表面淬火及表面形变强化技术.docx

重庆大学外表工程学讲稿杨大壮

重庆大学外表工程学讲稿

杨大壮

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第四章 外表淬火和外表形变强化技术

第一节 外表淬火技术的原理与特点

一、外表淬火技术的原理与分类

〔一〕外表淬火的原理

外表淬火是通过不同的热源对工件进展快速加热，当零件表层温度到达临界点以上〔此时工件心部温度处于临界点以下〕时快速予以冷却，这样工件表层得到了淬硬组织而心部仍保持原来的组织。

适用材料：中碳钢或中碳合金钢。

工艺特点：快速加热，使工件外表快速升温至淬火温度，而工件心部仍处于A1以下，这时马上喷水冷却，使工件外表层被淬硬成为马氏体，心部仍是原来的组织，保持着良好的韧性。

经外表淬火的工件，其外表硬度、耐磨性和疲乏强度均高，而心部则保存肯定的塑性和韧性。

〔二〕外表淬火技术的分类

依据加热方法不同，外表淬火可分为感应加热〔高频、中频、工频〕外表淬火、火焰加热外表淬火、电接触加热外表淬火、电解液加热外表淬火、激光加热外表淬火、电子束外表淬火等。工业上应用最多的为感应加热和火焰加热外表淬火。

〔三〕外表淬火与化学热处理的区分

外表淬火只对工件的外表或局部外表进展热处理，所以只转变表层的组织。而心部或其它局部的组织仍保存原来的低硬度、高塑性和高韧性的性能，这样工件截面上由于组织不同性能也就不同。外表淬火便于实现机械化、自动化，质量稳定，变形小，热处理周期短，费用少，本钱低，还可用碳钢代替一些合金钢。

化学热处理是将工件外表渗进了某些化学元素的原子，转变了表层的化学成份，使外表能得到高硬度或某些特别的物理、化学性能。而心部组织成份不变，仍保存原来的高塑性。高韧性的性能，这样在工件截面上就有截然不同的化学成份与组织性能。化学热处理生产周期长，不便于实现机械化、自动化生产，工艺简单，质量不够稳定，关心材料消耗多、费用大、本钱高，很多状况下还需要贵重的合金钢。化学热处理只在获得外表层的更高硬度与某些特别性能及心部的高韧性等方面优于外表淬火。

其次节 感应加热外表淬火

一、感应加热外表淬火法的根本原理

〔一〕感应加热外表淬火法定义

感应加热外表淬火法是承受肯定方法使工件外表产生肯定频率的感应电流，将零件外表快速加热，然后快速淬火冷却的一种热处理操作方法。

[特点]

外表晶粒细、硬度高。感应淬火得到很细小的马氏体组织，其硬度也比一般淬火高2～3HRC，且心部根本上保持了处理前的组织和性能。

加热速度快，加热时间很短，一般只需几秒至几十秒即可完成。工件不简洁产生氧化脱碳，淬火变形也很小。

热效率高，生产率高，生产环境好，易实现机械化、自动化。

淬硬层深度易于掌握。通过掌握电流频率来掌握淬硬层深度，阅历公式如下：

δ=(500~600)/√f

式中：δ——淬硬层深度，mmf——电流频率，Hz

设备投资大、修理困难，需依据零件实际制作感应器，适合于批量生

产。

〔二〕感应加热外表淬火法的原理

把工件放入由空心铜管绕成的感应线圈中，当感应线圈通以沟通电时，便会在工件内部感应产生频率一样、方向相反的感应电流。感应电流在工件内自成回路，故称为“涡流”。涡流在工件截面上的分布是不均匀的，外表电流密度最大，心部电流密度几乎为零，这种现象称为集肤效应。由于钢本身具有电阻，因而集中于工件外表的涡流，几秒种可使工件外表温度升至800～1000℃，而心部温度仍接近室温，在随即喷水〔合金钢浸油〕快速冷却后，就到达了外表淬火的目的。

〔三〕感应加热分类

室温时感应电流流入工件表层的深度δ〔mm〕与电流频率f〔HZ〕的关系为

δ 频率上升，电流透入深度降低，淬透层降低。

高频加热

常用频率为〔200～300〕KHZ，淬硬层深度为〔0.5～2.5〕mm，适用于中、

小型零件，如小模数齿轮、轴类等。

中频加热

常用频率为〔2500～8000〕HZ，淬硬层深度为〔2～10〕mm，适用于直径

较大的轴类和大、中模数齿轮以及钢轨、机床导轨等。

工频加热

电流频率为50HZ，不需要频设备，城市用沟通电即可，适用于淬硬层深度

为〔10～20〕mm以上的大型工件或用于穿透加热。如火车车轮等的外表淬火。

感应淬火方法与应用

感应淬火方法与应用

类别

频率范围

/Hz

200k～300k

1k～10k

淬硬层

／mm

应用举例

高频感应

淬火

中频感应

0.5～2

2～8

在摩擦条件下工作的零件，如小齿

轮、小轴

承受扭曲、压力载荷的零件，如曲

淬火

工频感应淬火

50 10～15

轴、大齿轮、主轴

承受扭曲、压力载荷的大型零件，如冷轧辊

优缺点：感应加热外表淬火加热速度快，生产率高，加热温度和淬硬层深度简洁掌握，工件外表氧化和脱碳少，工件变形小，可以使全部淬火过程实现机械

化、自动化。其缺点是设备较昂贵，外形简单的零件感应圈不易制造，且仅