11钢的表面淬火

1、 主要内容主要内容 10.1 10.1 表面淬火的概述表面淬火的概述 10.2 10.2 表面淬火的原理表面淬火的原理 10.3 10.3 感应加热表面淬火感应加热表面淬火 10.4 10.4 火焰加热表面淬火火焰加热表面淬火 10.510.5 其他加热表面淬火其他加热表面淬火 10.110.1表面淬火的概述表面淬火的概述 被处理工件在表面有限深度范围内加热至相变点以被处理工件在表面有限深度范围内加热至相变点以上，然后迅速冷却，在工件表面一定深度范围内达到淬上，然后迅速冷却，在工件表面一定深度范围内达到淬火目的的热处理工艺。火目的的热处理工艺。一一 、定义、定义 表面：一定深度的表面：一定深度

2、的M组织组织 心部：仍保持着淬火前的组织状态心部：仍保持着淬火前的组织状态二二、目的、目的依据：供给表面能量的形式不同依据：供给表面能量的形式不同三三 分类分类 以电磁感应原理在工件表面产生电流密度很高的涡以电磁感应原理在工件表面产生电流密度很高的涡流来加热工件表面的淬火方法。流来加热工件表面的淬火方法。1) 感应加热表面淬火感应加热表面淬火 用温度极高的可燃气体火焰直接加热工件表面的用温度极高的可燃气体火焰直接加热工件表面的表面淬火方法。表面淬火方法。2) 火焰淬火火焰淬火 当低电压大电流的电极引入工件并与之接触，以电极当低电压大电流的电极引入工件并与之接触，以电极与工件表面的接触电阻发热来

3、加热工件表面的淬火方法。与工件表面的接触电阻发热来加热工件表面的淬火方法。3) 电接触加热表面淬火电接触加热表面淬火5) 激光加热表面淬火激光加热表面淬火4) 电解液加热表面淬火电解液加热表面淬火 工件作为一个电极（阴极）插入电解液中，利用阴极工件作为一个电极（阴极）插入电解液中，利用阴极效应来加热工件表面的淬火方法。效应来加热工件表面的淬火方法。6) 电子束加热表面淬火电子束加热表面淬火7) 等离子束加热表面淬火等离子束加热表面淬火四、应用四、应用1) 普遍应用：感应加热表面淬火、火焰淬火普遍应用：感应加热表面淬火、火焰淬火2) 迅速发展：迅速发展：激光加热表面淬火、电子束加热表面淬火激光加

4、热表面淬火、电子束加热表面淬火3) 适用材料适用材料 中碳调质钢、球墨铸铁中碳调质钢、球墨铸铁机械零件（机床主轴、机械零件（机床主轴、齿轮、柴油机曲轴、凸轮轴）；齿轮、柴油机曲轴、凸轮轴）； 高碳钢高碳钢承受较小冲击和交变载荷下工作的工具、承受较小冲击和交变载荷下工作的工具、量具及高冷硬轧辊；量具及高冷硬轧辊；10.210.2表面淬火工艺原理表面淬火工艺原理（1） 在一定的加热速度范围内，临界点随加热速度的在一定的加热速度范围内，临界点随加热速度的增加而提高增加而提高一、一、 钢在非平衡加热时的相变特点钢在非平衡加热时的相变特点（2） 奥氏体成分不均匀性随着加热速度的增加而增大奥氏体成分不均匀

5、性随着加热速度的增加而增大 快速加热时，钢种、原始组织对奥氏体成分的快速加热时，钢种、原始组织对奥氏体成分的均匀性有很大影响。对热传导系数小，碳化物粗大均匀性有很大影响。对热传导系数小，碳化物粗大且溶解困难的高合金钢采用快速加热是有困难的。且溶解困难的高合金钢采用快速加热是有困难的。（3） 提高加热速度可显著细化奥氏体晶粒提高加热速度可显著细化奥氏体晶粒 过热度大过热度大奥氏体晶核不仅在铁素体奥氏体晶核不仅在铁素体/碳化物相界碳化物相界面上形成，而且也可能在铁素体的亚晶界上形成，因面上形成，而且也可能在铁素体的亚晶界上形成，因此使奥氏体的成核率增大；此使奥氏体的成核率增大； 加热时间极短加热时

6、间极短奥氏体晶粒来不及长大；奥氏体晶粒来不及长大；（4）快速加热对过冷奥氏体的转变及马氏体回火有明显影响快速加热对过冷奥氏体的转变及马氏体回火有明显影响 快速加热使奥氏体成分不均匀及晶粒细化，降低快速加热使奥氏体成分不均匀及晶粒细化，降低了过冷奥氏体的稳定性，使了过冷奥氏体的稳定性，使c-曲线左移。对于亚共析曲线左移。对于亚共析钢，相当于原钢，相当于原F区出现低碳区出现低碳M，原，原P区出现高碳区出现高碳M。 微小体积内的不均匀性微小体积内的不均匀性：P区域；区域； 大体积范围内的不均匀性大体积范围内的不均匀性：P和先共析和先共析F；淬火后马氏体成分也不均匀淬火后马氏体成分也不均匀例子：亚共析

