第10章钢表面热处理.pptVIP

第10章 表面热处理及热处理新工艺 在生产中，很多机器零件，如曲轴、齿轮、凸轮、机床导轨等，是在冲击载荷和强烈的摩擦条件下工作的，要求表面层坚硬耐磨，不易产生疲劳破坏，而心部则要求有足够的塑性和韧性。显然，采用整体热处理是难以达到上述要求的，这时可通过对工作表面采取强化热处理 。 心部：硬度低，韧性高 表面：硬度高，耐磨 表面热处理工艺 将零件表面迅速加热到临界点以上(心部温度仍处于临界点以下)，并随之淬冷来达到强化表面的目的。 感应淬火(高频、中频、低频) 激光热处理 火焰淬火 接触电阻加热淬火 盐浴淬火 电火花表面硬化 电子束淬火 分类 10.1 高频感应淬火 定义：感应加热表面淬火是利用感应电流通过工件产生的热效应，使工件表面局部加热，继之快速冷却，以获得马氏体组织的工艺。 感应加热的基本原理及特点 主要依据：电磁感应，集肤效应 和热传导 主要依据：电磁感应，集肤效应和热传导 将工件放在通有交变电流的感应圈内，感应圈周围的交变磁场会使工件产生感应电流，这个电流在工件内自成回路，称为涡流。 工件上产生的感应电流在工件截面上的分布是不均匀的，在工件表面电流密度最大，心部几乎没有电流通过，这种现象称为集肤效应。 零件感应加热时，其感应电流在零件中的分布从表面向中心呈指数衰减，可表示为： 当电流(涡流)强度从表面向内部降低到表面到电流（涡流）强度的0.368(即I0／e)时，则该处到表面的距离称为电流透入深度。 电流透入深度的大小与金属的电阻率(r)、磁导率（m）和电流频率(f)有关，关系式为 电阻率随着温度的升高而增大，而磁导率随着温度的升高而降低。 电流透入工件表面层的深度为： δ = (冷态20℃) δ = (热态800℃) δ δ = (热态800℃) 电流频率越大，淬硬层深度越薄 主要用于中碳钢和中碳合金结构钢制造的齿轮和轴类零件，它们经正火或调质（预先热处理）后再表面淬火，心部具有良好的综合力学性能，而表面具有较高的硬度和耐磨性。 用高碳钢制造的、承受较小冲击或交变载荷的工具和量具，也可采用表面淬火。 感应加热表面淬火的应用 加热速度快，时间短，热效率高 淬火组织细小，淬火硬度比普通淬火高2~3HRC 变形小，氧化脱碳少 具有良好的冲击韧性、疲劳强度及耐磨性，表面还存在有利的压应力 工艺过程易于控制，易于实现机械化和自动化 感应淬火的特点 高频感应加热时钢的相变特点 奥氏体转变的临界温度升高 奥氏体晶粒较细 奥氏体成分不均匀 高频感应淬火后的组织 感应淬火的预备热处理常为调质和正火 第I层 淬硬层 温度Ac3, 组织 M 第II层 过渡层 温度在Ac1～Ac3之间， 组织 M＋未溶F 第III层 心部原始组织 温度 Ac1 45#预备热处理正火 预备热处理为退火态的过共析钢 高频感应淬火后， 表层组织：马氏体+碳化物+一定量的残留奥氏体 过渡层组织：马氏体+碳化物+少量托氏体(或索氏体) 心部组织：珠光体+碳化物 高频感应淬火后工件的力学性能 (1) 表面硬度比普通淬火高2～3HRC，耐磨性高 原因： ①高频表面淬火后在零件表层造成压应力； ②淬火组织为细隐晶M，加热速度快，过热度大，形核率高，又不易长大； ③从不均匀奥氏体中产生的马氏体组织中，残余奥氏体数量减少； ④高频淬火后的组织中有两种不同形态的M，高碳M分散在低碳M中对低碳M起弥散强化作用。 中碳钢经高频感应淬火后表面硬度接近于渗碳钢淬火的硬度，但它的耐磨性仍不如渗碳钢，这是由于渗碳钢表面碳化物数量较多的缘故。 (2) 有效提高零件的弯曲及扭转疲劳强度 小尺寸疲劳强度↑2~3倍，大件↑20~30% 寿命↑几十倍；40MnB汽车半轴由整体调质改为 调质＋高频淬火，寿命提高20多倍。 原因：表面压应力状态，阻碍裂纹扩展。 存在最佳淬硬层深度： 淬硬层深度开始增大时，残余压应力增大，疲劳强度也相应提高；疲劳强度出现极大值后，随着硬化层深度继续增大，残余压应力又开始降低，疲劳强度也随之降低。 通常10～20％D。 (3) 提高冲击韧性，抗弯强度和扭转强度 高频感应淬火工艺 (1) 表面淬火前必须进行预备热处理 调质处理，得到回火索氏体 正火 细化了组织 (2)淬火加热温度及方式的选择 加热温度的确定 相同化学成分时，一般均比缓慢加热时温度要高。 加热速度越快，在每一温度下碳原子扩散的时间越短，因而奥氏体形成温度范围升高、变宽； 原始组织越粗，碳需