，能够提高材料表面的硬度、耐磨性、耐蚀性以及抗高温氧化性等性能，是满足高端零部件制备的重要技术途径。传统的表面淬火工艺虽已较为成熟且应用广泛，但是仍然存在处理周期长、能耗较大以及环境污染等问题，特别是在提高复杂零件表面性能方面已经不能满足日益增长的要求。钢的表面淬火三、高能束表面淬火1、脉冲加热表面淬火：目前主要指用高频脉冲加热，脉冲加热的感应线圈类似于高频加热感应器，它是以能量密度很高的能源对金属表面超高速加热，可在若干毫秒时间内加热到淬火温度，然后靠未加热的金属内部迅速热传导自激冷。但它受冲击能量的限制，不适用于大型零件的表面硬化，也不适用于导热性差的合金钢的表面硬化。2、激光加热表面淬火：激光具有高达106W/cm2的能量密度，可使金属表面在几十毫秒内升高到所需淬火温度。升温快，加热集中，停止照射时可以把热量迅速传至周围未被加热金属，不用冷却剂就达到自行淬火的效果，畸变很小，但激光加热受工件表面黑度影响。3、电子束加热表面淬火：与激光加热表面淬火相似，都