7、钢例子：亚共析钢二、二、 表面淬火的组织与性能表面淬火的组织与性能（一）（一） 表面淬火的金相组织表面淬火的金相组织 钢种钢种 淬火前的原始组织淬火前的原始组织 淬火加热时沿截面温度的分布淬火加热时沿截面温度的分布有关有关与与自表面向心部自表面向心部：M区区(包括残余包括残余奥氏体奥氏体)、M十十P区区和和P区。区。1. 原始组织为退火状态的共析钢原始组织为退火状态的共析钢2. 原始组织为正火状态的原始组织为正火状态的45钢钢从从表面表面到到中心：中心：M、M+F、M+F+P、P+F在淬火烈度很大的淬火在淬火烈度很大的淬火介质中冷却：介质中冷却： 由于由于S回回为粒状渗碳化均匀为粒状渗碳化均匀

8、分布在铁素体基体上的均匀组分布在铁素体基体上的均匀组织，因此表面淬火后不会出现织，因此表面淬火后不会出现碳浓度大体积不均匀性所造成碳浓度大体积不均匀性所造成的淬火组织的不均匀的淬火组织的不均匀。当淬火加热温度高于原调质当淬火加热温度高于原调质回火温度而低于临界点时，将回火温度而低于临界点时，将发生进一步回火现象，硬度降发生进一步回火现象，硬度降低。低。3. 原始组织为调质状态原始组织为调质状态的的45钢钢1 表面硬度表面硬度（二）（二） 表面淬火后的性能表面淬火后的性能 快速加热，激冷淬火快速加热，激冷淬火后的工件表面硬度比普通后的工件表面硬度比普通加热淬火高。加热淬火高。影响因素影响因素 奥

9、氏体成分不均匀奥氏体成分不均匀性、奥氏体晶粒及亚结性、奥氏体晶粒及亚结构细化构细化2 耐磨性耐磨性比普通淬火的高比普通淬火的高奥氏体晶粒细化奥氏体晶粒细化奥氏体成分的不均匀奥氏体成分的不均匀表面硬度较高表面硬度较高表面压应力状态表面压应力状态影响因素影响因素3 疲劳强度疲劳强度 显著地提高零件的抗疲劳性能显著地提高零件的抗疲劳性能； 显著地降低疲劳试验时的缺口敏感性显著地降低疲劳试验时的缺口敏感性；例如例如：40Cr钢钢 调质调质+表面淬火表面淬火：324N/mm2 调质处理调质处理：235N/mm2 表层本身的强度增高表层本身的强度增高； 在表层形成很大的残余压应力在表层形成很大的残余压应力

10、；原因原因（三（三 ）表面淬火淬硬层深度及分布对工件承表面淬火淬硬层深度及分布对工件承 载能力的影响载能力的影响1.表面淬火硬化层与工件表面淬火硬化层与工件 负载时应力分布的匹配负载时应力分布的匹配 传动轴，承受扭矩，传动轴，承受扭矩，截面上剪切应力分布如右截面上剪切应力分布如右图所示。图所示。2 表面淬硬层深度与工件内残余应力的关系表面淬硬层深度与工件内残余应力的关系 1）表面淬火时截面上）表面淬火时截面上残余应力的分布如右残余应力的分布如右图。图。2）硬化层深度与残余应力的关系）硬化层深度与残余应力的关系 在工件直径一定的在工件直径一定的情况下，随着硬化层深情况下，随着硬化层深度的增厚，表

11、面残余压度的增厚，表面残余压应力先增大，达到一定应力先增大，达到一定值后，若再继续增厚硬值后，若再继续增厚硬化层深度，表面残余压化层深度，表面残余压应力反而减小。应力反而减小。3）残余应力与沿淬火层深度的硬度分布的关系）残余应力与沿淬火层深度的硬度分布的关系 与与M层的深层的深度、过渡区的度、过渡区的宽度及工件截宽度及工件截面尺寸之间的面尺寸之间的比例有关。比例有关。4）残余应力与钢中含碳量有关）残余应力与钢中含碳量有关CM比容比容组织应力越显著组织应力越显著残余压应力残余压应力对于高频表面淬火对于高频表面淬火 中、小尺寸零件淬硬层深度为工件半径的中、小尺寸零件淬硬层深度为工件半径的1020%

12、; 过渡区的宽度为淬硬层深度的过渡区的宽度为淬硬层深度的2530；结论：结论：3. 硬化层分布对工件承载能力的影响硬化层分布对工件承载能力的影响 当工件进行局部表当工件进行局部表面淬火时，存在着淬火面淬火时，存在着淬火区段与非淬火区段间的区段与非淬火区段间的过渡问题；过渡问题；10.3 10.3 感应加热表面淬火感应加热表面淬火 利用感应电流通过工件产生的热效应，使工件表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，以获得面局部加热，继之快速冷却，以获得M组织的工艺。组织的工艺。1. 定义定义2. 种类和用途种类和用途按所用电流频率的不同，可分为：按所用电流频率的不同，可

13、分为：1) 高频感应加热表面淬火高频感应加热表面淬火：电流频率为电流频率为100500kHz，最常用，最常用频率为频率为200300kHz，可获淬硬层浓度为，可获淬硬层浓度为0.52.0mm，主要适用，主要适用于中、小模数齿轮及中、小尺寸轴类零件的表面淬火。于中、小模数齿轮及中、小尺寸轴类零件的表面淬火。一、概述一、概述2) 中频感应加热表面淬火中频感应加热表面淬火：电流频率为电流频率为50010000Hz，最，最常用频率为常用频率为25008000Hz。可获淬硬层深度为。可获淬硬层深度为35mm。主要用。主要用于要求淬硬层较深的较大尺寸的轴类零件及大中模数齿轮的表于要求淬硬层较深的较大尺寸的

