表面淬火40課件

第10章表面淬火

鋼的表面淬火是使零件表面獲得高的硬度和耐磨性,而心部仍保持原來良好的塑性和韌性的熱處理方法。第10章表面淬火鋼的表面淬火是使零件表面獲與化學(xué)熱處理的區(qū)別：不改變零件表面的化學(xué)成分；使零件表面迅速加熱到臨界點(diǎn)以上(心部溫度仍處于臨界點(diǎn)以下)，然后快速冷卻淬火，獲得馬氏體組織達(dá)到強(qiáng)化表面的目的。火焰加熱表面淬火

分類感應(yīng)加熱表面淬火電接觸加熱表面淬火激光加熱表面淬火電子束加熱表面淬火2與化學(xué)熱處理的區(qū)別：不改變零件表面的化學(xué)成分；火焰加熱表面淬10.1表面淬火的原理與特點(diǎn)10.1.1基本原理

利用快速加熱將鋼件表面加熱到相變溫度以上轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，然后快冷，形成馬氏體組織的硬化層，而心部仍保持其原始組織—珠光體、索氏體，且硬化層與基體之間具有不完全淬火的過渡層。適用材料—

中、高碳鋼，普通灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、合金鑄鐵。預(yù)處理—

調(diào)質(zhì)、正火或球化退火。上一頁(yè)下一頁(yè)310.1表面淬火的原理與特點(diǎn)10.1.1基本原理上一頁(yè)下后處理—

低溫回火(爐中回火；自回火)。爐內(nèi)回火－一般回火溫度為150～180℃，時(shí)間為1～2h。

自回火－利用控制冷卻時(shí)間的方法，用淬硬區(qū)以外的殘余熱量,使淬硬層回升到一定溫度而進(jìn)行回火。應(yīng)用—

適用于重型載重汽車上的重要零件如萬向節(jié)、十字軸、曲軸、齒輪等。上一頁(yè)下一頁(yè)4后處理—低溫回火(爐中回火；自回火)。上一頁(yè)下一頁(yè)410.1.2表面淬火與常規(guī)淬火技術(shù)的區(qū)別表面淬火快速加熱將使鋼的相變點(diǎn)溫度Ac3與Accm大幅度提高，但對(duì)Ac1點(diǎn)溫度增幅不大。圖10.1加熱速度對(duì)臨界溫度Ac3的影響上一頁(yè)下一頁(yè)510.1.2表面淬火與常規(guī)淬火技術(shù)的區(qū)別表面淬火快速加熱將表面淬火快速加熱條件下滲碳體難以充分溶解，形成的奧氏體成分不均勻。加熱速度很高時(shí)，甚至使鋼產(chǎn)生無擴(kuò)散奧氏體相變。表面淬火加熱和冷卻速度快，使奧氏體晶粒及其中的亞結(jié)構(gòu)顯著細(xì)化，表層的顯微硬度比普通整體淬火的要高。上一頁(yè)下一頁(yè)6表面淬火快速加熱條件下滲碳體難以充分溶解，形成的奧氏體成分不（1）組織加熱：表面→A過渡→A+F心部保持預(yù)處理狀態(tài)→S+F(正火)

S回火(調(diào)質(zhì))冷卻：表面→M

過渡→M+F心部→組織不變低溫回火：表面→M回火→具有較高的硬度、耐磨性

過渡→M回火+F

心部→S+F或S回火→具有良好的綜合力學(xué)性能10.1.3表面淬火層的組織與性能中碳鋼7（1）組織加熱：表面→A10.1.3表面淬火層的組織與性能（2）性能表面淬火硬度比普通淬火工藝高2～5HRC，且耐磨性好；這是奧氏體晶粒和亞結(jié)構(gòu)的細(xì)化以及淬火冷卻速度快所致。表面淬火零件的疲勞強(qiáng)度大幅度提高，且缺口敏感性下降。這是因?yàn)樵诹慵砻娈a(chǎn)生的壓應(yīng)力抑制了裂紋的萌生與擴(kuò)展。上一頁(yè)下一頁(yè)8（2）性能表面淬火硬度比普通淬火工藝高2～5HRC，且耐磨性

