热处理表面淬火知识分享

1第10章表面淬火钢的表面淬火是使零件表面获得高的硬度和耐磨性,而心部仍保持原来良好的塑性和韧性的热处理方法。2与化学热处理的区别：不改变零件表面的化学成分；使零件表面迅速加热到临界点以上(心部温度仍处于临界点以下)，然后快速冷却淬火，获得马氏体组织达到强化表面的目的。火焰加热表面淬火分类感应加热表面淬火电接触加热表面淬火激光加热表面淬火电子束加热表面淬火310.1表面淬火的原理与特点10.1.1基本原理利用快速加热将钢件表面加热到相变温度以上转变为奥氏体，然后快冷，形成马氏体组织的硬化层，而心部仍保持其原始组织—珠光体、索氏体，且硬化层与基体之间具有不完全淬火的过渡层。适用材料—中、高碳钢，普通灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、合金铸铁。预处理—调质、正火或球化退火。上一页下一页4后处理—低温回火(炉中回火；自回火)。炉内回火－一般回火温度为150～180℃，时间为1～2h。自回火－利用控制冷却时间的方法，用淬硬区以外的残余热量,使淬硬层回升到一定温度而进行回火。应用—适用于重型载重汽车上的重要零件如万向节、十字轴、曲轴、齿轮等。上一页下一页510.1.2表面淬火与常规淬火技术的区别表面淬火快速加热将使钢的相变点温度Ac3与Accm大幅度提高，但对Ac1点温度增幅不大。图10.1加热速度对临界温度Ac3的影响上一页下一页6表面淬火快速加热条件下渗碳体难以充分溶解，形成的奥氏体成分不均匀。加热速度很高时，甚至使钢产生无扩散奥氏体相变。表面淬火加热和冷却速度快，使奥氏体晶粒及其中的亚结构显著细化，表层的显微硬度比普通整体淬火的要高。上一页下一页7（1）组织加热：表面→A过渡→A+F心部保持预处理状态→S+F(正火)S回火(调质)冷却：表面→M过渡→M+F心部→组织不变低温回火：表面→M回火→具有较高的硬度、耐磨性过渡→M回火+F心部→S+F或S回火→具有良好的综合力学性能10.1.3表面淬火层的组织与性能中碳钢8（2）性能表面淬火硬度比普通淬火工艺高2～5HRC，且耐磨性好；这是奥氏体晶粒和亚结构的细化以及淬火冷却速度快所致。表面淬火零件的疲劳强度大幅度提高，且缺口敏感性下降。这是因为在零件表面产生的压应力抑制了裂纹的萌生与扩展。上一页下一页91.定义将工件置于通有交变电流的感应器内，在工件内会产生闭合感应电流即涡流，使受热区迅速加热到钢的相变温度，然后在冷却介质中快速冷却，使工件表层获得马氏体的淬火工艺。10.2感应加热淬火技术上一页下一页10上一页下一页2.基本原理当交变电流通过感应器时，产生的交变磁场使放在感应器内的工件表面形成闭合回路感应电流(称为涡流)，此涡流将电能变成热能，使工件加热。涡流主要分布于工件表面，产生集肤效应。感应加热就是利用这种集肤效应，使感应电流产生的电阻热将表面层加热。交变电流频率愈高，集肤效应愈强烈，电流透入深度愈浅。图10.5感应加热原理示意图113.感应加热表面淬火特点热能集中工件表面层，加热速度快；加热时间短，表面氧化、脱碳轻微；淬火质量好。得到极细马氏体，表面硬度高，耐磨性好，疲劳强度高；一般需要低温回火。图10.6高频淬火与普通淬火的性能比较12淬硬层深度易于控制，易实现机械化和自动化。局限性：与普通淬火相比，设备的成本较高。感应加热时，容易使零件的尖角棱边处过热，即导致所谓“尖角效应”。对一些形状复杂的零件，感应加热淬火难以保证所有的淬火面都能够获得均匀的表面淬硬层。上一页下一页134.感应加热表面淬火的分类（按电流频率）高频感应加热中频感应加热工频感应加热频率范围200~300kHz1~10kHz50Hz淬硬层深度0.5~2mm2~8mm10~15mm应用举例在摩擦条件下工作的零件，如小齿轮、小轴承受扭矩、压力载荷的零件，如曲轴、大齿轮、等承受扭矩、压力载荷的大型零件，如冷轧辊等上一页下一页表10.1感应加热表面淬火的电流频率14超高频(27.12MHz)：淬硬层0.05～0.5mm，其能量密度仅次于激光和电子束，使零件表层在极短的时间内加热至上千摄氏度，奥氏体晶粒超细化，自身冷却后得到极细的隐晶马氏体。该工艺工件变形小，不必回火，工艺重复性好，用于小、薄的零件，如录音器材、照相机械、打印机、钟表、纺织钩针等零部件。