14、轴类零件及大中模数齿轮的表面淬火。面淬火。3) 工频感应加热表面淬火工频感应加热表面淬火：电流频率为电流频率为50Hz，不需要变频，不需要变频设备。可获得淬硬层深度为设备。可获得淬硬层深度为1015mm。适用于轧辊、火车车轮。适用于轧辊、火车车轮等大直径零件的表面淬火。等大直径零件的表面淬火。 3.感应加热表面淬火的特点感应加热表面淬火的特点与普通加热淬火相比与普通加热淬火相比1) 由于感应加热速度极快，钢的奥氏体化温度明显升高，由于感应加热速度极快，钢的奥氏体化温度明显升高，奥氏体化时间显著缩短奥氏体化时间显著缩短，即奥氏体化是短时间内在一个很，即奥氏体化是短时间内在一个很宽的温度范围内完成

15、的。宽的温度范围内完成的。2) 由于感应加热时间短、过热度大，使得奥氏体形核多，由于感应加热时间短、过热度大，使得奥氏体形核多，且不易长大，因此且不易长大，因此淬火后表面得到细小的隐晶马氏体淬火后表面得到细小的隐晶马氏体，硬，硬度比普通淬火的高度比普通淬火的高2-3HRC，韧性也明显提高。，韧性也明显提高。3) 表面淬火后，不仅工件表层强度高，而且由于马氏体表面淬火后，不仅工件表层强度高，而且由于马氏体转变产生的体积膨胀，在转变产生的体积膨胀，在工件表层造成了有利的残余压应工件表层造成了有利的残余压应力力，从而有效提高了工件的疲劳强度并降低缺口敏感性。，从而有效提高了工件的疲劳强度并降低缺口敏

16、感性。 4) 感应加热速度快、时间短，工件一般感应加热速度快、时间短，工件一般不会发生氧化和不会发生氧化和脱碳脱碳；同时由于芯部未被加热，；同时由于芯部未被加热，淬火变形小淬火变形小。 5) 感应加热表面淬火的感应加热表面淬火的生产效率高生产效率高，便于实际机械化和，便于实际机械化和自动化；但因设备费用昂贵，不宜用于单件生产。自动化；但因设备费用昂贵，不宜用于单件生产。4.应用应用中碳和中碳低合金结构钢，如中碳和中碳低合金结构钢，如45、40Cr、40MnB等。等。 Vdde1. 感应加热的物理基础感应加热的物理基础二、二、 感应加热基本原理感应加热基本原理1）当工件放在通有交变电流的感应圈中

17、，在交变电流当工件放在通有交变电流的感应圈中，在交变电流所产生的交变磁场作用下将产生感应电动势。所产生的交变磁场作用下将产生感应电动势。2）当感应圈当感应圈通入通入交变电流交变电流时，零件内产生感应电流，时，零件内产生感应电流，此电流在零件内形成闭合回路，其方向与通入的电源电此电流在零件内形成闭合回路，其方向与通入的电源电流方向相反，呈涡状流通，故称涡流流方向相反，呈涡状流通，故称涡流。AXReIf22RIQf224. 0R材料的电阻材料的电阻X感抗感抗3）加热产生的热量）加热产生的热量fIRPa2031025. 14）加热零件吸收的功率）加热零件吸收的功率R0工件直径，工件直径，cm ；工件

18、材料电阻率，工件材料电阻率，工件材料磁导率，工件材料磁导率，H/m； f 交变电流频率，交变电流频率，Hz“吸收因子吸收因子”AeIIxx05）涡流在被加热工件中的分布）涡流在被加热工件中的分布由表面到中心呈指数由表面到中心呈指数 规律衰减规律衰减fc2Pa离工件表面的距离，离工件表面的距离，cm2I0 表面最大的涡流强度，表面最大的涡流强度，A 当金属零件通过直流电时，在金属零件的截面上电流的当金属零件通过直流电时，在金属零件的截面上电流的分分布是均匀的；布是均匀的； 当金属零件通过交流电时，在金属零件的截面上电流的当金属零件通过交流电时，在金属零件的截面上电流的分布是不均匀的；最大电流密度

19、出现在金属零件的最表分布是不均匀的；最大电流密度出现在金属零件的最表面。这种电流通过导体时，沿导体表面电流密度最大，面。这种电流通过导体时，沿导体表面电流密度最大，越往中心电流密度越小的现象称为高频电流的越往中心电流密度越小的现象称为高频电流的集肤效应集肤效应，又称又称表面效应表面效应。6）集肤效应（表面效应）集肤效应（表面效应）xxeII0u 工程上规定，当电流（涡流）工程上规定，当电流（涡流）强度从表面想内部降低到表面强度从表面想内部降低到表面最大电流强度的最大电流强度的0.368（I0/e）时，）时，则该处到表面的距离就称为则该处到表面的距离就称为电电流透入深度流透入深度。u 通常把通常

