鋼的表面熱處理

§6.1表面火焰淬火

鋼的表面淬火分為感應(yīng)加熱表面淬火和火焰加熱表面淬火等。一、表面火焰淬火的原理火焰加熱表面淬火是一種利用乙炔—氧氣或煤氣—氧氣混合氣體的燃燒火焰“將工件表面迅速加熱到淬火溫度”隨后以浸水和噴水方式進(jìn)行冷卻“使工件表層轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體而心部組織不變的工藝方法。二、表面火焰淬火的應(yīng)用優(yōu)點：設(shè)備簡單，操作方便，成本低，工件大小不受限制，特別適用于大型工件、單件和小批量生產(chǎn)；缺點：淬火硬度和淬透性深度不易控制，淬火質(zhì)量不穩(wěn)定，常取決于操作工人的技術(shù)水平和熟練程度，生產(chǎn)效率低，只適合單件和小批量生產(chǎn)。常用于軋鋼機(jī)齒輪、軋輥、礦山機(jī)械齒輪、軸、普通機(jī)床導(dǎo)軌、齒輪等零件。一、感應(yīng)淬火的原理

將工件放在通有交變電流的感應(yīng)圈內(nèi)，感應(yīng)圈周圍的交變磁場會使工件產(chǎn)生頻率相同、方向相反的感應(yīng)電流，稱為渦流?！?.2表面感應(yīng)淬火

工件上產(chǎn)生的感應(yīng)電流在工件截面上的分布是不均勻的，在工件表面電流密度最大，心部幾乎沒有電流通過，這種現(xiàn)象稱為集膚效應(yīng)。鋼本身具有電阻，由于集膚效應(yīng)，是工件表面迅速達(dá)到淬火溫度而心部溫度不變。二、感應(yīng)加熱的頻率選用1)高頻感應(yīng)加熱淬火采用電子管式高頻設(shè)備，工作頻率通常為200~300kHz，可獲得0.5~2mm厚的硬化層，一般用于處理中小模數(shù)齒輪和小軸。2)中頻感應(yīng)加熱淬火生產(chǎn)上采用機(jī)械式中頻發(fā)電機(jī)組或可控硅變頻器，可提供頻率為1000、2500或8000Hz的電流，能獲得2~10mm厚的硬化層，主要用于大模數(shù)齒輪、較大尺寸的軸、鋼軌軌端及軌面全長淬火。3)工頻感應(yīng)加熱淬火工頻感應(yīng)加熱是采用工業(yè)上常用的50Hz工頻電流，因而只需降壓變壓器。能獲得10~20mm厚的硬化層，主要用于深層和穿透加熱，如大工件的表面淬火、鍛件的穿透加熱等。三、感應(yīng)加熱表面淬火的特點

1、感應(yīng)加熱是靠工件表面層感應(yīng)電流直接加熱，因而加熱效率高，加熱速度快(可達(dá)1000℃/秒)，無保溫過程。

2、雖然感應(yīng)加熱表面淬火的加熱溫度高，但由于加熱速度快，無保溫過程，故能獲得細(xì)晶粒奧氏體，淬火后得隱晶馬氏體，工件表面硬度高(比普通淬火高2~3HRC)，氧化、脫碳少。

3、感應(yīng)加熱表面淬火后，淬硬的表面層中存在很大的殘余壓應(yīng)力，有效地提高了工件的疲勞強(qiáng)度。由于不是整體加熱，淬火冷卻時，工件的變形小。

4、感應(yīng)加熱表面淬火生產(chǎn)效率高，便于實現(xiàn)機(jī)械化、自動化。四、感應(yīng)加熱表面淬火用鋼中碳鋼和中碳合金鋼，如40鋼、45鋼、40Cr、40MnB等。V表V心Vk五、鋼的淬透性1.鋼的淬透性和淬硬性

