材料科学与工程专业《金属热处理原理及工艺》课件第十一章 表面.ppt

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1、第十一章表面热处理一、表面淬火二、少无氧化热处理三、离子注入四、电子束处理一、表面淬火什么是表面淬火表面淬火有何特点表面淬火主要解决哪些问题表面淬火的发展表面－心部不同性能要求，高效率生产不改变表面化学成分，只改变表面组织•要点：用快速加热法，使零件表面层很快地达到淬火温度（A化），在热量传至内部之前，立即冷却使表面层淬硬。•材料：中碳钢及中碳合金钢，如40、45、40Cr。感应加热•分类（加热方法）激光加热火焰加热一、表面淬火（一）感应加热表面淬火1、感应加热原理*感应电流---涡流*集肤效应*电流透入深度(δ)与电

2、流频率(f)的关系:利用电磁感应原理集肤效应示意图感应加热表面淬火示意图零件处于交变磁场（感应线圈产生）中产生感应电流（涡流），从而产生热量（零件阻抗通电流产生的热量）使零件被加热，随后冷却淬火。一、表面淬火ρ—工件电阻率μ——工件的相对导磁率f——电流频率可见：1）f愈高，δ越小，淬硬层深度越浅。2）ρ愈大，μ愈小，δ越大。2、分类（按电源频率）工频：50Hz，功率密度0.1～100W/cm2；中频：＜10kHz，功率密度＜5W/cm2；高频、超高频：20～1000kHz，功率密度2～10W/cm2；一般地：淬火硬化

3、层厚度随感应加热器频率↗而↘；但感应电流随感应加热器频率↗而↗，即表面加热热效率高（易过热）。应根据工件尺寸和要求的淬硬层深度选择合理的电流频率。δ=10～15mmδ>2mmδ=0.5～2mm3、高频感应加热表面淬火后的组织和性能快速加热时钢的相变特点1）临界温度升高，转变在较宽的温度范围内完成2）奥氏体晶粒较细3）奥氏体成分不均匀高频感应淬火后的组织M→M+F→原始组织高频感应淬火后的性能硬度比普通淬火高2～3HRC疲劳强度提高强度提高4、感应加热淬火主要工艺因素预处理：表面淬火前，须对零件进行正火或调质处理，以保证

4、零件心部具有良好的综合性能。硬化层深度的确定：抗磨损：1～6.5mm抗疲劳：2～12mm感应加热淬火温度由于感应加热速度快，但组织转变又具有热滞后，为使组织转变充分，所以感应加热温度应比常规加热温度提高30～50℃。加热比功率（单位面积加热功率W/cm2）比功率大，加热熔化充分、相对晶粒较大。因此：大加热比功率：原始组织较细、硬化层较深、移动式连续加热；小加热比功率：原始组织较粗、零件形状复杂、同时加热。感应器（感应线圈）感应器一般为中空、内通冷却介质的纯铜管制造而成。（加热方式、感应器形状、应用状况等P133图4—8

5、）后处理：表面淬火后，一般要对零件进行低温（160～200℃）回火处理，以降低淬火应力和脆性。冷却：水，油，有机溶液喷射冷却，浸淬5、工艺特点加热速度快，热效率高达60%以上，生产率高；产品质量高，工件变形小，不易氧化及脱碳；易实现批量产品的机械化和自动化，清洁无污染。设备投资大,不适于复杂形状零件和小批量生产。6、感应加热淬火举例45钢曲轴的热处理工艺。调质处理：淬火加高温回火淬火加热温度810～830℃，回火加热温度560℃，获得回火索氏体组织感应加热淬火：淬火加热温度830～870℃，喷水冷却Ac3Ac1T/℃H

6、RC距表面距离淬硬层深度M+FMS回50％M点（二）火焰加热表面淬火使用火焰燃烧器和冷却喷头实现对金属零件进行表面加热淬火的热处理工艺过程。燃烧气体：煤气、甲烷气、丙烷气、乙炔气、氢气等；冷却介质：水、油、合成水溶液等。一、表面淬火工艺特点：简单灵活加热速度慢，冷却速度也慢。在工件内部储存较多的热量，硬化层较深，不易淬裂，淬火硬度不高。适用于中碳钢（调质钢、工具钢、模具钢等）和铸铁零件表面淬火；适用于大型零件，不适用于薄壁零件。加热温度不易控制、工件表面易过热、淬火质量不够稳定。火焰加热方式固定加热旋转加热连续加热火焰

7、加热应用趋势带压力的火焰加热，提高加热速度；带保护气氛的加热，减少氧化和脱碳；发展各种火焰喷涂和喷焊技术（三）电接触加热表面淬火工艺介绍利用触头（铜滚轮或碳棒）和工件之间形成电回路，在低电压大电流的作用下，利用电极与工件之间的接触电阻使工件表面局部加热，并靠工件其它未被加热部位传导进行自冷却的工艺。讲义P142图4-16工艺特点显著提高工件表面耐磨和抗擦伤能力；淬硬层薄，形成局部硬质点，属于局部表面淬火；淬火后无须任何精加工，尺寸精度高，适用于精密加工后零件表面淬火。应用机床导轨、工模具、汽缸套等。一、表面淬火二、激光

8、热处理激光知识何为激光：受辐射的光放大而产生的光。具有单色性好、光亮度高、辐射方向性强等特点。激光的主要应用：(材料学科领域）激光热处理激光焊接激光快速成型激光切割激光检测视频（激光淬火）激光热处理加热设备组成透射式工件平面发射镜控制系统工作平台工件和激光束的相对位置。工件反射式球面镜平面发射镜激光发射器导光系统M+ArM+F+A