上一页下一页15零件的热处理分析一、热处理的技术条件（略）二、热处理的工序位置三、典型零件的热处理分析（一）预备热处理（二）最终热处理（一）车床主轴（二）齿轮上一页下一页回主页16二、热处理工序的位置（一）预备热处理退火和正火调质处理毛坯退火或正火机械加工下料锻造正火或退火机械粗加工调质机械精加工目的是消除毛坯中的内应力，细化晶粒，均匀组织；改善切削加工性；或为最终热处理做组织准备主要是提高零件的综合力学性能，或为以后表面淬火和为易变形的精密零件淬火作组织准备返回上一页下一页回主页17（二）最终热处理的工序位置淬火、回火渗碳感应加热表面淬火整体淬火、回火二、热处理工序的位置上一页下一页渗氮18整体淬火、回火下料锻造正火或退火机械粗加工、半精加工淬火、低温回火（中温回火）磨削二、热处理工序的位置返回上一页下一页回主页下料锻造正火或退火机械粗加工调质磨削半精加工19感应加热表面淬火下料锻造正火或退火机械粗加工调质机械半精加工感应加热表面淬火、低温回火磨削二、热处理工序的位置返回上一页下一页回主页20渗碳的工序位置下料锻造正火机械粗加工、半精加工磨削渗碳淬火、低温回火去除不渗碳部分局部镀铜二、热处理工序的位置返回上一页下一页回主页21渗氮的工序位置下料锻造退火机械粗加工调质机械精加工去应力退火渗氮二、热处理工序的位置上一页下一页粗磨精磨或研磨不需渗氮部位镀锡或镀镍保护，渗氮后磨去。22（一）（二）齿轮材料的选用依据齿面承受较大的接触应力，并发生强烈摩擦。齿根承受较大的弯曲应力。齿部承受一定的冲击作用。疲劳断裂过载断裂磨损失效麻点剥落工作条件失效方式表面硬度高，心部强韧性较高(低碳、低碳合金钢)表面硬度较高,心部强韧性不高(中碳、中碳合金钢)性能要求三、典型零件(齿轮)的热处理分析23（三）工艺路线分析实例例1普通车床的变速箱传动齿轮工作条件：工作中承受载荷不大，转速中等，工作较平稳，无强烈冲击。性能要求：对齿面和心部的强度、韧性要求不高，齿轮心部硬度21~29HRC，齿面硬度为45~50HRC。返回上一页下一页回主页24选用材料：45钢或40Cr钢工艺路线：下料锻造正火粗加工调质精加工高频感应加热淬火、低温回火磨削返回上一页下一页回主页组织：表层→M回火心部→S回火25例2汽车变速箱齿轮工作条件：比机床齿轮工作条件恶劣，承受载荷较大（包括疲劳弯曲应力和接触压应力）受冲击作用较频繁。性能要求：对齿面和心部要求较高强度，心部还应有足够韧性，齿面硬度58~62HRC，心部硬度30~45HRC。返回上一页下一页回主页26选用材料：20CrMnTi钢工艺路线：下料锻造正火机械加工渗碳、淬火和低温回火磨削喷丸正火是为了得到均匀和细化晶粒组织；消除锻造内应力；获得良好的切削加工性，并为最终热处理作好组织准备。渗碳是为了提高齿轮表面的碳的质量分数，以保证淬火后得到高硬度和良好耐磨性的高碳马氏体组织。淬火除了使表面有高硬度外，还可使心部获得足够的强度和韧性低温回火是为了消除淬火应力，减少齿轮脆性，也是获得回火马氏体的必要工序。上一页下一页组织：表层→M回火＋碳化物＋Ar(少量)心部→M回火27图10.4Fe-FeC3相图28(一)工作条件莫氏6号锥度CΦ9080870160热处理要求：C面及Φ90×80段外圆淬硬HRC52莫氏6号孔硬度HRC481.承受交变的弯曲应力和扭转应力，有时受到冲击载荷作用。2.主轴大端内锥孔和锥度外圆经常与卡盘、顶尖有相对摩擦。3.花键部分与齿轮有相对滑动。返回上一页下一页回主页Φ52HRC48HRC29（二）性能要求1.整体调质后硬度应为200~230HBS，组织为回火索氏体。2.内锥孔（莫氏6号锥度）硬度为48HRC，表面层3~5mm为回火屈氏体和少量回火马氏体组织。3.外圆锥面及花键部分硬度为52HRC，组织为回火屈氏体和较多回火马氏体。根据工作条件和性能要求，选用45钢的锻件。返回上一页下一页回主页30（三）工艺路线下料锻造正火机械粗加工调质半精加工（除花键外）局部淬火、回火粗磨（外圆、外圆锥体及圆锥孔）（圆锥孔及外圆锥体）铣花键花键高频淬火、回火精磨正火可消除锻造内应力，同时获得硬度为180～230HBS，便于机械加工，为调质作好组织准备。调质的目的是为了提高主轴的综合力学性能。内圆锥孔和外圆锥面部分可采用盐浴局部淬火和低温回火，得到所需硬度，提高耐磨度。花键可用高频感应加热表面淬火和220～240℃回火，以保证装配精度、不易磨损及消除内应力。返回上一页下一页回主页31热处理方法适用钢材最终热处理方法热处理后表层和心部组织热处理后表层和心部性能应用场合高频感应淬火气体渗碳气体渗氮根据表格要求，归纳比较以下三种表面热处理322.一根经过退火处理的直径为6mm的45钢圆棒，从一端加热，依靠热传导使45钢圆棒上各点达到如图所示的温度。试问(1)各点部位的组织是什么？(2)若自图示各温度水淬至室温，各点部位的组织又是什么？ABCDE950℃840℃750℃550℃150℃