20、把20时的电流透时的电流透入入深度称为深度称为“冷态电流透冷态电流透入入深深度度” ；而把而把800时的电流透时的电流透入深度。入深度。称为热态电流透称为热态电流透入入深度深度。2. 感应加热的物理过程感应加热的物理过程 工件截面内最大密度的涡流由表面向心部逐渐推工件截面内最大密度的涡流由表面向心部逐渐推移，同时自表面向心部依次加热。这种加热方式称为移，同时自表面向心部依次加热。这种加热方式称为透入式加热透入式加热。 继续加热时，电能继续加热时，电能只在热态电流透入层范只在热态电流透入层范围内变成热量，此层的围内变成热量，此层的温度继续升高。与此同温度继续升高。与此同时，由于热传导的作用，时，

21、由于热传导的作用，热量向工件内部传递，热量向工件内部传递，加热层厚度增厚，这时加热层厚度增厚，这时工件内部的加热和普通工件内部的加热和普通加热相同，称为加热相同，称为传导式传导式加热加热。 表面的温度超过表面的温度超过A2点以后，点以后，最大密度的涡流移向内层，最大密度的涡流移向内层，表层加热速度开始变慢，不表层加热速度开始变慢，不易过热，而传导式加热随着易过热，而传导式加热随着加热时间的延长，表面继续加热时间的延长，表面继续加热容易过热；加热容易过热； 加热迅速，热损失小，热效加热迅速，热损失小，热效率高；率高； 热量分布较陡，淬火后过渡热量分布较陡，淬火后过渡层较窄，使表面压应力提高层较窄

22、，使表面压应力提高透入式加热透入式加热与与传导式加热传导式加热相比相比有如下特点：有如下特点：三、三、感应加热表面淬火工艺感应加热表面淬火工艺两种参数两种参数 热参数：感应加热温度、加热时间、加热速度等；热参数：感应加热温度、加热时间、加热速度等； 电参数：设备频率、零件单位表面功率、阳极电压、电参数：设备频率、零件单位表面功率、阳极电压、 阳极电流、槽路电压、栅极电流等；阳极电流、槽路电压、栅极电流等； 感应加热表面淬火是借助调整设备的电参数来控制感应加热表面淬火是借助调整设备的电参数来控制热参数，达到保证表面淬火质量。热参数，达到保证表面淬火质量。1.1.确定感应加热表面淬火工艺参数的依据

23、确定感应加热表面淬火工艺参数的依据1）钢种）钢种 得到坚硬耐磨的表面层得到坚硬耐磨的表面层选择中碳钢或高选择中碳钢或高 碳钢；碳钢； 得到既有坚硬表面，又保证心部的强度和得到既有坚硬表面，又保证心部的强度和韧性韧性合金钢，且要经过预先热处理获得细合金钢，且要经过预先热处理获得细小碳化物分布在铁素体基体上的组织；小碳化物分布在铁素体基体上的组织； 与传统热处理用钢相比，在同样条件下，与传统热处理用钢相比，在同样条件下，可采用合金量较低的钢种；可采用合金量较低的钢种； 决定感应加热表面淬火用钢硬度的主要因素；决定感应加热表面淬火用钢硬度的主要因素； 代替渗碳钢时，由于表面硬度要求高，应选择含代替渗

24、碳钢时，由于表面硬度要求高，应选择含 碳量较高的钢种（碳量较高的钢种（0.500.60%）；）； 为了提高调质零件的耐磨性，最合适的为了提高调质零件的耐磨性，最合适的含碳量为含碳量为0.400.50%。2）含碳量）含碳量3）预先热处理和感应加热表面淬火前的原始组织）预先热处理和感应加热表面淬火前的原始组织 原始组织为弥散细小的碳化物颗粒均匀分布在铁素原始组织为弥散细小的碳化物颗粒均匀分布在铁素体基体上的组织，在感应加热时，可以在较低的温度体基体上的组织，在感应加热时，可以在较低的温度较快地转变为较快地转变为A，短时实现，短时实现A均匀化。用这种原始组织均匀化。用这种原始组织的钢制成零件，可获得

25、硬化层薄而硬度高的表面层和的钢制成零件，可获得硬化层薄而硬度高的表面层和心部良好的综合力学性能。心部良好的综合力学性能。 用正火预先热处理得到具有细珠光体及少量铁素体组用正火预先热处理得到具有细珠光体及少量铁素体组织的中碳钢也可获得较好的结果，但比回火索氏体的心织的中碳钢也可获得较好的结果，但比回火索氏体的心部力学性能差一些部力学性能差一些 用铸造、锻造、热轧或用退火用铸造、锻造、热轧或用退火预先热处理得到的粗片珠光体及预先热处理得到的粗片珠光体及铁素体或珠光体及大块铁素体的铁素体或珠光体及大块铁素体的中碳钢，经感应快速加热表面淬中碳钢，经感应快速加热表面淬火后心部的力学性能较差。火后心部的力

