热处理--表面淬火技术

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1、我所关注的表面工程领域一一表面淬火技术一、表面淬火技术的原理和分类采用特定热源将钢铁材料表面快速加热到3（对亚共析钢）或者31（对过共析钢）之上，然后使其快速冷却并发生马氏体相变，形成表而强化层的工艺过程，就称为表面淬火技术。实际上，不仅仅是钢铁，凡是能通过整体强化的金属材料，原则上都可以进行表面淬火。需要注意的是，表面淬火只对工件的表面或部分表面进行热处理，所以只改变表层的组织，使其表面硬度、耐磨性和疲劳强度均高。而心部或其它部分的组织仍保留原来的低硕度、高塑性和高韧性的性能，这样工件截而上由于组织不同性能也就不同。表面淬火便于实现机械化、自动化，质量稳定，变形小，热处理周期短，费用少，成本

2、低，还可用碳钢代替一些合金钢。对于表面淬火的使用材料，原则上，碳的质量分数在•创中、高碳钢及基体相当于中碳钢的普通灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、合金铸铁均可以实现表而淬火，但中碳钢与球墨铸铁是最适宜于表而淬火的材料。根据加热方法不同，表面淬火可分为感应加热（高频、中频、工频）表面淬火、火焰加热表面淬火、激光加热表面淬火、电子束表面淬火、接触电阻加热表面淬火、电解液加热表面淬火等。工业上应用最多的为感应加热、火焰加热、激光加热表面淬火。这里我主要介绍了感应加热、激光加热表面淬火技术，以及感应加热表而淬火国内外的发展现状及趋势。二、感应加热表面淬火感应加热表面淬火法是采用一定方法使工件表面产生一定频

3、率的感应电流，将零件表面迅速加热，然后迅速淬火冷却的一种热处理操作方法。生产中把工件放入由空心铜管绕成的感应线圈中，当感应线圈通以交流电时，便会在工件内部感应产生频率相同、方向相反的感应电流。感应电流在工件内自成回路，故称为“涡流”。涡流在工件截面上的分布是不均匀的，表面电流密度最大，心部电流密度几乎为零，这种现象称为集肤效应。由于钢本身具有电阻，因而集中于工件表面的涡流，几秒种可使工件表面温度升至•••〜ItHC,而心部温度仍接近室温，在随即喷水（合金钢浸油）快速冷却后，就达到了表面淬火的目的。根据输出加热电流频率的不同可将感应加热表而淬火分为高频感应加热淬火、中频感应加热淬火、低频感应加热

4、淬火三种。近年来科技不断发展，又发展了超音频、双频感应加热淬火工艺。生产上常用的工艺是高频和中频感应加热淬火。室温时感应电流流入工件表层的深度6（■■）与电流频率・（耳加的关系为6频率升高，电流透入深度降低，淬透层降低。以下简单介绍高、中、低频感应加热淬火：（I）高频加热常用频率为（2••〜3M）冷力，淬硬层深度为（■皐〜九$）II.适用于中、小型零件，如小模数齿轮、轴类等。（3）中频加热常用频率为（28••〜SH«）HX淬硬层深度为（2〜■）II,适用于直径较大的轴类和大、屮模数齿轮以及钢轨、机床导轨等。（5）低频加热电流频率为降力，不需要频设备，城市用交流电即可，适用于淬硬层深度为（■〜新

5、）II以上的大型工件或用于穿透加热。如火车车轮等的表面淬火。感应淬火方法与应用类别频率范围淬硕层/■I应用举例高频感应淬火2H£1■■〜2在摩擦条件下工作的零件，如小齿轮、小轴中频感应淬火1斗〜冲承受扭曲、压力载荷的零件，如曲轴、大齿轮、主轴1工频感应淬火M1■承受扭曲、压力载荷的大型零件，如冷轧辘感应加热时，工件截面上感应电流密度的分布与通入感应线圈中的电流频率有关。电流频率愈高，感应电流集中的表而层愈薄，淬硬层深度愈小。因此可通过调节通入感应线圈屮的电流频率来获得工件不同的淬硬层深度，一般零件淬硬层深度为半径的1/■左右。对于小直径的零件，适宜用较深的淬硕层深度，可达半径的

6、/・，对于大截

7、面零件可取较浅的淬硕层深度，即小于半径1/1•以下。感应加热表面淬火零件的一般工艺路线为：选材：最适宜的钢种是中碳钢（如4*、41■钢）和中碳合金钢（如44411■■钢等），常用零件有齿轮、轴、销类等。感应淬火后一般应采用M——2H°C低温回火。也可用于高碳工具钢、含合金元素较少的合金工具钢及铸等。工艺、性能：一般中碳钢感应淬火件加工工序：锻件一正火一机械加粗加工-调质处理一机械精（半精加工）一感应淬火一精加工。调质处理保证获得良好的心部强韧性，以承受复杂的交变应力；感应淬火可以获得表面高硬度，具有良好的耐磨性。感应加热表而淬火的特点如下：（1）表面晶粒细、硬度高。感应淬火得到很细小的马氏体组

8、织，其硬度也比普通淬火高2〜3-UC,且心部基本上保持了处理前的组织和性能。（2）加热速度快，加热时间很短，一般只需几秒至几十秒即可完成。工件不容易产生氧化脱碳，淬火变形也很小。（3）热效率高，生产率高，生产环境好，易实现机械化、自动化。（4）淬硬层深度易于控制。通过控制电流频率来控制淬硬层深度，经验公式如下：式中：5——淬硬层深度"、一一电流频率“一（I）设备投资大、维修困难，需根据零件实际制作