Re 第四章表面淬火與表面形變強化

1、原理: 利用快速加熱裝置將工件表面迅速加熱至淬火溫度，而不等熱量傳至中心，便立即進行淬火冷卻的一種熱處理工藝方法。表層獲得硬而耐磨的馬氏體而心部仍為未淬火組織，即韌性較好的調(diào)質(zhì)組織、正火組織等。方法: 感應(yīng)加熱淬火、火焰淬火、激光加熱表面淬火、 電子束淬火等。 中碳鋼:（40、45、50號鋼）中碳合金鋼（如40Cr、40MnB） 球墨鑄鐵 l1. 原理原理： 把工件放到空心銅管繞成的感應(yīng)線 圈 中 ， 線 圈 中 通 入 一 定 頻 率 的交 流 電 流 ， 于 是 工 件 中 就 感 應(yīng) 出同 頻 率 的 感 應(yīng) 電 流 ， 感 應(yīng) 電 流 在工 件 中 自 成 回 路 ， 而 且 這 種

2、電 流有 這 樣 一 個 特 點 ， 在 截 面 的 分 布上不均勻，表面電流密度極大，心部電流密度幾乎等于零，即具有“集膚效應(yīng)”。由于鋼本身具有電阻，因而使鋼件表層快速加熱到淬火溫度，隨即噴水 冷 卻 ， 使 工 件 表 層 淬 硬 。主要與電源頻率（f）有關(guān) 對于碳鋼有如下關(guān)系： =(500-600) f 對于合金鋼有 =503 / f 式中為電流透入深度(mm),f為電流頻率（Hz）。為零件電阻率（.mm2/m）,為零件的導(dǎo)磁率。l50 Hz (工頻）：10-15 mm.l2500-8000 Hz（中頻）：2-5 mm.l200-300 kHz (高頻）：0.5-2 mm.(1)高頻淬火

3、： 20萬-30萬Hz, 0.5-2.5mm, 小模數(shù)齒輪、中小型軸類零件。(2) 中頻淬火： 2500-8000Hz，3-6mm,直徑較大軸類零件、模數(shù)較大齒輪。(3) 工頻淬火: 50Hz,10-15mm, 火車車輪，軋輥。2特點（1）加熱速度快，時間短，奧氏體不易長大，淬火后得到非常細小 的隱晶馬氏體，比普通淬火硬度高HRC2-3.（2）感應(yīng)加熱淬火后，工件表層疲勞強度高。因為馬氏體轉(zhuǎn)變體積膨脹，在工件表層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，提高疲勞強度。（3）加熱速度快，無保溫時間，鋼件表面不易氧化、脫碳，心部未加 熱，鋼件變形小。（4）生產(chǎn)效率高。 缺點：設(shè)備昂貴，不適合單件生產(chǎn)，形狀復(fù)雜的零件感應(yīng)器不

4、好制備。 是用乙炔-氧或煤氣-氧混合氣體燃燒得到的高溫火焰噴射到工件的表面，當(dāng)表面溫度達到淬火溫度，隨即噴水冷卻，從而獲得需要的表面層硬度和淬硬層深度的一種表面淬火方法。l零件：中碳鋼35、45鋼和中碳合金鋼，40Cr, 65Mn等。l特點：方法簡單，無需特殊設(shè)備，適用于單件、小批量生產(chǎn)，如大摸數(shù)齒輪、大型軸類。l但由于加熱系統(tǒng)不封閉，故加熱溫度不易控制，工件表面易過熱、過燒。因此，淬火質(zhì)量難以控制。利用聚焦后的激光束照射到鋼鐵材料表面使其溫度生高到淬火溫度，當(dāng)激光移開后，由于鋼鐵本身的導(dǎo)熱作用使得表層快速冷卻達到淬火。 特點：能量密度更高、加熱速度更快，不需 要淬火介質(zhì)，工件變形小易于實現(xiàn)自

