表面淬火.ppt

第四章表面淬火和表面形变强化热处理的4种工艺：退火、正火、淬火、回火。一、表面淬火技术的原理
1表面淬火
用特殊的加热方式将钢表面快速加热到Ac3（亚共析钢）或Ac1（过共析钢）以上，随后快速冷却，使钢铁表层发生马氏体相变，生成硬化层。2表面淬火的分类一般用于处理中碳调质钢和球墨铸铁。加热速度越快，奥氏体晶粒越细、硬度越高。快速加热使奥氏体成分不均匀，易形成贫碳的奥氏体，合金元素也难实现成分均匀化。（1）奥氏体中未溶碳化物和高碳偏聚区的存在将促进过冷奥氏体分解，使奥氏体转变孕育期缩短，C曲线向左移动。（2）亚共析钢中原铁素体领域形成低碳奥氏体，原珠光体领域形成高碳奥氏体。两种奥氏体在淬火后分别得到低碳马氏体及高碳马氏体。4快速加热淬火后的回火温度一般应比普通回火温度略低。1表面淬火层的组织和硬度分布
表面淬火层分为：
（1）淬硬区Ⅰ（完全相变区）
（2）过渡区Ⅱ（部分相变区）
（3）心部区Ⅲ（无相变区）硬化层的厚度可用金相法和硬度法测定。（1）表面硬度：经高频加热淬火的工件其表面硬度比普通淬火高2～5个HRC。这是由于表面淬火晶粒细化和高的残余压应力。（2）耐磨性：高频淬火件的耐磨性比普通淬火要高。这是由于淬硬层中马氏体晶粒极为细小，碳化物高度弥散，淬硬层硬度和强度都比较高。（3）疲劳强度：高频淬火可显著提高零件的疲劳强度。这是由于表面产生的压应力可以抑制裂纹的萌生和扩展，使其缺口敏感性下降。一、感应加热淬火基本原理
铁制零件在高频交变磁场中，铁的内部将产生很大的感应电流。电流在金属体内自行闭合，称为涡流。由于工件阻抗很小，涡流很大。受集肤效应的影响，越靠近工件表面电流越大。感应电流快速将零件的表面加热到Ac3或Acm以上，快速冷却后即可在零件表层获得马氏体组织。在理想状态下，单匝感应圈加热1厘米高的柱形工件表面吸收功率P

式中R0——工件直径mm；I——感应圈内电流A；ρ—钢的电阻率；μ—磁导率；f—频率。(ρμf)1/2为吸收因子。
电流（涡流）导入深度与δ、μ、f的关系是
mm
感应加热频率越高，淬硬层越浅，但加热速度越快。感应加热频率与淬硬层的关系磁导率μ和电阻率ρ又与工件的温度有关，在Ac1以上(770℃)磁导率μ几乎降至为零。这样钢中电流导入深度可简化为
20℃时：mm
800℃时：mm
所以温度越高，加热速度越慢，避免了表面过热。以齿轮加工为例
锻打毛坯→正火处理(~220HB)→粗加工→调质处理（~250HB）→精加工（滚齿）→感应加热淬火→回火（~55HRC）→磨削热效率高、加热时间短；
工件表面氧化、脱碳比较轻，变形小；
比普通热处理具有更优异的机械性能；
设备易于实现机械化自动生产，生产效率高；
零件棱边易过热，形状复杂的零件难以保证温度均匀；
设备投资较大。高频感应加热装置（电子管式）电子管式高频感应加热电路图晶体管式高频感应加热设备晶体管式高频感应加热示例超高频感应加热淬火
利用27.12MHz超高频率的极强的趋肤效应使0.05mm~0.5mm的零件表层在极短的时间内加热，然后靠自身迅速冷却，达到淬火目的。
特点：变形量较小，不必回火。主要用于小、薄的零件，可明显提高质量，降低成本。普通高频淬火和超高频淬火比较2双频感应加热淬火
对于凹凸不平的工件可采用两种频率交替加热，较高频率加热时，凸出部位温度较高；较低频率加热时，低凹部位温度较高。这样可达到均匀硬化的目的。第三节火焰表面加热淬火技术(flamesurfacehardening)分焰心1、内焰2和外焰3三个区。
内焰温度最高。
有较大的温度梯度。
（根据氧与乙炔的比例不同，氧－乙炔焰还可分为氧化焰、还原焰、中性焰三种）要有较高的发热值，来源容易，价格低廉，贮存和使用安全可靠，污染小。（1）旋转法：火焰喷嘴或工件旋转。
适合中小型工件。（2）推进法：工件和火焰喷嘴做相对移动。
适合导轨、大齿轮等工件；（3）联合法(旋转推进法)：
使火焰喷嘴及冷却装置沿着转动的工件作相对移动。
适合长轴类工件。单位时间消耗的燃气越多，加热速度越快。
火焰停留的时间越长，表面温度越高。
火焰停留时间越长淬硬层越厚。
淬硬层深度还和钢的淬透性、工件比表面积大小有关。硬化层较厚，硬度梯度较平缓，耐磨性好；投资少，简单易行，处理费用低；
大小零件均可处理，能实现自动化操作；
温度均匀性差，难以控温，质量波动大。
因有软带的问题，只能进行局部淬火。表面淬火中的软带问题特大轴承表面淬火的软带问题激光淬火过程：
将104～105W/cm2高功率密度的激光束作用在工件表面，以105～106℃/s的加热速度将工件表面迅速升温至相变点以上，然后依靠冷态基体以105℃/s的速度自冷淬火。2激光淬火设备（1）与基体力学性能有关的热处理：被处理金属的原始组织对激光淬硬层的硬度和深度都有影响