热处理常见工艺、问题及解决方法

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1、热处理知识培训一、表面热处理分类表面热处理的目的：提高零件表面的硬度，强化零件表层，而心部保持原有良好综合机械性能。1.表面淬火：感应加热、火焰淬火、电接触加热、电解液淬火、激光淬火、电子束加热等表面热处理方式；2.化学热处理：渗碳、氮化、碳氮共渗、氮碳共渗、渗S、渗Cr、渗Al、渗硼等；3.表面涂覆：①气相沉积涂覆TiC（硬度可达Hv3000）②离子涂③真空溅射TiN二、感应加热的基本原理1.电磁感应、涡流发热热能来源由两部分组成：1）闭合回路在交变的磁场中会产生感应电流工件中有电阻存在，就会发热，称为涡流

2、发热（Q=0.24I2RT），这是感应加热主要热能来源。2）钢铁（零件）大部分为铁磁性材料，有很大剩磁，在交变磁场中剩磁和退磁反复不断进行，导致磁滞发热，但当铁磁性钢铁材料加热到770℃以上，将失去磁性，μ=1，此时不再存在磁滞发热，感应加热速度变慢。居里点——770℃当感应器一施感导体中流过交变电流时，在它周围就要产生同样频率的交变磁场，感应器内的工件，可以看作无数个不同直径的金属圆环所组成的闭合回路，闭合回路在交变磁场中会产生感应电流，所以工件内将产生与感应器中频率相同而方向相反的感应电流——称为涡流，涡

3、流因工件的电阻而转换成热能（涡流发热）。1.交变电流的特性表面效应——集肤效应Δ——电流透入深度I0——工件表面最大电流密度e=2.71770℃以下的电流渗透深度为Δ冷770℃以上的电流渗透深度为Δ热2.Δ=5030（厘米）感应电流在工件截面的分布ρ=ρ0（1+αt）其中：ρ——工件材料电阻率（单位：欧姆·厘米）μ——材料导磁率（单位：高斯/奥斯特）f——电流频率（单位：赫）ρ0——20℃时的电阻率α——系数t——温度对于钢铁材料Δ热>Δ冷Δ冷=（mm）Δ热=（mm）（f越小，淬加层就越深）以45钢为例3.感

4、应加热分类和加热方法1）根据频率大小分为四类：设备频率淬火深度（mm）适用高频设备200~300KHz0.5~1.5小轴小模数齿轮超音频30~60KHz2.5~3.5轴类3~6模数齿轮中频1~8KHz6~18较大轴较大模数齿轮工频50Hz80~100大型轴、轧辊类2）加热方法分为：同时加热：用于较小的工件加热，工件自转但不在感应圈中移动。连续加热：用于较长、较大的工件加热，工件边自转边在感应圈中移动。同时加热连续加热1.高频感应加热1）高频电流特性A.邻近效应：相邻两个导体如果电流方向相反，磁力线集中在内表面

5、。相邻两个导体如果电流方向相同，磁力线集中在外表面。B.圆环效应：通过感应圈的高频电流集中在感应圈内表面的现象，这一现象对加热圆柱形表面有利，对加热内孔及平面不利。C.尖角效应：有尖角的地方容易集中磁力线，导致工件夹角容易过热。解决尖角效应的方法：a）增大感应圈和尖角处的距离；b）工件的尖角或突出部分要倒角。2）高频淬火前工作组织对高频淬火温度的影响A.退火——粗珠光体B.调质——细珠光体（温度可以低一点，对于性能要求高的采用调质）C.正火——较粗的珠光体（介于以上两者之间）3）淬硬层的检查A.以前——以测至

6、50%的马氏体深度处至表面的距离作为淬硬层深度（δ）（如图）。B.现在——硬度法：从表面向心部用1Kgf的力打，有效硬化层深度DS=0.8×HVMS处。其中：HVMS——技术要求的最低硬度1）淬硬层的应力状态表层——压应力过渡层——拉应力产生原因：热应力——热胀冷缩。组织应力——组织结构不同，比容不一样，组织转变的不等时性。在淬火区的交接处为拉应力最大处高频淬火区过渡层越小越好调质的过渡区<正火的<退火的2）淬火层深度及表面硬度的确定A.随着淬硬层深度的增加，最大拉应力区域向工件心部推移，能够减少产生疲劳裂纹

7、的倾向，但是淬硬层加深，会使表面残余压应力降低，所以过分增加深度，反而会降低疲劳强度和冲击韧性。合理的淬硬层深度为工件直径的10~20%时，工件具有良好的综合机械性能。B.表面硬度的确定：对中碳结构钢（45钢、40Cr）高耐磨性HRC55~60耐磨性、较好韧性HRC45~55机床齿轮HRC40~553）淬火区的确定A.轴类：a）轴端应保留2~8mm不淬火，以避免端裂（高频淬火会导致端部有裂纹）；b）花键轴，淬硬层应超过花键尾部10~15mm，避免拉应力留在花键部位；a）轴上多处淬硬区，相邻淬硬区应保持足够距离

8、以免拉应力叠加；设备频率KHz25082.5淬硬区最小距离mm102030b）带凸缘的轴和轴颈工件，淬硬区最好包括凸缘和轴颈根部圆角，如圆角处难以淬到，则淬硬区应与圆角相隔5~8mm，以免圆角处出现拉应力（如图）。（阴影处为淬火区）A.齿轮：应不使淬硬层在齿根部终止（如图为齿轮齿的淬硬层范围）。最好一般最差附加：多抗冲力的概念冲击韧性ak，ak越大，材料韧性越好。ak值基于一次大能量冲击，对于小能量