鋼的表面熱處理幻燈片.ppt

1、第10章 表面熱處理及熱處理新工藝,在生產中，很多機器零件，如曲軸、齒輪、凸輪、機床導軌等，是在沖擊載荷和強烈的摩擦條件下工作的，要求表面層堅硬耐磨，不易產生疲勞破壞，而心部則要求有足夠的塑性和韌性。顯然，采用整體熱處理是難以達到上述要求的，這時可通過對工作表面采取強化熱處理 。,表面熱處理工藝,將零件表面迅速加熱到臨界點以上(心部溫度仍處于臨界點以下)，并隨之淬冷來達到強化表面的目的。,感應淬火(高頻、中頻、低頻),激光熱處理,火焰淬火,接觸電阻加熱淬火,鹽浴淬火,電火花表面硬化,電子束淬火,分類,10.1 高頻感應淬火,定義：感應加熱表面淬火是利用感應電流通過工件產生的熱效應，使工件表面局

2、部加熱，繼之快速冷卻，以獲得馬氏體組織的工藝。,感應加熱的基本原理及特點,主要依據(jù)：電磁感應，集膚效應 和熱傳導,主要依據(jù)：電磁感應，集膚效應和熱傳導,將工件放在通有交變電流的感應圈內，感應圈周圍的交變磁場會使工件產生感應電流，這個電流在工件內自成回路，稱為渦流。 工件上產生的感應電流在工件截面上的分布是不均勻的，在工件表面電流密度最大，心部幾乎沒有電流通過，這種現(xiàn)象稱為集膚效應。,零件感應加熱時，其感應電流在零件中的分布從表面向中心呈指數(shù)衰減，可表示為：,當電流(渦流)強度從表面向內部降低到表面到電流（渦流）強度的0.368(即I0e)時，則該處到表面的距離稱為電流透入深度。 電流透入深度的

3、大小與金屬的電阻率(r)、磁導率（m）和電流頻率(f)有關，關系式為 電阻率隨著溫度的升高而增大，而磁導率隨著溫度的升高而降低。,電流透入工件表面層的深度為：, = (冷態(tài)20), = (熱態(tài)800), = (熱態(tài)800),電流頻率越大，淬硬層深度越薄,主要用于中碳鋼和中碳合金結構鋼制造的齒輪和軸類零件，它們經正火或調質（預先熱處理）后再表面淬火，心部具有良好的綜合力學性能，而表面具有較高的硬度和耐磨性。 用高碳鋼制造的、承受較小沖擊或交變載荷的工具和量具，也可采用表面淬火。,感應加熱表面淬火的應用,加熱速度快，時間短，熱效率高 淬火組織細小，淬火硬度比普通淬火高23HRC 變形小，氧化脫碳少

4、 具有良好的沖擊韌性、疲勞強度及耐磨性，表面還存在有利的壓應力 工藝過程易于控制，易于實現(xiàn)機械化和自動化,感應淬火的特點,高頻感應加熱時鋼的相變特點,奧氏體轉變的臨界溫度升高 奧氏體晶粒較細 奧氏體成分不均勻,高頻感應淬火后的組織,感應淬火的預備熱處理常為調質和正火,第I層 淬硬層 溫度Ac3, 組織 M 第II層 過渡層 溫度在Ac1Ac3之間， 組織 M未溶F 第III層 心部原始組織 溫度 Ac1,45#預備熱處理正火,預備熱處理為退火態(tài)的過共析鋼 高頻感應淬火后， 表層組織：馬氏體+碳化物+一定量的殘留奧氏體 過渡層組織：馬氏體+碳化物+少量托氏體(或索氏體) 心部組織：珠光體+碳化物

5、,高頻感應淬火后工件的力學性能,(1) 表面硬度比普通淬火高23HRC，耐磨性高 原因： 高頻表面淬火后在零件表層造成壓應力； 淬火組織為細隱晶M，加熱速度快，過熱度大，形核率高，又不易長大； 從不均勻奧氏體中產生的馬氏體組織中，殘余奧氏體數(shù)量減少； 高頻淬火后的組織中有兩種不同形態(tài)的M，高碳M分散在低碳M中對低碳M起彌散強化作用。,中碳鋼經高頻感應淬火后表面硬度接近于滲碳鋼淬火的硬度，但它的耐磨性仍不如滲碳鋼，這是由于滲碳鋼表面碳化物數(shù)量較多的緣故。,(2) 有效提高零件的彎曲及扭轉疲勞強度 小尺寸疲勞強度23倍，大件2030% 壽命幾十倍；40MnB汽車半軸由整體調質改為 調質高頻淬火，壽

6、命提高20多倍。 原因：表面壓應力狀態(tài)，阻礙裂紋擴展。 存在最佳淬硬層深度： 淬硬層深度開始增大時，殘余壓應力增大，疲勞強度也相應提高；疲勞強度出現(xiàn)極大值后，隨著硬化層深度繼續(xù)增大，殘余壓應力又開始降低，疲勞強度也隨之降低。 通常1020D。,(3) 提高沖擊韌性，抗彎強度和扭轉強度,高頻感應淬火工藝,(1) 表面淬火前必須進行預備熱處理,調質處理，得到回火索氏體 正火,細化了組織,(2)淬火加熱溫度及方式的選擇 加熱溫度的確定 相同化學成分時，一般均比緩慢加熱時溫度要高。 加熱速度越快，在每一溫度下碳原子擴散的時間越短，因而奧氏體形成溫度范圍升高、變寬； 原始組織越粗，碳需要擴散的距離愈遠，

7、則淬火溫度應提高 調質組織的加熱溫度應比正火組織的低。,根據(jù)材料的化學成分、工件表面的硬度要求及淬硬層的組織要求，加熱速度和原始組織,加熱方式 同時加熱法 將工件需淬硬的表面同時加熱到淬火溫度，并通過感應器的噴射孔噴射冷卻劑使工件加熱表面冷卻的淬火方法，稱為同時加熱淬火法。在特殊情況下也可將工件取下放入淬火槽(水或油槽)內冷卻。 優(yōu)點：生產效率高； 缺點：加熱面積有限。 當工件淬硬面積小于設備允許的最大加熱面積時，可采用此法。,同時加熱淬火法,連續(xù)加熱淬火法,工件按一定的速度相對于感應器移動，依次進行加熱和冷卻，噴水可以由感應器噴出，也可由附加噴水圈噴出，這種邊加熱邊淬火的方法稱為連續(xù)加熱淬火

8、法。 此法可用較小功率處理較大的淬硬面積。當工件淬硬面積大、設備功率不足時，可采用此法。,連續(xù)加熱淬火法 (a) 無附加噴水圈；(b) 有附加噴水圈,(3) 電流頻率及單位表面功率的選擇 電流頻率越高，電流透入深度越淺，淬硬層深度也越淺； 當工件尺寸一定時，單位表面功率越大，加熱速度越快，工件表面達到預定的加熱溫度所需的時間縮短。,(4) 高頻感應淬火后的冷卻 噴射冷卻,爐內回火： 將感應加熱表面淬火后的工件裝入回火爐內進行回火。 180200C，電阻爐 自行回火： 淬火冷卻時控制噴射或浸液的時間，使淬硬層內部的余熱迅速傳到工件表面，當工件表面溫度回升到一定值時即可達到回火的目的。 工件冷至200C，停止噴水，利用余熱 感應回火：回火感應器,(5) 高頻感應淬火后的回火,感應加熱表面淬火與自行回火過程中的溫度變化曲線,表面淬火零件的硬度