实验指导书(表面工程)

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表面工程学实验指导书青岛科技大学金属材料及材料成型教研室钢表面淬火硬化处理一、实验目的 1了解高频感应表面淬火工艺、操作方法。2认识45钢经高频感应淬火后的显微组织特征。3观察45钢经高频感应淬火后的显微组织。4测试45钢经高频感应淬火后表面与心部的硬度。二、概述表面淬火技术是用特殊的加热方式将钢铁表面快速加热到As（亚共析钢）或As（过共析钢）以上，随后快速冷却，使其发生马氏体相变，生成表而硬化层。表面淬火适合含碳量在0.35〜1.2%的中高碳钢和铸铁材料，尤其是中碳调质钢和球墨铸铁。调质后的中碳钢有优良的综合机械性能，在此基础上表面淬火后，表血硬度可超过HRC50,具有优良的耐磨性。在铸铁材料屮，球墨铸铁具有较好的机械性能，表面淬火硬化可提高其表面的耐磨性。表而淬火与常规淬火的区别是：1快速加热使奥氏体晶粒显著细化，硬度提高。2快速加热将使Ac：占爲线上移。3快速加热使奥氏体成分不均匀。表面淬火分为火焰表面淬火、高频感应表面淬火、电阻表面淬火、等离子弧表面淬火、激光表而淬火等。表1是儿种典型表面淬火工艺的特点和比较。表1各种表血淬火工艺的特点比较参数特点高频感应加热淬火火焰加热淬火激光淬火功率密度/w•cm-21O210：10’加热时间/s1~1010-100<1硬化层深/mm0.5〜2.50.1〜1.2冷却方式喷水冷却水冷自淬火淬火组织马氏体马氏体隐针马氏体工艺特点淬硬层深度调节方便，适合大批量生产操作方便，适合野外作业淬火部位精确可控，易于实现自动化生产成本适中低高三、表面淬火层的组织和性能1表面淬火层的组织和硬度分布图1是45钢在表面淬火后的组织和硬度分布。表面淬火层分为：（1）淬硬区（相变区）：加热温度高于Ac：”淬火后的组织全部为马氏体，硬度最高。（2）过渡区（部分相变区）：加热温度介于As和Ac】之间，淬火组织为马氏体和铁素体。（3）心部区（无相变区）：加热温度低于Ac”为原始组织。2表面淬火层的性能（1）表面硬度比普通淬火高2〜5个洛氏硬度单位（图2）,这种硬度增高现象与快速加热和 冷却使奥氏体晶粒细化以及淬火表层有高的残余压应力等有关。（2）表面淬火后工件的耐磨性比普通淬火要高（图3）。主要是由于淬硬层中马氏体晶体极为细小，碳化物弥散度较高，硬度提高，以及表层高的压应力等综合影响的结果。（3）表面淬火可以显著提高零件的疲劳强度抑制裂纹的萌生和扩展，使其缺口敏感性下降（表2）,大幅度提高轴类零件的抗疲劳强度。图4-18含M对离頻淳火碳度的够响图2淬火硬度比较表240Cr钢不同处理工艺对缺口敏感度的影响试样形式疲劳强度0，N/mm2调质调质+表面淬火①二20mm光滑试样450〜480630①=20mm缺口试样110600四、感应加热淬火技术1感应加热淬火技术原理将铁制零件置入高频交变磁场中时，铁的内部将产生很大的感应电流，这种电流的流线在金屈体内自行闭合，称为涡流。rti于工件的阻抗很小，涡流很大。对于铁磁材料，除涡流加热外，还有磁滞效应，可以使零件加热速度更快。图4高频感应加热受集肤效应的影响，越靠近表面电流越大。（图4）。感应电流能快速将零件的表面加热到A®或Acm以上，快速冷却后即可在零件表层获得马氏体组织。2感应加热淬火工艺流程工件粗加工一调质处理一精加工一感应加热淬火一回火一（局部）磨削调质处理的主要目的是使零件整个横截面上具有良好的综合机械性能，表面淬火后提高表面硬度和耐磨性。3感应加热淬火淬硬层深度与交流电频率有关（表3）。表3感应加热淬火用交流电频率名称频率范围/Hz淬硬深度/mm高频（100〜500）X1030.5-2超音频（20〜100）X1032〜5川频（1.5-10）X1032~51-频501()〜15 4感应加热的优缺点（1）热效率高、加热时间短；（2）工件表面不易氧化、脱碳，变形小；（3）比普通热处理具有更优异的机械性能；（4）设备易于实现机械化自动生产，生产效率高。图6是不同零件感应加热淬火的方法。6〉必应加热的方式•）RHinRA6）連集加熟法图6感应加热淬火方法5感应加热淬火的应用感应加热淬火被广泛用于万向节、十字轴、曲轴、齿轮等机械零部件的表面硬化处理,以提高其表面的耐磨性。五、实验报告1实验目的2实验材料1实验仪器（髙频感应加热设备、切割机、抛光机、体视显微镜、金相显微镜）2实验内容（1）高频感应表面淬火工艺（加热功率、高频感应表面淬火过程描述）（2）试样制备（试样切割、磨制、抛光、腐蚀等过程描述）（3）金相观察（用体视显微镜和金相显微镜观察淬火区和基体组织的细节）3实验结果（绘制体视显微镜和金相显微镜观察到的淬火区和基体组织特征）4总结