26、学性能较差。 粗粒的球化体组织或大块状粗粒的球化体组织或大块状铁素体组织，对感应加热表面铁素体组织，对感应加热表面淬火有不利的影响。淬火有不利的影响。4）表面硬度）表面硬度对于不同材料在不同条件下工作的零件，有不同要求。对于不同材料在不同条件下工作的零件，有不同要求。5）硬化层深度）硬化层深度 图纸上所规定的硬化层深度，是保证零件较好力学图纸上所规定的硬化层深度，是保证零件较好力学性能而确定的，实际上还应控制感应加热表面淬火后过性能而确定的，实际上还应控制感应加热表面淬火后过渡层大小和分布。渡层大小和分布。 硬化层是指从表面全部硬化层是指从表面全部M到半到半M的这段距离；的这段距离； 过渡层是

27、指半过渡层是指半M到出现原始组织的这段距离；到出现原始组织的这段距离； 过渡层呈现拉应力状态，若过宽，会使表层压应力过渡层呈现拉应力状态，若过宽，会使表层压应力减小，导致疲劳强度降低。过渡层一般为硬化层深度的减小，导致疲劳强度降低。过渡层一般为硬化层深度的2530%。6）硬化区部位）硬化区部位 为了使零件淬火后的过渡层内不为了使零件淬火后的过渡层内不出现出现应力集中、淬应力集中、淬火变形开裂，应对硬化层深度和硬化区部位作合理的规火变形开裂，应对硬化层深度和硬化区部位作合理的规定。定。7）变形）变形中空圆柱或环形零件的变形中空圆柱或环形零件的变形 硬化层深度小于硬化层深度小于0.35（外环直径（

28、外环直径-内环直径）时，变内环直径）时，变形规律：淬外圆，外径胀大；淬内圆，内径缩小形规律：淬外圆，外径胀大；淬内圆，内径缩小 硬化层深度大于硬化层深度大于0.1（圆柱外径或外环直径（圆柱外径或外环直径-圆柱内圆柱内径或内环直径）时，变形规律：淬外圆，外径增大而内径或内环直径）时，变形规律：淬外圆，外径增大而内径缩小；淬内圆，内径缩小而外径胀大。径缩小；淬内圆，内径缩小而外径胀大。222500150 f1 1）根据零件尺寸及硬化层深度的要求，合理选择设备）根据零件尺寸及硬化层深度的要求，合理选择设备 设备频率的选择设备频率的选择主要根据硬化层深度来选择主要根据硬化层深度来选择 设备确定后，频率

29、就不能任意调节，电流频率的透入深设备确定后，频率就不能任意调节，电流频率的透入深度是不能根据硬化层深度的要求来随意选择的。要实现透度是不能根据硬化层深度的要求来随意选择的。要实现透入式加热，电流的频率的选择范围为：入式加热，电流的频率的选择范围为：2. 感应加热表面淬火工艺参数的确定感应加热表面淬火工艺参数的确定2600bestf 当硬化层深度已知，就可以找到一电流最佳频率。实践当硬化层深度已知，就可以找到一电流最佳频率。实践证明，硬化层深度为电流热透入深度的一半时，可以得到证明，硬化层深度为电流热透入深度的一半时，可以得到电流最佳频率：电流最佳频率： 当要求硬化层深度大于现有设备频率所能达到

30、的电流透当要求硬化层深度大于现有设备频率所能达到的电流透入深度时，在保证表面不过热的条件下，采用的方法：入深度时，在保证表面不过热的条件下，采用的方法： 降低零件单位表面的输入功率，延长加热时间；降低零件单位表面的输入功率，延长加热时间； 增大零件与感应器之间的间隙，延长加热时间；或在增大零件与感应器之间的间隙，延长加热时间；或在 同时加热时采用间断加热法，以增加热传导时间；同时加热时采用间断加热法，以增加热传导时间； 零件在感应加热前，在感应器中进行预热；零件在感应加热前，在感应器中进行预热； 连续加热时，采用双匝或多匝感应器；连续加热时，采用双匝或多匝感应器； 采用较小单位表面功率，延长加

31、热时间；采用较小单位表面功率，延长加热时间； 零件尺寸大，而设备功率不足时，应采用连续顺序加热零件尺寸大，而设备功率不足时，应采用连续顺序加热淬火，使感应器加热的表面积尽量减小，以提高单位表面淬火，使感应器加热的表面积尽量减小，以提高单位表面功率，并同时采取预热措施；功率，并同时采取预热措施； 比功率的选择比功率的选择比功率：指感应加热时工件单位表面积上所吸收的比功率：指感应加热时工件单位表面积上所吸收的 电功率；电功率； 在频率一定时，比功率愈大，加热速度愈快；当在频率一定时，比功率愈大，加热速度愈快；当比功率一定时，频率愈高，电流进入愈浅，加热速度比功率一定时，频率愈高，电流进入愈浅，加热

32、速度愈快。愈快。 比功率的选择主要取决于比功率的选择主要取决于频率频率和和要求的硬化层深要求的硬化层深度度。在频率一定时，硬化层较浅的，选用较大比功率。在频率一定时，硬化层较浅的，选用较大比功率( (透入式加热透入式加热) )；在层深相同情况下，设备频率较低的；在层深相同情况下，设备频率较低的可选用较大比功率。可选用较大比功率。3. 淬火加热温度和方式的选择淬火加热温度和方式的选择 采用较高的淬火加热温度采用较高的淬火加热温度，一般高频加热淬火温度一般高频加热淬火温度可比普通加热淬火温度高可比普通加热淬火温度高30200。 加热速度较快的，采用较高的温度加热速度较快的，采用较高的温度； 淬火前

