材料与热处理(项目六)课件

项目六钢的表面热处理6.1表面火焰淬火6.2表面感应淬火6.1表面火焰淬火钢的表面淬火一般分为火焰加热表面淬火和感应加热表面淬火等。表面淬火使工件表层得到高硬度的淬火马氏体，而心部仍然保持原有的韧性。下一页返回6.1表面火焰淬火6.1.1表面火焰淬火的原理火焰加热表面淬火是一种利用乙炔一氧气或煤气一氧气混合气体的燃烧火焰，将工件表面迅速加热到淬火温度，随后以浸水和喷水方式进行冷却，使工件表层转变为马氏体而心部组织不变的工艺方法。火焰加热表面热处理，如图6-1所示。上一页下一页返回6.2表面感应淬火6.2.1表面感应淬火的原理表面感应淬火是利用电磁感应原理，将工件置于用铜管制成的感应圈中，通以一定频率的交变电流，铜管中产生的交变磁场在工件内产生一定频率的感应电流(涡流)，利用工件的电阻而将工件加热。由于感应电流的集肤效应，靠近工件表面电流密度最大，而工件心部电流几乎为零，使工件表层被快速加热至奥氏体化，随后立即快速冷却，在工件表面获得一定深度的淬硬层，如图6-2所示。按所用电流频率不同，感应淬火分三种:下一页返回6.2表面感应淬火(1)高频感应淬火。常用频率为200~300Hz，淬硬层深度为0.5~2mm，主要用于要求淬硬层较薄的中、小模数齿轮和中、小尺寸轴类零件等。(2)中频感应淬火。常用频率为2500~8000Hz，淬硬层深度为2~10mm，主要用于大、中模数齿轮和较大直径轴类零件等。(3)工频感应淬火。电流频率为50Hz,淬硬层深度为10~20mm。主要用于大直径零件(如轧辊、火车车轮等)的表面淬火和大直径钢件的穿透加热。上一页下一页返回6.2表面感应淬火6.2.2表面感应淬火的应用电流透入工件表层的深度主要与电流频率有关，频率越高，透入层深度越小。对于碳钢，淬硬层深度与电流频率存在以下关系式中，δ为淬硬层深度(mm);f为电流频率(Hz)。可见，电流频率越大，淬硬层深度越薄。因此，通过改变交流电的频率，可以得到不同厚度的淬硬层，生产中一般根据工件尺寸大小及所需淬硬层的深度来选用感应加热的频率。上一页下一页返回6.2表面感应淬火感应加热表面淬火一般适用于中碳钢和中碳低合金钢(含碳量0.4%~0.5%)，如45,40Cr,40MnB等，可使齿轮、轴类零件的表面硬化，提高耐磨性和疲劳强度。表面淬火零件一般先通过调质或正火处理，使心部保持较高的综合力学性能，表层则通过表面淬火+低温回火获得高硬度、高耐磨性。一般感应加热淬火零件的加工工艺路线为:下料一锻造一退火或正火一粗加工一调质一精加工一表面淬火一低温回火一(粗磨一时效一精磨)。表面感应淬火的质量好，表层组织细密、硬度高、脆性小、疲劳强度高;生产效率高、便于自动化，但设备较贵，不适于单件和小批量生产。主要适用于轴类、齿轮类、工模具等零件，上一页下一页返回6.2表面感应淬火6.2.3淬透性1.淬透性与淬硬性的概念钢的淬透性是指钢在淬火时能够获得马氏体组织的倾向(即钢被淬透的能力)，它是钢固有的一种属性。淬透性也叫可淬透性，它取决于钢的淬火临界冷却速度的大小。淬硬性是指钢在正常的淬火条件下，所能达到的最高硬度。淬硬性主要与钢中的碳含量有关，即淬火加热时固溶于奥氏体中的含碳量。奥氏体中固溶的含碳量越高，淬火后马氏体的硬度也越高。2.影响淬透性的因素钢的淬透性取决于临界冷却速度vK的大小,C形曲线越右，上一页下一页返回6.2表面感应淬火3.淬透性的测定方法(1)断口检验法。它是根据试样断口呈现的状态来评定钢的淬透性。由于硬脆的淬硬层(马氏体)和柔韧的未淬硬层(珠光体或贝氏体)在断口上有明显的区别，前者晶粒细致，呈绢状断口;后者呈粗粒状断口，易于将淬硬层深度测出，故可根据断口来评定钢的淬透性。此法主要适用于碳素工具钢，而低合金工具钢也可参照使用，详见国标GB227-1963《碳素工具钢淬透性试验法》。(2)U形曲线法。U形曲线法采用长度为直径4~6倍的圆柱形试样，以保证在淬火时可使试样中部不直接受端部强烈冷却的影响。将一组不同直径的试样经奥氏体化后在一定的淬火介质(如水、盐水、油)中冷却，然后从试样中部切开，经磨平后上一页下一页返回6.2表面感应淬火(4)末端淬透法。末端淬火法是国家标准规定的最常用的测定淬透性的方法，如图6-4所示，将Φ25x100的标准试样奥氏体化后，对末端喷水冷却。试样上距末端(水冷端)越远的部分，冷却速度越低，硬度也随之下降。待试样冷却后，将试样两侧磨去0.2-0.5mm深度而获得两个平行的平面，然后从水冷端开始每隔1.5mm测量一个硬度值，即可得到试样沿轴向的硬度分布曲线，称作钢的淬透性曲线。按GB225-63规定，钢的淬透性值可用