1.定義

將工件置于通有交變電流的感應(yīng)器內(nèi)，在工件內(nèi)會(huì)產(chǎn)生閉合感應(yīng)電流即渦流，使受熱區(qū)迅速加熱到鋼的相變溫度，然后在冷卻介質(zhì)中快速冷卻，使工件表層獲得馬氏體的淬火工藝。

10.2感應(yīng)加熱淬火技術(shù)上一頁(yè)下一頁(yè)91.定義10.2感應(yīng)加熱淬火技術(shù)上一頁(yè)下一頁(yè)9上一頁(yè)下一頁(yè)

2.基本原理

當(dāng)交變電流通過感應(yīng)器時(shí)，產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)使放在感應(yīng)器內(nèi)的工件表面形成閉合回路感應(yīng)電流(稱為渦流)，此渦流將電能變成熱能，使工件加熱。渦流主要分布于工件表面，產(chǎn)生集膚效應(yīng)。感應(yīng)加熱就是利用這種集膚效應(yīng)，使感應(yīng)電流產(chǎn)生的電阻熱將表面層加熱。

交變電流頻率愈高，集膚效應(yīng)愈強(qiáng)烈，電流透入深度愈淺。圖10.5感應(yīng)加熱原理示意圖10上一頁(yè)下一頁(yè)2.基本原理圖10.5感應(yīng)加熱原理示意

3.感應(yīng)加熱表面淬火特點(diǎn)熱能集中工件表面層，加熱速度快；加熱時(shí)間短，表面氧化、脫碳輕微；淬火質(zhì)量好。得到極細(xì)馬氏體，表面硬度高，耐磨性好，疲勞強(qiáng)度高；一般需要低溫回火。

圖10.6高頻淬火與普通淬火的性能比較113.感應(yīng)加熱表面淬火特點(diǎn)圖10.6高頻淬火與普通淬硬層深度易于控制，易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。局限性：與普通淬火相比，設(shè)備的成本較高。感應(yīng)加熱時(shí)，容易使零件的尖角棱邊處過熱，即導(dǎo)致所謂“尖角效應(yīng)”。對(duì)一些形狀復(fù)雜的零件，感應(yīng)加熱淬火難以保證所有的淬火面都能夠獲得均勻的表面淬硬層。上一頁(yè)下一頁(yè)12淬硬層深度易于控制，易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。上一頁(yè)下一頁(yè)124.感應(yīng)加熱表面淬火的分類（按電流頻率）高頻感應(yīng)加熱中頻感應(yīng)加熱工頻感應(yīng)加熱頻率范圍200~300kHz1~10kHz50Hz淬硬層深度0.5~2mm2~8mm10~15mm應(yīng)用舉例在摩擦條件下工作的零件，如小齒輪、小軸承受扭矩、壓力載荷的零件，如曲軸、大齒輪、等承受扭矩、壓力載荷的大型零件，如冷軋輥等上一頁(yè)下一頁(yè)表10.1感應(yīng)加熱表面淬火的電流頻率