33、的原始组织不同，也可适当地调整淬火加热淬火前的原始组织不同，也可适当地调整淬火加热温度温度。调质处理的组织比正火的均匀，可采用较低的调质处理的组织比正火的均匀，可采用较低的温度。温度。1） 感应加热淬火温度感应加热淬火温度与加热速度和淬火前原始组织有关与加热速度和淬火前原始组织有关2） 加热方式加热方式 同时加热法：同时加热法：对对工件需淬火表面同时工件需淬火表面同时加热，一般在设备功加热，一般在设备功率足够、生产批量比率足够、生产批量比较大的情况下采用；较大的情况下采用； 连续加热法：连续加热法：对工件需对工件需淬火部位中的一部分同时淬火部位中的一部分同时加热，通过感应器与工件加热，通过感应

34、器与工件之间的相对运动，把已加之间的相对运动，把已加热部位逐渐移到冷却位置热部位逐渐移到冷却位置冷却，待加热部位移至感冷却，待加热部位移至感应器中加热，如此连续进应器中加热，如此连续进行，直至需硬化的全部部行，直至需硬化的全部部位淬火完毕。位淬火完毕。3）冷却方式和冷却介质的选择冷却方式和冷却介质的选择 喷射冷却法喷射冷却法：当感应加热终了时把工件置于喷射器当感应加热终了时把工件置于喷射器之中，向工件喷射淬火介质进行淬火冷却。之中，向工件喷射淬火介质进行淬火冷却。 冷却方式：喷射冷却法和浸液淬火法冷却方式：喷射冷却法和浸液淬火法 浸浸液淬火法液淬火法：当工件加热终了时，浸入淬火介质中当工件加热

35、终了时，浸入淬火介质中进行冷却。进行冷却。 对细对细、薄工件或合金钢齿轮，为减少变形、开裂，薄工件或合金钢齿轮，为减少变形、开裂，可将感应器与工件同时放入油槽中加热，断电后冷却，可将感应器与工件同时放入油槽中加热，断电后冷却，这种方法称为这种方法称为埋油淬火法埋油淬火法。 用于喷射冷却。用于喷射冷却。其其冷却能力随浓度增大而降低，冷却能力随浓度增大而降低，通常使用的浓度为通常使用的浓度为0.050.30；若浓度若浓度0.3，则使用，则使用温度最好为温度最好为3243，不宜低于，不宜低于15。 淬火介质淬火介质水、聚乙烯醇水溶液、聚丙烯醇水溶液、乳化液和油水、聚乙烯醇水溶液、聚丙烯醇水溶液、乳化

36、液和油低淬透性钢制作的形状简单的零件，用于喷射冷却。低淬透性钢制作的形状简单的零件，用于喷射冷却。 水水 聚乙烯醇水溶液聚乙烯醇水溶液 乳化液（乳化液（3），），用于喷射冷却，用于喷射冷却，低合金钢制作的低合金钢制作的的零件，的零件，形状复杂的碳钢制作的零件，用来防止这些形状复杂的碳钢制作的零件，用来防止这些零件开裂；零件开裂； 乳化液乳化液 合金钢浸液冷却；使用时，必须具有良好的通风和合金钢浸液冷却；使用时，必须具有良好的通风和灭火条件；也可用于喷射冷却。采用埋油淬火时，一般灭火条件；也可用于喷射冷却。采用埋油淬火时，一般在油中设有喷油装置或油搅拌器，对油进行强制冷却在油中设有喷油装置或油搅

37、拌器，对油进行强制冷却； 油油4. 回火工艺回火工艺2）回火方式回火方式降低残余应力和脆性，而又不致降低硬度降低残余应力和脆性，而又不致降低硬度采用低温回火采用低温回火1）目的目的 炉中回火炉中回火 自回火自回火 感应加热回感应加热回火火 种类种类p 炉中回火炉中回火p 自回火自回火：当淬火后尚未完全冷却，利用在工件内残当淬火后尚未完全冷却，利用在工件内残留的热量进行回火留的热量进行回火。 特点特点 温度温度：150180 时间时间：12小时小时 温度温度：比炉中回比炉中回火要高火要高80左右左右 时间：时间：自回火时自回火时间短间短p 感应加热回火感应加热回火 目的：目的：降低过渡层的拉应力

38、降低过渡层的拉应力 时间：时间：比炉中回火加热时间短，显微组织中碳化物比炉中回火加热时间短，显微组织中碳化物 弥散度大弥散度大钢件耐磨性高，冲击韧性较好钢件耐磨性高，冲击韧性较好； 热源种类：热源种类：中频或工频加热回火中频或工频加热回火，保证，保证加热层的深加热层的深 度比硬化层深一些；度比硬化层深一些； 加热速度加热速度：小于小于1520/S10.4 10.4 火焰加热表面淬火火焰加热表面淬火1.1.定义定义 用一种火焰在一个工件表面上若干尺寸范围内加用一种火焰在一个工件表面上若干尺寸范围内加热，使其奥氏体化并淬火的工艺。热，使其奥氏体化并淬火的工艺。供给表面的热量供给表面的热量表面传给心

