表面处理第四、五讲表面淬火及表面形变强化

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1、第四章表面淬火和表面形变强化热处理的4种工艺：退火、正火、淬火、回火。热处理知识（复习）热处理的本质：通过改变组织达到改善金属的机械性能。热处理的4个工艺参数：加热速度、加热温度、保温时间、冷却速度。一、表面淬火技术的原理1表面淬火用特殊的加热方式将钢表面快速加热到Ac3（亚共析钢）或Ac1（过共析钢）以上，随后快速冷却，使钢铁表层发生马氏体相变，生成硬化层。第一节表面淬火技术的原理与特点2表面淬火的分类一般按加热源的名称分类火焰表面淬火高频感应表面淬火等离子弧表面淬火激光表面淬火电阻表面淬火一般用于处理中碳调质钢和球墨铸铁。3适合

2、表面淬火的金属材料加热速度越快，奥氏体晶粒越细、硬度越高。二、表面淬火与常规淬火的区别(1)快速加热使奥氏体成分不均匀，易形成贫碳的奥氏体，合金元素也难实现成分均匀化。表面淬火与常规淬火的区别(2)提高加热速度将使Ac3与Acm线上移，可以防止过热。（1）奥氏体中未溶碳化物和高碳偏聚区的存在将促进过冷奥氏体分解，使奥氏体转变孕育期缩短，C曲线向左移动。表面淬火与常规淬火的区别(3)不均匀的奥氏体在冷却过程对过冷奥氏体转变及转变产物产生很大影响：（2）亚共析钢中原铁素体领域形成低碳奥氏体，原珠光体领域形成高碳奥氏体。两种奥氏体在淬火后

3、分别得到低碳马氏体及高碳马氏体。表面淬火与常规淬火的区别(4)4快速加热淬火后的回火温度一般应比普通回火温度略低。表面淬火与常规淬火的区别(5)1表面淬火层的组织和硬度分布表面淬火层分为：（1）淬硬区Ⅰ（完全相变区）（2）过渡区Ⅱ（部分相变区）（3）心部区Ⅲ（无相变区）三、表面淬火层的组织和性能45钢的淬硬区组织为马氏体；过渡区组织为马氏体＋铁素体；心部组织为珠光体＋铁素体。硬化层的厚度可用金相法和硬度法测定。表面淬火层的组织和硬度分布硬度法测定硬化层的厚度金相法测定硬化层的厚度（1）表面硬度：经高频加热淬火的工件其表面硬度比普通淬

4、火高2～5个HRC。这是由于表面淬火晶粒细化和高的残余压应力。2表面淬火层的性能（1）（2）耐磨性：高频淬火件的耐磨性比普通淬火要高。这是由于淬硬层中马氏体晶粒极为细小，碳化物高度弥散，淬硬层硬度和强度都比较高。表面淬火层的性能（2）（3）疲劳强度：高频淬火可显著提高零件的疲劳强度。这是由于表面产生的压应力可以抑制裂纹的萌生和扩展，使其缺口敏感性下降。表面淬火层的性能（3）一、感应加热淬火基本原理铁制零件在高频交变磁场中，铁的内部将产生很大的感应电流。电流在金属体内自行闭合，称为涡流。由于工件阻抗很小，涡流很大。受集肤效应的影响，越

5、靠近工件表面电流越大。感应电流快速将零件的表面加热到Ac3或Acm以上，快速冷却后即可在零件表层获得马氏体组织。第二节感应加热淬火技术在理想状态下，单匝感应圈加热1厘米高的柱形工件表面吸收功率P式中R0——工件直径mm；I——感应圈内电流A；ρ—钢的电阻率；μ—磁导率；f—频率。(ρμf)1/2为吸收因子。电流（涡流）导入深度与δ、μ、f的关系是mm感应加热频率越高，淬硬层越浅，但加热速度越快。一、感应加热淬火技术的基本原理（1）感应加热频率与淬硬层的关系磁导率μ和电阻率ρ又与工件的温度有关，在Ac1以上(770℃)磁导率μ几乎降至

6、为零。这样钢中电流导入深度可简化为20℃时：mm800℃时：mm所以温度越高，加热速度越慢，避免了表面过热。图4－3钢的磁导率、电阻率与加热温度的关系感应加热淬火技术的基本原理（3）以齿轮加工为例锻打毛坯→正火处理(~220HB)→粗加工→调质处理（~250HB）→精加工（滚齿）→感应加热淬火→回火（~55HRC）→磨削二、感应加热表面淬火工艺流程齿轮高频淬火热效率高、加热时间短；工件表面氧化、脱碳比较轻，变形小；比普通热处理具有更优异的机械性能；设备易于实现机械化自动生产，生产效率高；零件棱边易过热，形状复杂的零件难以保证温度均匀

7、；设备投资较大。三、感应加热的优缺点高频感应加热装置（电子管式）电子管式高频感应加热电路图晶体管式高频感应加热设备晶体管式高频感应加热示例超高频感应加热淬火利用27.12MHz超高频率的极强的趋肤效应使0.05mm~0.5mm的零件表层在极短的时间内加热，然后靠自身迅速冷却，达到淬火目的。特点：变形量较小，不必回火。主要用于小、薄的零件，可明显提高质量，降低成本。四、感应加热淬火新技术（1）普通高频淬火和超高频淬火比较2双频感应加热淬火对于凹凸不平的工件可采用两种频率交替加热，较高频率加热时，凸出部位温度较高；较低频率加热时，低凹部

8、位温度较高。这样可达到均匀硬化的目的。感应加热淬火新技术（2）3超音频感应加热淬火采用20kHz～50kHz的频率（超音频波）感应加热淬火可解决凹凸不平工件表面淬硬层不均匀的问题。感应加热淬火示例DieHardeningDieHard