134.感應(yīng)加熱表面淬火的分類（按電流頻率）高頻感應(yīng)加熱中頻感

超高頻(27.12MHz)：

淬硬層0.05～0.5mm，其能量密度僅次于激光和電子束，使零件表層在極短的時(shí)間內(nèi)加熱至上千攝氏度，奧氏體晶粒超細(xì)化，自身冷卻后得到極細(xì)的隱晶馬氏體。該工藝工件變形小，不必回火，工藝重復(fù)性好，用于小、薄的零件，如錄音器材、照相機(jī)械、打印機(jī)、鐘表、紡織鉤針等零部件。上一頁(yè)下一頁(yè)14超高頻(27.12MHz)：上一頁(yè)下一頁(yè)14零件的熱處理分析一、熱處理的技術(shù)條件（略）二、熱處理的工序位置三、典型零件的熱處理分析（一）預(yù)備熱處理（二）最終熱處理（一）車床主軸（二）齒輪上一頁(yè)下一頁(yè)回主頁(yè)15零件的熱處理分析一、熱處理的技術(shù)條件（略）二、熱處理的工序位二、熱處理工序的位置（一）預(yù)備熱處理退火和正火調(diào)質(zhì)處理毛坯退火或正火機(jī)械加工下料鍛造正火或退火機(jī)械粗加工調(diào)質(zhì)機(jī)械精加工目的是消除毛坯中的內(nèi)應(yīng)力，細(xì)化晶粒，均勻組織；改善切削加工性；或?yàn)樽罱K熱處理做組織準(zhǔn)備主要是提高零件的綜合力學(xué)性能，或?yàn)橐院蟊砻娲慊鸷蜑橐鬃冃蔚木芰慵慊鹱鹘M織準(zhǔn)備返回上一頁(yè)下一頁(yè)回主頁(yè)16二、熱處理工序的位置（一）預(yù)備熱處理退火和正火調(diào)質(zhì)處理毛坯退（二）最終熱處理的工序位置淬火、回火滲碳感應(yīng)加熱表面淬火整體淬火、回火二、熱處理工序的位置上一頁(yè)下一頁(yè)滲氮17（二）最終熱處理的工序位置淬火、回火滲碳感應(yīng)加熱表面淬火整體整體淬火、回火下料鍛造正火或退火機(jī)械粗加工、半精加工淬火、低溫回火（中溫回火）磨削二、熱處理工序的位置返回上一頁(yè)下一頁(yè)回主頁(yè)下料鍛造正火或退火機(jī)械粗加工調(diào)質(zhì)磨削半精加工18整體淬火、回火下料鍛造正火或退火機(jī)械粗加工、半精加工淬火、低感應(yīng)加熱表面淬火下料鍛造正火或退火機(jī)械粗加工調(diào)質(zhì)機(jī)械半精加工感應(yīng)加熱表面淬火、低溫回火磨削二、熱處理工序的位置返回上一頁(yè)下一頁(yè)回主頁(yè)19感應(yīng)加熱表面淬火下料鍛造正火或退火機(jī)械粗加工調(diào)質(zhì)機(jī)械半精加工滲碳的工序位置下料鍛造正火機(jī)械粗加工、半精加工磨削滲碳淬火、低溫回火去除不滲碳部分局部鍍銅二、熱處理工序的位置返回上一頁(yè)下一頁(yè)回主頁(yè)20滲碳的工序位置下料鍛造正火機(jī)械粗加工、半精加工磨削滲碳淬火、滲氮的工序位置下料鍛造退火機(jī)械粗加工調(diào)質(zhì)機(jī)械精加工去應(yīng)力退火滲氮二、熱處理工序的位置上一頁(yè)下一頁(yè)粗磨精磨或研磨不需滲氮部位鍍錫或鍍鎳保護(hù)，滲氮后磨去。21滲氮的工序位置下料鍛造退火機(jī)械粗加工調(diào)質(zhì)機(jī)械精加工去應(yīng)力退火（一）（二）齒輪材料的選用依據(jù)齒面承受較大的接觸應(yīng)力，并發(fā)生強(qiáng)烈摩擦。齒根承受較大的彎曲應(yīng)力。齒部承受一定的沖擊作用。疲勞斷裂過載斷裂磨損失效麻點(diǎn)剝落工作條件失效方式表面硬度高，心部強(qiáng)韌性較高(低碳、低碳合金鋼)表面硬度較高,心部強(qiáng)韌性不高(中碳、中碳合金鋼)性能要求三、典型零件(齒輪)的熱處理分析22（一）（二）齒輪材料的選用依據(jù)齒面承受較大的接觸應(yīng)力，并發(fā)生（三）工藝路線分析實(shí)例例1普通車床的變速箱傳動(dòng)齒輪工作條件：工作中承受載荷不大，轉(zhuǎn)速中等，工作較平穩(wěn)，無強(qiáng)烈沖擊。性能要求：對(duì)齒面和心部的強(qiáng)度、韌性要求不高，齒輪心部硬度21~29HRC，齒面硬度為45~50HRC。返回上一頁(yè)下一頁(yè)回主頁(yè)23（三）工藝路線分析實(shí)例例1普通車床的變速箱傳動(dòng)齒輪選用材料：45鋼或40Cr鋼工藝路線：下料鍛造正火粗加工調(diào)質(zhì)精加工高頻感應(yīng)加熱淬火、低溫回火磨削返回上一頁(yè)下一頁(yè)回主頁(yè)組織：表層→M回火心部→S回火24選用材料：45鋼或40Cr鋼工藝路線：下料鍛造正火粗加工調(diào)質(zhì)例2汽車變速箱齒輪工作條件：比機(jī)床齒輪工作條件惡劣，承受載荷較大（包括疲勞彎曲應(yīng)力和接觸壓應(yīng)力）受沖擊作用較頻繁。性能要求：對(duì)齒面和心部要求較高強(qiáng)度，心部還應(yīng)有足夠韌性，齒面硬度58~62HRC，心部硬度30~45HRC。返回上一頁(yè)下一頁(yè)回主頁(yè)25例2汽車變速箱齒輪工作條件：比機(jī)床齒輪工作條件惡劣，選用材料：20CrMnTi鋼工藝路線：下料鍛造正火機(jī)械加工滲碳、淬火和低溫回火磨削噴丸正火是為了得到均勻和細(xì)化晶粒組織；消除鍛造內(nèi)應(yīng)力；獲得良好的切削加工性，并為最終熱處理作好組織準(zhǔn)備。滲碳是為了提高齒輪表面的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，以保證淬火后得到高硬度和良好耐磨性的高碳馬氏體組織。淬火除了使表面有高硬度外，還可使心部獲得足夠的強(qiáng)度和韌性低溫回火是為了消除淬火應(yīng)力，減少齒輪脆性，也是獲得回火馬氏體的必要工序。上一頁(yè)下一頁(yè)組織：表層→M回火＋碳化物＋Ar(少量)心部→M回火26選用材料：20CrMnTi鋼工藝路線：下料鍛造正火機(jī)械加工滲圖10.4Fe-FeC3相圖27圖10.4Fe-FeC3相圖27(一)工作條件1.

