表面淬火和表面形變強(qiáng)化課件

第四章表面淬火和表面形變強(qiáng)化技術(shù)第一節(jié)表面淬火技術(shù)原理和分類原理:

利用快速加熱裝置將工件表面迅速加熱至淬火溫度，而不等熱量傳至中心，便立即進(jìn)行淬火冷卻的一種熱處理工藝方法。表層獲得硬而耐磨的馬氏體而心部仍為未淬火組織，即韌性較好的調(diào)質(zhì)組織、正火組織等。方法:

感應(yīng)加熱淬火、火焰淬火、激光加熱表面淬火、電子束淬火等。表面淬火用材料:

中碳鋼:（40、45、50號(hào)鋼）中碳合金鋼（如40Cr、40MnB）

球墨鑄鐵

一、感應(yīng)加熱表面淬火1.原理：

把工件放到空心銅管繞成的感應(yīng)線圈中，線圈中通入一定頻率的交流電流，于是工件中就感應(yīng)出同頻率的感應(yīng)電流，感應(yīng)電流在工件中自成回路，而且這種電流有這樣一個(gè)特點(diǎn)，在截面的分布上不均勻，表面電流密度極大，心部電流密度幾乎等于零，即具有“集膚效應(yīng)”。由于鋼本身具有電阻，因而使鋼件表層快速加熱到淬火溫度，隨即噴水冷卻，使工件表層淬硬。感應(yīng)加熱深度主要與電源頻率（f）有關(guān)對(duì)于碳鋼有如下關(guān)系：

δ=(500-600)／√f

對(duì)于合金鋼有

δ=503√

/

f

式中δ為電流透入深度(mm),f為電流頻率（Hz）。ρ為零件電阻率（Ω.mm2/m）,μ為零件的導(dǎo)磁率。不同頻率電流的淬硬層深度50Hz(工頻）：10-15mm.2500-8000Hz（中頻）：2-5mm.200-300kHz(高頻）：0.5-2mm.感應(yīng)加熱表面淬火分類(1)高頻淬火：

20萬-30萬Hz,0.5-2.5mm,小模數(shù)齒輪、中小型軸類零件。(2)中頻淬火：

2500-8000Hz，3-6mm,直徑較大軸類零件、模數(shù)較大齒輪。(3)工頻淬火:50Hz,10-15mm,火車車輪，軋輥。2．特點(diǎn)（1）加熱速度快，時(shí)間短，奧氏體不易長大，淬火后得到非常細(xì)小的隱晶馬氏體，比普通淬火硬度高HRC2-3.（2）感應(yīng)加熱淬火后，工件表層疲勞強(qiáng)度高。因?yàn)轳R氏體轉(zhuǎn)變體積膨脹，在工件表層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，提高疲勞強(qiáng)度。（3）加熱速度快，無保溫時(shí)間，鋼件表面不易氧化、脫碳，心部未加熱，鋼件變形小。（4）生產(chǎn)效率高。缺點(diǎn)：設(shè)備昂貴，不適合單件生產(chǎn)，形狀復(fù)雜的零件感應(yīng)器不好制備。二、火焰加熱表面淬火原理

是用乙炔-氧或煤氣-氧混合氣體燃燒得到的高溫火焰噴射到工件的表面，當(dāng)表面溫度達(dá)到淬火溫度，隨即噴水冷卻，從而獲得需要的表面層硬度和淬硬層深度的一種表面淬火方法。零件：中碳鋼35、45鋼和中碳合金鋼，40Cr,65Mn等。特點(diǎn)：方法簡(jiǎn)單，無需特殊設(shè)備，適用于單件、小批量生產(chǎn)，如大摸數(shù)齒輪、大型軸類。但由于加熱系統(tǒng)不封閉，故加熱溫度不易控制，工件表面易過熱、過燒。因此，淬火質(zhì)量難以控制。三、激光淬火與電子束淬火一．激光淬火原理與應(yīng)用利用聚焦后的激光束照射到鋼鐵材料表面使其溫度生高到淬火溫度，當(dāng)激光移開后，由于鋼鐵本身的導(dǎo)熱作用使得表層快速冷卻達(dá)到淬火。特點(diǎn)：能量密度更高、加熱速度更快，不需要淬火介質(zhì)，工件變形小易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。加熱層深度：0.1-1.0mm.激光淬火激光器主要有：

