表面淬火工艺原理、组织性能

1、 职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库金属材料与热处理课程表面淬火工艺原理、组织性能主讲教师：马安博 西安航空职业技术学院表面淬火工艺原理与组织性能一、表面淬火工艺原理通过快速加热使钢的表层奥氏体化，然后急冷，使表层形成马氏体组织，而心部仍保持不变。钢在表面淬火时，其基本条件是有足够的能量密度提供表面加热，使表面有足够快的速度达到相变点以上的温度。因此，表面淬火时，钢处于非平衡加热。（1）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 在快速加热时均随着加热速度的增加而向高温移动。但当加热速度大到某一范围时，所有亚共析钢的转变温度均相同.加热速度愈快，奥氏体形成温度范围愈宽，但形成速

2、度快；形成时间短。加热速度对奥氏体开始形成温度影响不大，但随着加热速度的提高，显著提高了形成终了温度。原始组织愈不均匀，最终形成温度提得愈高。（2）奥氏体成分不均匀性随着加热速度的增加而增大 如前所述，随着加热速度的增大，转变温度提高，转变温度范围扩大。随着转变温度的升高，与铁素体相平衡的奥氏体碳浓度降低，而与渗碳体相平衡的奥氏体碳浓度增大。因此，与铁素体相毗邻的奥氏体碳浓度将和与渗碳体相毗邻的奥氏体中碳浓度有很大差异。由于加热速度快，加热时间短，碳及合金元素来不及扩散，将造成奥氏体中成分的不均匀，且随着加热速度的提高，奥氏体成分的不均匀性增大。例如0.4C碳钢，当以130s的加热速度加热至9

3、00时，奥氏体中存在着1.6C的碳浓度区。显然，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 快速加热时，过热度很大，奥氏体晶核不仅在铁素体一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，因此使奥氏体的成核串增大。又由于加热时间极短，奥氏体晶粒来不及长大。当用超快速加热时，可获得超细化晶粒。（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 快速加热使奥氏体成分不均匀及晶粒细化，减小了过冷奥氏体的稳定性，使c曲线左移由于奥氏体成分的不均匀性，特别是亚共析钢，还会

4、出现二种成分不均匀性现象。在珠光体区域，原渗碳体片区与原铁索体片区之间存在着成分的不均匀性，这种区域很傲小，即在微小体积内的不均匀性而在原珠光体区与原先共析铁索体块区也存在着成分的不均匀性，这是大体积范围内的不均匀性。由于存在这种成分的大体积不均匀性，将使这二区域的马氏体转变点不同，马氏体形态不同。即相当于原铁素体区出现低碳马氏体，原珠光体区出现高碳马氏体。由于快速加热奥氏体成分的不均匀性，淬火后马氏体成分也不均匀，所以，尽管淬火后硬度较高，但回火时硬度下降较快，因此回火温度应比普通加热淬火的略低。二、表面淬火组织与性能淬火前为退火状态的共析钢表面淬火后的组织：表层：马氏体M；向内：珠光体P马

5、氏体M；心部：原始组织珠光体。淬火前为正火状态的45钢表面淬火后的组织：表层：马氏体M；向内：铁素体F马氏体M；再向内：铁素体F珠光体P马氏体M；心部：原始组织铁素体F珠光体P 。表面硬度：快速加热，激冷淬火后表面硬度比普通淬火高；原因：奥氏体晶粒细化、成分不均匀；耐磨性：工件的耐磨性比普通淬火的高；原因：奥氏体晶粒细化、成分不均匀；表面硬度高；表面处于压应力状态；疲劳强度：采用正确的表面淬火工艺，可以显著地提高零件的抗疲劳性能，降低缺口敏感性；原因：表面强度提高；表面形成很大的残余压应力。（例如：40Cr，调质加表面淬火时疲劳极限-1324N/mm2，而调质态为235N/mm2）疲劳强度的提高与淬硬层深度有一定关系。层浅，强化效果不显著