淬透性是指鋼在淬火冷卻時獲得馬氏體組織的能力。它是鋼的固有屬性，反映了鋼在淬火時獲得馬氏體組織的難易程度。其大小通常用一定條件下淬火后鋼的淬透層深度來表示。同樣形狀和尺寸的工件，用不同的鋼材制造，在相同條件下淬火，淬透層越深，其淬透性越好。鋼的淬透性主要決定于臨界冷卻速度。速度越小，過冷奧氏體越穩(wěn)定，鋼的淬透性就越好。V表V心Vk圖6-3淬透層深度與冷卻速度

淬硬性：鋼淬火時的硬化能力，用淬成馬氏體可能得到的最高硬度表示?！Q于馬氏體中的C%。淬透性和淬硬性是兩個概念，淬硬性好的鋼，淬透性不一定好。如碳素工具鋼淬火后硬度很高，但淬透性不好；某些低碳合金鋼，淬硬性不高，但淬透性很好。2.淬透性測定方法1)按材料C曲線位置判定C曲線位置右移，鋼的淬透性越大。2)借臨界淬透直徑評定鋼材在某中介質(zhì)中淬火后,心部得到全部馬氏體或50%馬氏體組織時的最大直徑稱為臨界直徑。臨界直徑越大,表明鋼的淬透性越高。

測定方法：把被測鋼制成的不同直徑的圓形棒按規(guī)定條件進(jìn)行淬火，然后垂直軸線截斷，沿直徑方向測定硬度。3)末端淬火法測定試驗方法：將試樣加熱到規(guī)定的淬火溫度后，從試樣末端噴水冷卻。沿試樣長度方向測出各種冷卻速度的不同組織與硬度，繪制出淬透性曲線。4圖6-5末端淬火法示意圖圖6-6末端淬火法硬度曲線3.淬透性對鋼力學(xué)性能的影響零件淬透后，整個截面各處性能均勻一致。而未淬透部分的組織和性能均不均勻，力學(xué)性能明顯下降，使零件承受載荷的能力大大下降。圖6-7淬透性對鋼回火后力學(xué)性能的影響

1)鋼的化學(xué)成分一般來說，在亞共析鋼中，淬透性隨著含碳量增加而增加；而在過共析鋼中，含碳量>1.2%時，淬透性隨含碳量增加而明顯下降。除Co外，大多數(shù)合金元素都能顯著提高鋼的淬透性。

2)奧氏體化條件奧氏體化溫度升高，保溫時間越長，奧氏體經(jīng)歷粗大，成分均勻，碳化物溶解徹底，過冷奧氏體越穩(wěn)定，從而提高淬透性。4.影響淬透性的因素凡能增加過冷奧氏體穩(wěn)定性的因素，均能增加鋼的淬透性。5.影響具體零件有效淬透深度的因素1)鋼的淬透性越大，零件的有效淬透深度也越大；2)淬火介質(zhì)的冷卻能力越大，零件的有效淬透深度越大；3)零件的體積越大，有效淬透深度越??；4)零件不同部位和形狀對冷卻速度有很大的影響。5)零件表面粘附塑料、銹斑或污物，會影響冷卻速度，使該處淬硬層淺。6.淬火缺陷及其防治措施1)變形與開裂—淬火時零件中引起的內(nèi)應(yīng)力是造成變形和開裂的根本原因。2)氧化和脫碳—鋼在氧化介質(zhì)中加熱時，氧原子與零件表面或晶界的鐵原子形成FeO的現(xiàn)象稱為氧化；在介質(zhì)中加熱，使鋼中溶解的碳形成CO或CH4而降低含碳量的現(xiàn)象稱為脫碳。3)過熱和過燒—零件在熱處理時，如果加熱溫度過高或在高溫下保溫時間過長，引起奧氏體晶粒顯著長大，這種現(xiàn)象稱為過熱。如果加熱溫度過高，使鋼的晶界嚴(yán)重氧化或熔化，這種現(xiàn)象稱為