鋼的表面淬火介紹

時(shí)間：2013-06-08 17:42:51 來(lái)源：作者：

表面淬火是對(duì)工件表層進(jìn)行淬火的工藝。它是將工件表面進(jìn)行快速加熱，使其奧氏體化并快速冷卻獲得馬氏體組織，而心部仍保持原來(lái)塑性、韌性較好的退火、正火或調(diào)質(zhì)狀態(tài)的組織。表面淬火后需進(jìn)行低溫回火，以減少淬火應(yīng)力和降低脆性。表面淬火可有效提高工件表面層的硬度和耐磨性，達(dá)到外硬內(nèi)韌的效果，并可造成表面層壓應(yīng)力狀態(tài)，提高疲勞強(qiáng)度，延長(zhǎng)工件的使用壽命。

1.感應(yīng)加熱表面淬火
    感應(yīng)加熱表面淬火法的原理如圖1-66（a）所示。把工件放入由空心銅管繞成的感應(yīng)線圈中，當(dāng)感應(yīng)線圈通以交流電時(shí)，便會(huì)在工件內(nèi)部感應(yīng)產(chǎn)生頻率相同、方向相反的感應(yīng)電流。感應(yīng)電流在工件內(nèi)自成回路，故稱為“渦流”。渦流在工件截面上的分布是不均勻的，如圖1-66（b）所示，表面電流密度最大，心部電流密度幾乎為零，這種現(xiàn)象稱為集膚效應(yīng)。由于鋼本身具有電阻，因而集中于工件表面的渦流，幾秒種可使工件表面溫度升至800～1000℃，而心部溫度仍接近室溫，在隨即噴水（合金鋼浸油）快速冷卻后，就達(dá)到了表面淬火的目的。
    感應(yīng)加熱時(shí)，工件截面上感應(yīng)電流密度的分布與通入感應(yīng)線圈中的電流頻率有關(guān)。電流頻率愈高，感應(yīng)電流集中的表面層愈薄，淬硬層深度愈小。因此可通過(guò)調(diào)節(jié)通入感應(yīng)線圈中的電流頻率來(lái)獲得工件不同的淬硬層深度，一般零件淬硬層深度為半徑的1／10左右。對(duì)于小直徑（10～20mm）的零件，適宜用較深的淬硬層深度，可達(dá)半徑的1／5，對(duì)于大截面零件可取較淺的淬硬層深度，即小于半徑1／10以下。
2.火焰加熱表面淬火
    火焰加熱表面淬火法是用乙炔一氧火焰（最高溫度3200℃）或煤氣一氧火焰（最高溫度2000℃），對(duì)工件表面進(jìn)行快速加熱，并隨即噴水冷卻。淬硬層深度一般為2～6mm。適用于單件小批量生產(chǎn)以及大型零件（如大型軸類、模數(shù)齒輪等）的表面淬火。火焰加熱表面淬火的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低，靈活性大。缺點(diǎn)是加熱溫度不易控制，工件表面易過(guò)熱，淬火質(zhì)量不夠穩(wěn)定。
3.激光加熱表面淬火
    激光加熱表面淬火是以高能量激光束掃描工件表面，使工件表面快速加熱到鋼的臨界點(diǎn)以上，利用工件基體的熱傳導(dǎo)實(shí)現(xiàn)自冷淬火，實(shí)現(xiàn)表面相變硬化。
    激光加熱表面淬火加熱速度極度快（105～106℃／s），因此過(guò)熱度大，相變驅(qū)動(dòng)力大，奧氏體形核數(shù)目劇增，擴(kuò)散均勻化來(lái)不及進(jìn)行，奧氏體內(nèi)碳及合金濃度不均勻性增大，奧氏體中碳含量相似的微觀區(qū)域變小，隨后的快冷（104℃／s）中不同微觀區(qū)域內(nèi)馬氏體形成溫度有很大差異，產(chǎn)生細(xì)小馬氏體組織。由于快速加熱，珠光體組織通過(guò)無(wú)擴(kuò)散轉(zhuǎn)化為奧氏體組織；由于快速冷卻，奧氏體組織通過(guò)無(wú)擴(kuò)散轉(zhuǎn)化為馬氏體組織，同時(shí)殘余奧氏體量增加，碳來(lái)不及擴(kuò)散，使過(guò)冷奧氏體碳含量增加，馬氏體中碳含量增加，硬度提高。
    激光加熱表面淬火后，工件表層獲得極細(xì)小的板條馬氏體和孿晶馬氏體的混合組織，且位錯(cuò)密度極高，表層硬度比淬火＋低溫回火提高20％，即使是低碳鋼也能提高一定的硬度。
    激光淬火硬化層深度一般為0.3～1mm，硬化層硬度值一致。隨零件正常相對(duì)接觸摩擦運(yùn)動(dòng)，表面雖然被磨去，但新的相對(duì)運(yùn)動(dòng)接觸面的硬度值并未下降，耐磨性仍然很好，因而不會(huì)發(fā)生常規(guī)表面淬火層由于接觸磨損，磨損隨之加劇的現(xiàn)象，耐磨性提高了50％，工件使用壽命提高了幾倍甚至十幾倍。
    激光加熱表面淬火最佳的原始組織是調(diào)質(zhì)組織，淬火后零件變形極小，表面質(zhì)量很高，特別適用于拐角、溝槽、盲孔底部及深孔內(nèi)壁的熱處理，而這些部位是其它表面淬火方法極難做到的。

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