39、部表面传给心部+散失的热量散失的热量表面淬火表面淬火一、概述一、概述2.2.特点特点 设备简单、使用方便、成本低设备简单、使用方便、成本低； 不受工件体积大小的限制，可灵活移动使用不受工件体积大小的限制，可灵活移动使用； 淬火后表面清洁，无氧化、脱碳现象，变形也小淬火后表面清洁，无氧化、脱碳现象，变形也小；p 优优点点 表面容易过热；表面容易过热； 较难得到小于较难得到小于2mm的淬硬层深度，只适用于火的淬硬层深度，只适用于火 焰喷射方便的表层上；焰喷射方便的表层上； 采用的混合气体有爆炸危险采用的混合气体有爆炸危险；p 缺点缺点二、二、 火焰的结构及其特性火焰的结构及其特性 煤气和氧气煤气和

40、氧气(1:0.6)； 天然气和氧气天然气和氧气(1:1.2-1:2.3)； 丙烷和氧气丙烷和氧气(1:4-1:5)； 乙炔和氧气乙炔和氧气(1:1-1:1.5)；1. 燃料燃料 最高为氧最高为氧、乙炔焰，可达乙炔焰，可达3100 最低为氧、丙烷氧、丙烷焰，可达最低为氧、丙烷氧、丙烷焰，可达2650； 通常用氧、乙炔焰，简称氧炔焰。乙炔和氧气的通常用氧、乙炔焰，简称氧炔焰。乙炔和氧气的 比例不同，火焰的温度不同。比例不同，火焰的温度不同。2.火焰温度火焰温度 还原区温度最高还原区温度最高(一般距焰心顶端一般距焰心顶端2-3mm处温度达最处温度达最高值高值)，应尽量利用这个高温区加热工件。，应尽量

41、利用这个高温区加热工件。依据：乙炔与氧气的比例不同依据：乙炔与氧气的比例不同3. 分类分类 还原焰还原焰 中性焰中性焰 氧化焰氧化焰焰分三区：焰心、还原区及全然区焰分三区：焰心、还原区及全然区三、三、火焰加热火焰加热淬火方法淬火方法1. 同时加热淬火同时加热淬火 将淬火工件表面一次同将淬火工件表面一次同时加热到淬火温度，然后喷时加热到淬火温度，然后喷水或浸入淬火介质中冷却。水或浸入淬火介质中冷却。特点：特点：较小面积的表面淬火，较小面积的表面淬火，适用大量生产，便于实现自适用大量生产，便于实现自动化。动化。2. 旋架淬火法旋架淬火法 工件在加热和冷却过程工件在加热和冷却过程中旋转，可使工件加热

42、均中旋转，可使工件加热均匀。匀。特点：特点：圆柱形或圆盘形工件圆柱形或圆盘形工件的表面淬火。的表面淬火。3. 摆动淬火法摆动淬火法 靠喷嘴在工件上面来回摆靠喷嘴在工件上面来回摆动，以扩大加热面积，当欲加动，以扩大加热面积，当欲加热部分表面均匀达到加热温度热部分表面均匀达到加热温度时，采用和同时加热法一样的时，采用和同时加热法一样的方法冷却。方法冷却。特点：特点：较大面积、淬硬层深度较大面积、淬硬层深度较深的表面淬火。较深的表面淬火。4 推进淬火法推进淬火法 喷嘴连续沿工件表面欲淬喷嘴连续沿工件表面欲淬火部位向前推进加热，喷水火部位向前推进加热，喷水器随后跟着喷水冷却淬火。器随后跟着喷水冷却淬火

43、。特点：特点：导轨、机床床身的滑导轨、机床床身的滑动槽等淬火。动槽等淬火。5 旋转连续淬火法旋转连续淬火法 旋转淬火与推进淬火旋转淬火与推进淬火法的组合。法的组合。特点：特点：轴类零件的表面淬火。轴类零件的表面淬火。6 周边连续淬火法周边连续淬火法 火焰喷嘴和喷水器沿火焰喷嘴和喷水器沿着淬火工件的周边作曲线着淬火工件的周边作曲线运动来加热工件周边和冷运动来加热工件周边和冷却。却。特点：特点：开始加热淬火区开始加热淬火区与最终淬火加热区相遇与最终淬火加热区相遇时要产生软带。时要产生软带。 规定淬硬层深度的火焰淬火，工件表面加热温度应规定淬硬层深度的火焰淬火，工件表面加热温度应比普通淬火温度高比普

44、通淬火温度高20-30。因加热速度快，工件最好先进行正火或调质处理，因加热速度快，工件最好先进行正火或调质处理，获得细片获得细片P加热深度较大时，应进行预热防止工件开裂。加热深度较大时，应进行预热防止工件开裂。喷嘴与工件的距离应保持在热效率最高的区域，一喷嘴与工件的距离应保持在热效率最高的区域，一般为还原区顶端距工件表面般为还原区顶端距工件表面2-3mm。喷嘴移动速度越过慢，工件表面会过热，淬火后硬喷嘴移动速度越过慢，工件表面会过热，淬火后硬度下降。度下降。与喷嘴移动速度越快、燃气流量越小，淬硬层深度与喷嘴移动速度越快、燃气流量越小，淬硬层深度越薄。越薄。四、四、火焰加热火焰加热淬火工艺淬火工