表示，其中J表示末端淬透性，d表示至水冷端的距离，HRC为该处的硬上一页下一页返回6.2表面感应淬火度值。如

表示距水冷端6mm处硬度为40HRC；表示距水冷端10~15mm处硬度为36HRC;表示距水冷端10mm处硬度为30~36HRC。4.淬透性的应用钢的淬透性是选材和制订热处理工艺规程时的主要依据。钢的淬透性好坏对热处理后的力学性能影响很大。(1)根据工件的工作条件确定对钢的淬透性的要求。上一页下一页返回6.2表面感应淬火例如，当工件整个截面被淬透时，回火后表面和心部组织与性能均匀一致，如图6-5(a)所示。否则工件表面和心部组织不同，回火后整个截面上硬度虽然近似一致，但未淬透部分的屈服点和韧性却显著降低，如图6-5(b)、(c)所示。①对于承受负荷较大，要求具有整体均一力学性能的零件，如联结螺栓、内燃机连杆、锻模等，应选用高淬透性钢，并要求全部淬透。②对于承受弯曲和扭转的轴类、齿轮类零件，其表面受力大，心部受力小，则可选用淬透性较低的钢，淬透层深度一般为工件半径或厚度的1/2或1/3即可。上一页下一页返回6.2表面感应淬火③表面淬火用钢(表面淬火前要求调质的除外)一般不要求高淬透性，因表面淬火加热时间短，只加热表面，与淬透性大小关系不大。④焊接件不应选择淬透性高的钢，否则容易在焊缝热影响区出现淬火组织而导致脆性增加，产生裂纹。(2)在安排零件的加工工艺路线时，应考虑淬透性的影响。如对有效淬硬深度浅的大尺寸工件，应在粗加工后再调质，以免把淬透层切除掉而起不到热处理应有的作用。(3)淬透性对热处理工艺方法也有很大的影响。上一页下一页返回6.2表面感应淬火例如，用低淬透性碳钢制造的大尺寸工件往往因有效淬硬深度太浅或根本得不到而使调质失去意义，性能并不比正火高，而用正火则会更经济些。但如用正火不能满足要求，就应考虑更换淬透性较好的合金钢。(4)由于工件的有效淬硬深度，即钢的热处理强化效果直接受工件截面尺寸的影响，因此，在设计时，必须考虑钢的这种尺寸效应，审慎地选用数据，切不可将小试样的性