5、 動化。加熱層深度：0.1-1.0mm.激光淬火激光器主要有： CO2和YAG（摻釹釔鋁石榴石）影響淬硬層深度H的主要參數(shù)：lH & P/(Dv) P;激光功率，D: 光斑直徑, v：掃描速度. P/(Dv)的物理意義為單位面積激光作用區(qū)注入的激光能量，稱為比能量，單位J/cm2。 另外一個重要的工藝參數(shù)為功率密度，即單位面積注入工件表面的激光功率。為了使工件表面不熔化，激光功率密度通常低于10000w/cm2,一般為1000-6000w/cm2. 包括兩方面：一方面指鋼本身，表面是什么組織，例如調(diào)質(zhì)組織。二是指表面“黑化處理”，以便提高鋼鐵表面對激光束的吸收率。方法有；磷化、氧化、刷涂料。就

6、是用激光把基材表面加熱到熔化溫度以上，然后靠基材本身的導(dǎo)熱使熔化層表面快速冷卻并結(jié)晶的熱處理工藝。組織變化為：熔凝層、相變硬化層、熱影響區(qū)和基材。與激光淬火相比，激光熔凝層比激光淬火的硬化層要深，硬度要高、耐磨性要好。缺點：表面變的粗糙，后續(xù)加工量大。特別適合于：灰口鑄鐵和球墨鑄鐵的表面強化，表面可以形成含碳量很高的白口鑄鐵，硬度可達到1000-1100HV，耐磨性得到提高。 l電子束淬火技術(shù)是以高能電子束作為能源進行表面相變硬化的熱處理工藝。原理與激光淬火類似，不需要介質(zhì)，工件對于電子束的吸收率比激光大得多，淬硬層深度也高于激光淬火。l限制：在真空環(huán)境下進行。限制使用范圍，在工業(yè)中已經(jīng)被激光

7、淬火取代。一、噴丸強化技術(shù)方式：用從噴丸機中高速噴射的小彈丸撞擊工件的表面，使材料表層產(chǎn)生塑性變形，形成較大的殘余壓應(yīng)力，從而提高表面的強度和疲勞性能。原理：靠加工硬化作用，表面 材料晶粒細化，產(chǎn)生位錯、 孿晶、亞晶。彈丸：鑄鐵、鑄鋼丸、不銹鋼丸 陶瓷丸。 （1）對硬度：材料硬度越高，噴丸強化層越淺，彈丸硬度、動能越大，噴丸后材料表面硬度也越大，硬化層最高可達到0.8mm.（2）對表面粗糙度影響：粗糙度對疲勞壽命影響很大，降低表面粗糙度可以增加零件疲勞壽命。噴丸后雖然使表面粗糙度略有增加，但噴丸的痕跡沒有方向性、可使切削加工的尖銳刀痕圓滑，有利于提高疲勞強度。噴丸后表面粗糙度與彈丸的直徑有關(guān)。（3）對疲勞壽命和抗應(yīng)力腐蝕能力的影響：噴丸后，可在工件0.2-0.4mm厚的表層內(nèi)產(chǎn)生幾百MPa的壓應(yīng)力，可大幅度提高疲勞壽命和抗應(yīng)力腐蝕能力。 廣泛用于: 彈簧、齒輪、鏈條、軸等零部件。 某大汽車公司對噴丸處理的齒輪箱傳動軸和齒輪進行疲勞實驗（材料40CrMo，HRC58-62）.疲勞壽命提高三倍以上。 二、表面滾壓技術(shù)二、表面滾壓技術(shù)l表面滾壓技術(shù)就是用表面滾壓技術(shù)就是用輥輪、輥軸輥輪、輥軸對零件表面進行滾壓對零件表面進行滾壓或者擠壓，通過塑性變形，形成強化層。對于圓角、或者擠壓，通過塑性變形，形成強化層。對于圓角、溝槽等皆可通過滾壓獲得表層形變強化，并引入殘余溝