第11章---钢表面淬火.ppt

一、表面淬火的目的、分类及应用应用：含碳量在0.4~0.5%的中碳调质钢，如主轴、齿轮等，可保持心部有较高的综合力学性能、表面有较高的硬度和耐磨性。高碳钢的表面淬火用于承受较小冲击和交变载荷的工、量具；不适用于低碳钢。
分类：（按能量的供给形式不同）
感应加热表面淬火：电磁感应加热。
火焰淬火：可燃气体加热。
电接触加热表面淬火、电解液加热表面淬火、激光束加热表面淬火、电子束加热表面淬火等。二、表面淬火工艺原理提高加热速度可显著细化奥氏体晶粒：
奥氏体临界晶核减小、形核部位增加，形核率高，且时间短，晶粒来不及长大。
快速加热对冷却时过冷奥氏体及马氏体回火的影响：
因奥氏体成分不均匀、晶粒细化、减小了过冷奥氏体的稳定性；
淬火后马氏体成分也不均匀，使马氏体回火时硬度下降的快，所以回火温度应略低些。.若原始组织为正火状态的45钢：
正火后的组织：
少量F+细片P
淬火后的金相组织：
如图所示
2.2、表面淬火后的性能
表面硬度：
比普通淬火的硬度高。
原因：奥氏体晶粒、亚结构细化、表面高的压应力分布等。
加热速度一定，在某一温度内可出现硬度增加现象。随加热速度提高，这一温度移向高温。与奥氏体成分不均匀性、晶粒细化有关。耐磨性：
比普通淬火的耐磨性高。
原因：奥氏体晶粒细化使得淬硬层中马氏体晶粒极为细小、碳化物弥散度较高、表面强度硬度较高、表面高的压应力等综合影响的结果。2.3、表面淬火淬硬层深度及分布对工件承载能力的影响（2）表面淬硬层深度与工件内残余应力的关系：
表面残余应力为压应力，其大小和分布与淬硬层深度有关。残余应力与淬火层深度的硬度分布有关：
过渡区硬度降落越陡，表面压应力越大，但张应力也越大
过渡区硬度降落越缓，表面压应力减小，张应力减小内移残余应力与钢中含碳量的关系：含碳量越高，马氏体比容越大，组织应力越显著，表面淬火后的残余压应力越大。
结论：不同的零件都有自己合适的淬硬层深度及过渡区宽度。
中、小尺寸零件的高频表面淬火的淬硬层深度为工件半径的10~20%，过渡区宽度为淬硬层深度的25~30%。（3）硬化层分布对工件承载能力的影响
结论：在淬硬层的过渡区存在着拉应力的峰值，当此处是截面突变区时易导致破坏。三、表面淬火方法1.1、感应加热的基本原理
（1）电磁感应
工件在交变电流的感应圈中产生感应电动势：

：磁通变化率，与电流频率成正比。
感应电势产生感应电流，即涡流：

涡流分布于工件表面，并产生热量：
Q=0.24If2R说明：
感生电流的方向在每一瞬间和感应器中的电流方向相反；
如感应器与工件间隙非常小，无漏磁，磁能全部为工件表面所吸收，此时涡流与通过感应器的交变电流大小相等、方向相反。这种理想条件下，在高为1cm的单匝感应圈中加热的工件所吸收的功率为：表面效应：涡流强度由工件表面向内层减小的规律。
涡流在被加热工件中的分布由表面至中心呈指数规律衰减，离表面为X处的涡流强度：
式中I0—表面最大的涡流强度
—与材料物理性质有关的系数：
当X=时，Ix=0.368I0，此X称“电流透入深度”，用表示：
与电阻率成正比，与导磁率、电流频率成反比。
涡流分布于表面上的现象称为“集肤效应”。钢在20C时的电流透入深度称为“冷态电流透入深度”，简化公式为：
20=(20/f1/2)mm
钢在800C时的电流透入深度称为“热态电流透入深度”，简化公式为：
800=(500/f1/2)mm
表面效应是高频率电流的最基本特性。（2）感应加热的物理过程
由于加热温度升高，引起钢的电阻率及导磁率的变化，使得电流透入深度发生很大的变化，加热层中的涡流分布也将产生重大变化。
感应加热过程可分为：冷态、过渡态、热态三个阶段。冷态：小，表面温度超过A2时，此薄层变为顺磁体，急剧下降使加热速度下降。
过渡态：磁力线、涡流移向内侧铁磁体处，此处迅速被加热。工件截面内最大涡流密度由表面向心部推移，自表面向心部依次加热，即“透入式加热”。
热态：当变成顺磁体的高温层的厚度超过热态电流透入深度后涡流不再向内部推移。再加热时为传导加热。透入式加热的优点：
1、表层的温度超过A2后，最大涡流密度移向内层，表层加热速度开始下降，使表层不易过热；
2、加热迅速，热损失小，热效率高；
3、热量分布较陡，淬火后的过渡层较窄，使表面压应力较高，有助于提高工件的疲劳强度。
表明淬火特点：加热时间短，组织中碳化物弥散度大，因此钢件的耐磨性高，冲击韧性好。
1.2、感应加热表面淬火工艺
（1）根据零件尺寸及硬化层深度的要求，合理选择设备：
设备频率的选择：
主要根据硬化层深度x来选择，
…………………上限频率
……………..…下限频率
所选用的频率不宜过低。
最佳频率：f最佳=600/x2（2）淬火加热温度及方式的选择
加热温度与淬火前