承受交變的彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，有時(shí)受到?jīng)_擊載荷作用。2.主軸大端內(nèi)錐孔和錐度外圓經(jīng)常與卡盤、頂尖有相對(duì)摩擦。3.花鍵部分與齒輪有相對(duì)滑動(dòng)。返回上一頁(yè)下一頁(yè)回主頁(yè)Φ52HRC48HRC28(一)工作條件1.承受交變的彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，有時(shí)受（二）性能要求1.整體調(diào)質(zhì)后硬度應(yīng)為200~230HBS，組織為回火索氏體。2.內(nèi)錐孔（莫氏6號(hào)錐度）硬度為48HRC，表面層3~5mm為回火屈氏體和少量回火馬氏體組織。3.外圓錐面及花鍵部分硬度為52HRC，組織為回火屈氏體和較多回火馬氏體。根據(jù)工作條件和性能要求，選用45鋼的鍛件。返回上一頁(yè)下一頁(yè)回主頁(yè)29（二）性能要求1.整體調(diào)質(zhì)后硬度應(yīng)為200~230HBS，（三）工藝路線下料鍛造正火機(jī)械粗加工調(diào)質(zhì)半精加工（除花鍵外）局部淬火、回火粗磨（外圓、外圓錐體及圓錐孔）（圓錐孔及外圓錐體）銑花鍵花鍵高頻淬火、回火精磨正火可消除鍛造內(nèi)應(yīng)力，同時(shí)獲得硬度為180～230HBS，便于機(jī)械加工，為調(diào)質(zhì)作好組織準(zhǔn)備。調(diào)質(zhì)的目的是為了提高主軸的綜合力學(xué)性能。內(nèi)圓錐孔和外圓錐面部分可采用鹽浴局部淬火和低溫回火，得到所需硬度，提高耐磨度。花鍵可用高頻感應(yīng)加熱表面淬火和220～240℃回火，以保證裝配精度、不易磨損及消除內(nèi)應(yīng)力。返回上一頁(yè)下一頁(yè)回主頁(yè)30（三）工藝路線下料鍛造正火機(jī)械粗加工調(diào)質(zhì)半精加工（除花鍵外）熱處理方法適用鋼材最終熱處理方法熱處理后