45、艺 加热停止与喷水冷却的时间间隔为加热停止与喷水冷却的时间间隔为5-6s为宜。为宜。连续加热淬火时，控制火焰喷嘴与喷水孔间的距离连续加热淬火时，控制火焰喷嘴与喷水孔间的距离为为10-15mm内。内。手动火焰淬火，可将工件投入水或油中冷却，适用手动火焰淬火，可将工件投入水或油中冷却，适用于不需要急冷的合金钢或碳钢小件。若要求急冷，可于不需要急冷的合金钢或碳钢小件。若要求急冷，可在喷嘴上加工喷射孔喷射冷却介质连续冷却。在喷嘴上加工喷射孔喷射冷却介质连续冷却。旋转法，可在冷却圈进行喷射冷却介质。旋转法，可在冷却圈进行喷射冷却介质。火焰淬火后进行炉中回火或自回火。炉中回火温度火焰淬火后进行炉中回火或自

46、回火。炉中回火温度180-220，保温时间，保温时间1-2h。10.5 10.5 其它表面淬火法其它表面淬火法一一 、电解液加热表面淬火电解液加热表面淬火 工作原理如右图所示工作原理如右图所示 特点：工艺简单、生产特点：工艺简单、生产率高、变形小。率高、变形小。 应用：用于生产流水线，应用：用于生产流水线，内燃机阀杆的顶端淬火，不内燃机阀杆的顶端淬火，不适用形状复杂、尺寸较大工适用形状复杂、尺寸较大工件。件。二、二、电接触加热表面淬火电接触加热表面淬火 借一特制的可移动的借一特制的可移动的电极与工件表面接触，并电极与工件表面接触，并通以低电压大电流，借接通以低电压大电流，借接触电阻加热工件表面

47、而淬触电阻加热工件表面而淬火的方法称为电接触加热火的方法称为电接触加热表面淬火。表面淬火。 加热后可以水冷，也加热后可以水冷，也可以利用工件本身向未加可以利用工件本身向未加热部位传热冷却淬火热部位传热冷却淬火。三、三、高频脉冲表面淬火高频脉冲表面淬火1.定义定义 以能量密度很大的能源对金属表面超高速加热，可以能量密度很大的能源对金属表面超高速加热，可在若干毫秒时间内加热到淬火温度，然后靠未加热的金在若干毫秒时间内加热到淬火温度，然后靠未加热的金属内部快速热传导自激冷而实现表面淬火硬化的工艺。属内部快速热传导自激冷而实现表面淬火硬化的工艺。热源：高频脉冲电流、电子束、激光束等。热源：高频脉冲电流

48、、电子束、激光束等。2.2.优点优点奥氏体晶粒超细化，淬火后得到极细的隐晶奥氏体晶粒超细化，淬火后得到极细的隐晶M M，淬硬层，淬硬层有很高的硬度和韧性，不显示脆性，有较高的抗蚀性。有很高的硬度和韧性，不显示脆性，有较高的抗蚀性。时间短，效率高时间短，效率高能准确控制盒调整淬硬区，可避免变形。能准确控制盒调整淬硬区，可避免变形。碳钢经脉冲加热淬火后具有很高的硬度和回火稳定性，碳钢经脉冲加热淬火后具有很高的硬度和回火稳定性，可代替合金工具钢。可代替合金工具钢。工艺稳定可靠，易实现自动化生产。工艺稳定可靠，易实现自动化生产。采用交变电流频率采用交变电流频率27.12MHz，无公害。，无公害。3.缺

49、点缺点不适用于大型零件的表面硬化不适用于大型零件的表面硬化不适用于导热差的合金钢表面硬化。不适用于导热差的合金钢表面硬化。4.应用应用切削工具、照相机、钟表、仪器等小零件的局部淬火。切削工具、照相机、钟表、仪器等小零件的局部淬火。5.工艺工艺 参数主要有：输出能量密度、脉冲加热时间、感应参数主要有：输出能量密度、脉冲加热时间、感应器与工件的间隙等。器与工件的间隙等。硬化层深度随能量密度增加或脉冲时间的延长而增硬化层深度随能量密度增加或脉冲时间的延长而增加。加。对于含有难溶碳化物的钢材，如果脉冲加热时间过对于含有难溶碳化物的钢材，如果脉冲加热时间过长或能量密度较低，表面加热结束后，内部仍然有较长

50、或能量密度较低，表面加热结束后，内部仍然有较高的温度不能实现自激冷。高的温度不能实现自激冷。四、四、激光加热表面淬火激光加热表面淬火1 激光热处理的基本原理激光热处理的基本原理 1） 特点：亮度极高、单色性和方向性极强特点：亮度极高、单色性和方向性极强2） 加热方式：扫描方式（点加热方式：扫描方式（点线线面）面） 以轻微散焦的激光束进行横扫描，可以单程扫描，以轻微散焦的激光束进行横扫描，可以单程扫描， 也可以交叠扫描；也可以交叠扫描； 用尖锐聚焦的激光束进行往复摆动扫描；用尖锐聚焦的激光束进行往复摆动扫描；c 摆动的摆动的尖锐聚焦激光束尖锐聚焦激光束单程扫描单程扫描a 散焦的光束单程扫描散焦的光束单程扫描b 散焦的光束交叠扫描散焦的光束交叠扫描3） 关键参数关键参数 扫描速度扫