热处理原理与工艺 教学课件 ppt 作者 侯旭明 第11章.doc

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1、第十一章钢的表面淬火表面淬火是强化金属材料表面的重要手段之一，它是在不改变工件的化学成分和心部组织的情况下，采用快速加热，使表面一定深度范围内奥氏体化，然后进行冷却淬火，以达到强化工件表面的热处理方法。目前，表面淬火方法主要有感应淬火、火焰淬火、激光淬火、电接触淬火、电子束加热表面淬火以及电解液加热表面淬火等几种。其中，感应淬火应用最广。本章主要介绍感应加热基本原理、感应加热表面淬火工艺的制订及感应器的制作方法，对火焰加热表面淬火方法及其他表面淬火工艺只做简要介绍。第一节感应加热表面淬火一、感应加热表面淬火的特点及分类感应加热表面淬火是利用电磁感应的原理，使零件表面快速加热而实现表面淬火的方法

2、。根据感应加热电流频率的高低，可分为高频（100～500kHz）、超音频（20～60kHz）中频（1～10kHz）及工频（50Hz）。感应淬火和普通淬火相比具有下列优点：略二、感应加热表面淬火常用材料及加工路线表面淬火零件常用材料为碳含量为0.4～0.5％的中碳钢或中碳合金钢。如果碳含量过高，心部塑性和韧性较低。若碳含量过低，会使表面硬度和耐磨性不足。感应淬火件的加工路线一般为：略三、感应加热基本原理1．电磁感应加热原理略。2．集肤效应定义……电流频率越高，集肤效应越明显。集肤效应使工件表层感应加热淬火成为可能。工程上规定从导体表面到电流密度降至36.79%I0处的深度称为电流透入深度，用δ表

3、示。当μ、f减小，ρ增大时，δ将增大。在电流透入深度δ层内，电流所产生的热量占全部电流产生总热量的86.5%，即δ层之外不能实现有效加热。电流透入深度：低于失磁点（居里点）的电流透入深度的称为冷态电流透入深度，通常用δ20表示。超过失磁点的电流透入深度称为热态电流透入深度，通常用通常用δ800表示。由于温度从室温提高到居里点时，ρ增大、μ急剧减小，故电流透入深度增大许多倍。3．感应加热的物理过程介绍物理过程（略）引出透热式、传导式加热概念（略）与传导式加热相比，透入式加热除表层不易过热外，还具有热损失小、效率高，加热迅速等优点。7实际中，应尽量采取透入式加热。四、感应加热时钢的相变特点1）临界

4、点升高。加热速度越快，相变开始温度和完成温度越高。2）奥氏体成分不均匀3）奥氏体晶粒变细4）淬火后亚共析钢组织中出现低碳马氏体区（原铁素体区）和高碳马氏体区（原珠光体区），过共析钢组织中则存在低碳马氏体区、高碳马氏体区和未溶碳化物。快速加热还使马氏体的不稳定性增大，在回火中硬度下降较快，故回火温度比普通淬火件略低。五、感应加热表面淬火后的组织与性能（一）感应淬火后的组织图11-3为亚共析钢高频淬火后显微组织，：图11-4为45钢高频淬火后各区域的显微组织。此外，表面淬火后的组织还与钢的成分、原始组织、加热和冷却规范等有关。（二）感应淬火后的力学性能1)硬度比普通加热淬火时高2~3HRC。2）耐

5、磨性比普通淬火高。3）表面淬火使疲劳强度提高六、感应加热表面淬火工艺（一）表面淬火零件的技术条件主要技术要求有：表面硬度、硬化层深度、淬硬区分布、畸变和开裂、金相组织等。不同零件，对表面硬度和硬化层深度要求不同。有效硬化层深度是从表面测至极限硬度值处的垂直距离。极限硬度值是图样规定表面硬度值下限的0.8倍。通常，硬化层深度为零件厚度的10%~20%；对耐磨性要求高的零件，根据磨削余量和工作条件等，一般在1~7mm之间，小件取下限，大件取上限。齿轮模数大小及受力情况差别较大，对硬化层深度要求差异也较大，不便统一要求，可参考式0.2~0.4m(m为模数)选取。表11-2是几种常用材料感应淬火后的硬

6、度和硬化层深度。材料表面淬火零件的硬度和淬硬层深度的要求。为使淬火后表面处于最佳压应力状态，过渡层应为淬硬层的25%~30%。在同一轴上，若有两段淬硬区，其间应保留足够长度的非淬硬区，以免形成交接裂纹。由于距淬硬区一定距离处往往是拉应力峰值所在位置，对工件截面突然变化处，若与外加载荷所产生的应力叠加，易导致早期破坏。故对轴局部淬火时，为避免拉应力峰值出现于危险断面处，应将轴肩也淬硬，见图11-5。（二）、感应加热表面淬火工艺71.设备频率的选择设备频率主要根据硬化层深度来选择，频率越高，电流透入深度越浅，反之越深。当淬硬层深度小于或等于热态电流透入深度δ热时可保证以透入式方式加热，由δ热=50

7、0/f1/2，可得出透入式加热允许的最高频率fmax＜2500/Ds2(kHz)考虑到热效率和保护感应圈，规定淬硬层深度应大于δ热/4，由此可得出最低频率fmin＞150/Ds2(kHz)当硬化层深度为热态电流透入深度的40%~50%时，总效率最高，符合此条件的频率，称最佳频率f最佳=600/Ds2(kHz)在一定频率下，感应圈的效率与零件直径有关，零件直径越大，感应圈的效率越高，因此大直径零件允