CO2和YAG（摻釹釔鋁石榴石）影響淬硬層深度H的主要參數(shù)：H&P/(Dv)P;激光功率，D:光斑直徑,v：掃描速度.P/(Dv)的物理意義為單位面積激光作用區(qū)注入的激光能量，稱為比能量，單位J/cm2。

另外一個(gè)重要的工藝參數(shù)為功率密度，即單位面積注入工件表面的激光功率。為了使工件表面不熔化，激光功率密度通常低于10000w/cm2,一般為1000-6000w/cm2.表面預(yù)處理狀態(tài)：包括兩方面：一方面指鋼本身，表面是什么組織，例如調(diào)質(zhì)組織。二是指表面“黑化處理”，以便提高鋼鐵表面對(duì)激光束的吸收率。方法有；磷化、氧化、刷涂料。二．激光表面熔凝技術(shù)就是用激光把基材表面加熱到熔化溫度以上，然后靠基材本身的導(dǎo)熱使熔化層表面快速冷卻并結(jié)晶的熱處理工藝。組織變化為：熔凝層、相變硬化層、熱影響區(qū)和基材。與激光淬火相比，激光熔凝層比激光淬火的硬化層要深，硬度要高、耐磨性要好。缺點(diǎn)：表面變的粗糙，后續(xù)加工量大。特別適合于：灰口鑄鐵和球墨鑄鐵的表面強(qiáng)化，表面可以形成含碳量很高的白口鑄鐵，硬度可達(dá)到1000-1100HV，耐磨性得到提高。激光焊接四、電子束淬火電子束淬火技術(shù)是以高能電子束作為能源進(jìn)行表面相變硬化的熱處理工藝。原理與激光淬火類似，不需要介質(zhì)，工件對(duì)于電子束的吸收率比激光大得多，淬硬層深度也高于激光淬火。限制：在真空環(huán)境下進(jìn)行。限制使用范圍，在工業(yè)中已經(jīng)被激光淬火取代。第二節(jié)、表面形變強(qiáng)化技術(shù)一、噴丸強(qiáng)化技術(shù)方式：用從噴丸機(jī)中高速噴射的小彈丸撞擊工件的表面，使材料表層產(chǎn)生塑性變形，形成較大的殘余壓應(yīng)力，從而提高表面的強(qiáng)度和疲勞性能。原理：靠加工硬化作用，表面材料晶粒細(xì)化，產(chǎn)生位錯(cuò)、孿晶、亞晶。彈丸：鑄鐵、鑄鋼丸、不銹鋼丸陶瓷丸。噴丸對(duì)形貌和性能的影響：（1）對(duì)硬度：材料硬度越高，噴丸強(qiáng)化層越淺，彈丸硬度、動(dòng)能越大，噴丸后材料表面硬度也越大，硬化層最高可達(dá)到0.8mm.（2）對(duì)表面粗糙度影響：粗糙度對(duì)疲勞壽命影響很大，降低表面粗糙度可以增加零件疲勞壽命。噴丸后雖然使表面粗糙度略有增加，但噴丸的痕跡沒有方向性、可使切削加工的尖銳刀痕圓滑，有利于提高疲勞強(qiáng)度。噴丸后表面粗糙度與彈丸的直徑有關(guān)。（3）對(duì)疲勞壽命和抗應(yīng)力腐蝕能力的影響：噴丸后，可在工件0.2-0.4mm厚的表層內(nèi)產(chǎn)生幾百M(fèi)Pa的壓應(yīng)力，可大幅度提高疲勞壽命和抗應(yīng)力腐蝕能力。應(yīng)用：

廣泛用于:

彈簧、齒輪、鏈條、軸等零部件。

某大汽車公司對(duì)噴丸處理的齒輪箱傳動(dòng)軸和齒輪進(jìn)行疲勞實(shí)驗(yàn)（材料40CrMo，HRC58-62）.疲勞壽命提高三