金属热处理工艺学-表面淬火

《金属热处理工艺学-表面淬火》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、为什么？（目的、需求）特殊需求零件表面有限深度内具有高强度、硬度和耐磨性心部具有足够的塑性和韧性齿轮、轴承等表面热处理表面淬火零件表面（全部或局部）加热再冷却，来改变零件表面性能的热处理方法。在工件表面的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。为什么？（目的、需求）应用对象中碳钢：0.25~0.6%C低碳钢：~0.25%C高碳钢：0.6~1.7%C表面淬火方法分类能量供给形式以高能量密度加热、快速加热工件表面，而不向心部传递。感应加热：电磁感应、集肤效应和热传导火焰加热：极高温可燃气

2、体加热工件表面电接触加热电解液加热激光加热电子束加热等离子束加热钢的表面淬火钢在非平衡加热时的相变特点表面淬火后的组织表面淬火后的性能钢在非平衡加热时的相变特点钢在非平衡加热时的相变特点制订热处理工艺成分温度相图时间速度钢在表面淬火的基本条件是有足够的能量密度提供表面以足够快的速度加热至相变点以上的温度。加热速度可达每秒钟百摄氏度。因此，在表面淬火时，钢处于非平衡加热状态。钢在非平衡加热时的相变特点图1.快速加热条件下非平衡Fe-C相图图2.加热速度对珠光体向奥氏体转变温度范围的影响特点1.在一定的加热速度范围内，临界点随加热速度的增加而

3、提高。在快速加热时，珠光体向奥氏体转变是在一个温度范围内完成的。钢在非平衡加热时的相变特点特点2.奥氏体成分不均匀性随加热速度的增加而增大。特点3.提高加热速度可显著细化奥氏体晶粒。特点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。加热速度快、时间短，碳及合金元素来不及扩散，造成奥氏体中成分不均匀。形核处增加：铁素体与碳化物相界、铁素体亚晶界；形核时间短、晶粒来不及长大。奥氏体成分不均及晶粒细化，减小了过冷奥氏体稳定性，C曲线左移；成分不均使马氏体转变点和形态都不相同，出现低碳、高碳马氏体。知识回顾图Fe-C相图及其平衡组织图3.

4、共析钢表面淬火沿截面温度分布(a)及淬火后金相组织(b)钢表面淬火的金相组织钢经过表面淬火后的金相组织与钢的成分、淬火前的原始组织以及淬火加热时截面的温度梯度分布有关。原始材料：退火态共析钢钢表面淬火的金相组织图4.45钢表面淬火沿截面温度分布(a)及淬火后金相组织(b)原始材料：正火状态45号钢钢表面淬火后的性能(1)表面硬度。图6.原始组织为调质状态45钢表面淬火后沿截面硬度图7.各种加热速度下，表面硬度与淬火温度的关系（CrWMn钢）钢表面淬火后的性能(1)表面硬度。钢表面淬火后的性能图8.高频淬火与普通淬火试样耐磨性的比较（摩擦载

5、荷1471N）(2)耐磨性。钢表面淬火后的性能(3)疲劳强度。表面淬火工艺可以显著提高工件的抗疲劳性能。原因：1.淬火后表面本身强度增高；2.表层大的残余压应力。过冷奥氏体向马氏体转变有三个特性.1.其转变属于相成份不发生变化的相变.2.其转变不能进行到底,总保留一部分未转变的奥氏体(残留奥氏体).3.其转变会引起大的应力.原子在马氏体体心立方晶格中紧密程度,要比在面心立方晶格稀松,即在同等重量条件下,马氏体的体积要比奥氏体更大.因此当奥氏体向马氏体转变时,体积会发生膨胀,最大约4%.由于奥氏体向马氏体的转变是在低于Ms点(对共析钢

6、约240℃)降温过程中进行的,体积的这一变化不可能在钢体表里层之间,各晶粒之间,甚至一晶粒内各部分之间同时均匀地进行.这样,由组织转变而引起体积变化的不均匀性,会在钢体内部造成很大的应力(组织应力).这一应力足以使塑性很差的钢,特别是含碳量大于0.35%的钢,在室温停放过程中变形和开裂.钢表面淬火后的残余应力图9.表面强化与承载应力匹配示意图表面加热、表面胀缩，因此产生表面应力。1.热应力：淬火冷却时体积收缩，表面的热应力为拉应力；2.组织应力：形成马氏体时体积膨胀，产生压应力。钢表面淬火后的残余应力图10.球墨铸铁高频感应加热表面淬火后

7、的应力分布对小尺寸和中等尺寸的钢制零件：硬化层总深度为零件半径的10%-20%时，残余应力的分布最有利。对于大型零件，其比例比上述小一些。钢表面淬火后的残余应力图11.残余应力与马氏体过渡区宽度的关系马氏体过渡区（硬度变化程度分析）过渡区过小：表面压应力大、紧靠过渡区的拉应力峰值也大。易产生残余变形甚至破坏；过渡区过大：虽然拉应力峰值降低且向工件内部移动，但表面压应力也减小，表面性能下降。从残余应力观点来看，过渡区与硬化层应有合适比例，保证零件既处于安全状态，又有良好的性能，一般认为比例关系：过渡区是硬化层的25%-30%。钢表面淬火后的

8、残余应力图12.不同钢材硬化层深度与残余压应力的关系1----45号钢；2----18Cr2Ni4W；3----40CrMnMo；4----40CrNiMoox钢表面淬火强化层应与工件负载匹配