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[工学]5钢的表面热处理

第三章 钢的表面热处理 知识要点 表面热处理的目的、分类 常用的表面热处理工艺 了解表面热处理的典型零件 目的:使零件具有“表硬心韧” 的性能特点。 第三章 钢的表面热处理 第一部分 钢的表面淬火 第二部分 钢的化学热处理。 第一部分 钢的表面淬火 表面淬火是指在不改变钢的化学成分及心部组织情况下,利用快速加热将表层奥氏体化后进行淬火以强化零件表面的热处理方法。 表面淬火目的: ① 使表面具有高的硬度、耐磨性和疲劳极限; ② 心部在保持一定的强度、硬度的条件下,具有足够的塑性和韧性。即表硬里韧。 适用于承受弯曲、扭转、摩擦和冲击的零件。 1、表面淬火用材料 ⑴ 0.4-0.5%C的中碳钢。 含碳量过低,则表面硬度、耐磨性下降。 含碳量过高,心部韧性下降; ⑵ 铸铁 提高其表面耐磨性。 2、预备热处理 ⑴工艺: 对于结构钢为调质或正火。 前者性能高,用于要求高的重要件,后者用于要求不高的普通件。 ⑵目的: ①为表面淬火作组织准备; ② 获得最终心部组织。 3、表面淬火后的回火 采用低温回火,温度不高于200℃。 回火目的为降低内应力,保留淬火高硬度、耐磨性。 4、表面淬火+低温回火后的组织 表层组织为M回;心部组织为S回(调质)或F+S(正火)。 5、表面淬火常用加热方法 1) 感应加热: 利用交变电流在工件表面感应巨大涡流,使工件表面迅速加热的方法。 感应加热表面淬火 基本原理 (1)加热效应 (2)集肤效应 导体通入交变电流时,沿导体截面的电流分布很不均匀,表面上的电流密度很大,越往中心电流密度越小,交变电流的频率越高,越严重。 (3)感应加热频率的选择 ?=500/√f ?:加热层深度 f:交变电流频率 感应加热表面淬火 感应加热分为: ① 高频感应加热 频率为250-300KHz,淬硬层深度0.5-2mm ② 中频感应加热 频率为2500-8000Hz,淬硬层深度2-10mm。 ③ 工频感应加热频率为50Hz,淬硬层深度10-15 mm 感应加热设备和感应器 感应器 同时加热法 连续加热法 感应加热表面淬火的特点 感应加热表面淬火的技术条件 3)淬硬区分布 2) 火焰加热: 利用乙炔火焰直接加热工件表面的方法。成本低,但质量不易控制。 3)激光热处理: 利用高能量密度的激光对工件表面进行加热的方法。效率高,质量好。 ⑴ 激光表面淬火(激光相变硬化) 激光表面淬火件硬度高(比普通淬火高15~20%)、耐磨、耐疲劳,变形极小,表面光亮。 已广泛用于发动机缸套、滚动轴承圈、机床导轨、冷作模具等。 火焰加热表面淬火示意图 激光表面热处理 习 题 1、什么是集肤效应? 2、感应加热表面淬火有何优缺点?感应加热表面淬火如何分类? 3、如何计算感应加热的深度?工件淬硬层深度和频率大小有何关系? 4、表面淬火的热处理工艺如何? 5、比较感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火及激光表面热处理的优缺点。 感应加热速度极快,只需几秒或十几秒。淬火层马氏体组织细小,机械性能好。工件表面不易氧化脱碳,变形也小,而且淬硬层深度易控制,质量稳定,操作简单,特别适合大批量生产 感应加热表面淬火不宜用于形状复杂的工件,因感应器制作困难 火焰加热表面热处理 其优点是设备简单、成本低,但生产率低,质量较难控制 进行单件、小批量生产、大型零件(如大型齿轮、轴、轧锟等)的表面淬火或局部修复加工 激光加热表面淬火 不需要冷却介质,自冷淬火 激光加热表面淬火后零件变形极小,表面质量很高,特别适用于拐角、沟槽、盲孔底部及深孔内壁的热处理。工件经激光表面淬火后,一般不再进行其他加工就可以直接使用 但是设备昂贵 。 感应加热种类及应用范围 较大直径零件穿透加热,大直径零件如轧辊、火车车轮的表面淬火 10~20 50Hz 工频感应加热 较大尺寸的轴和大中模数齿轮 2~10 2500~8000Hz 中频感应加热 中小模数齿轮及中小尺寸的轴类零件 0.5~2.5 200~1000kHz 高频感应加热 应 用 范 围 一般淬硬层深度/mm 常用频率 感应加热类型 感应加热表面淬火 * 分类 表面淬火 表面化学热处理 火焰加热 感应加热 轴的感应加热表面淬火 机床导轨 表面淬火齿轮 回火索氏体 索氏体 感应加热表面淬火 感应淬火机床 感应加热表面淬火示意图 交变电流(线圈) 交变磁场 感生交变电流(工件) 加热 Q=0.24I2RT。 传动轴连续淬火感应器 感应加热表面淬火齿轮的截面图 各种感应

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