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第四章表面淬火
4.1表面淬火的目的与分类

表面淬火是指被处理工件在表面有限深度范围内加热至相变点以上，然后迅
速冷却，在工件表面一定深度范围内达到淬火目的的热处理工艺。
一、表面淬火的目的

在工件表面一定深度范围内获得马氏体组织，而其心部仍保持着表面淬火前
的组织状态(调质或正火状态)，以获得表面层硬而耐磨，心部又有足够塑性、
韧性的工件。
二、表面淬火的条件

快速加热：要在工件表面有限深度内达到相变点以上的温度，必须给工件
表面以极高的能量密度来加热，使工件表面的热量来不及向心部传导，以
造成极大的温差。

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三、表面淬火的分类：

表面淬火常以供给表面能量的形式不同而命名及分类。

表面淬火可以分成以下几类：
1.感应加热表面淬火
2.火焰淬火
3.电接触加热表面淬火
4.电解液加热表面淬火
5.激光加热表面淬火
6.电子束加热表面淬火

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最大输出功率硬化层深度
表面淬火工艺能量密度(W/cm2)
(KW)(mm)

感应加热10～15000≤10000.05~15

火焰加热10～1000－2~10

电阻表面加热≤100～1000＜20~50＜0.3

激光加热＜109一般103~1042~10＜0.2

电子束加热＜109一般103~104＞2＜0.2

太阳能加热（4~5）×103＜2＜1

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4.2表面淬火工艺原理

一、钢在非平衡加热时的相变特点

钢在表面淬火时，其基本条件是有足够的能量密度提供表
面加热，使表面有足够快的速度达到相变点以上的温度。
因此，表面淬火时，钢处于非平衡加热。

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钢在非平衡加热时有如下特点

1．在一定的加热速度范围内，临界点随加热速度的增加而提高。

在快速加热时均随着加热速度的
增加而向高温移动。但当加热速
度大到某一范围时，所有亚共析
钢的转变温度均相同。加热速度
愈快，奥氏体形成温度范围愈宽，
但形成速度快；形成时间短．加
热速度对奥氏体开始形成温度影
响不大，但随着加热速度的提高，
显著提高了形成终了温度．原始
组织愈不均匀，最终形成温度提
得愈高。

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2．奥氏体成分不均匀性随着加热速度的增加而增大

随着加热速度的增大，转变温度提高，转变温度范围
扩大．随着转变温度的升高，与铁素体相平衡的奥氏
体碳浓度降低，而与渗碳体相平衡的奥氏体碳浓度增
大。因此，与铁素体相毗邻的奥氏体碳浓度将和与渗
碳体相毗邻的奥氏体中碳浓度有很大差异。由于加热
速度快，加热时间短，碳及合金元素来不及扩散，将
造成奥氏体中成分的不均匀，且随着加热速度的提高，
奥氏体成分的不均匀性增大。例如0.4％C碳钢，当以
130℃／s的加热速度加热至900℃时，奥氏体中存在
着1.6％C的碳浓度区。显然，快速加热时，钢种、原
始组织对奥氏体成分的均匀性有很大影响。对热传导
系数小，碳化物粗大且溶解困难的高合金钢采用快速
加热是有困难的。

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3．提高加热速度可显著细化奥氏体晶粒

快速加热时，过热度很大，奥氏体晶核不仅在铁素体
一碳化物相界面上形成，而且也可能在铁素体的亚晶
界上形成，因此使奥氏体的成核率增大。又由于加热
时间极短，奥氏体晶粒来不及长大。当用超快速加热
时，可获得超细化晶粒。

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4．快速加热对过冷奥氏体的转变及马氏体回火有明显
影响

快速加热使奥氏体成分不均匀及晶粒细化，减小了过冷奥氏体
的稳定性，使c曲线左移．由于奥氏体成分的不均匀性，特别
是亚共析钢，还会出现二种成分不均匀性现象。在珠光体区域，
原渗碳体片区与原铁素体片区之间存在着成分的不均匀性，这
种区域很微小，即在微小体积内的不均匀性。而在原珠光体区
与原先共析铁素体块区也存在着成分的不均匀性，这是大体积
范围内的不均匀性。由于存在这种成分的大体积不均匀性，将
使这二区域的马氏体转变点不同，马氏体形态不同．即相当于
原铁素体区出现低碳马氏体，原珠光体区出现高碳马氏体．由
于快速加热奥氏体成分的不均匀性，淬火后马氏体成分也不均
匀，所以，尽管淬火后硬度较高，但回火时硬度下降较快，因
此回火温度应比普通加热淬火的略低。

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快速加热对相变的影响

相变临界点

Ac3、Acm升高

奥氏体晶粒度

细小

奥氏体均匀化

不均匀

过冷奥氏体转变

降低残余奥氏体的稳定性；提高Ms；改变M形态

回火转变

回火温度一般比普通回火低

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二、表面淬火的组织与性能

1.表面淬火的金相组织
钢件经表面淬火后的金相组织与
钢种、淬火前的原始组织及淬火加热
时沿截面温度的分布有关。最简单的
是原始组织为退火状态的共析