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1、钢的表面热处理,表面热处理是不改变另件表面的化学成分，只通过改变表面的组织状态而改变表面性能的热处理方法。其主要目的是使另件表面获得高硬度和耐磨性，而心部仍然保持足够的塑性和韧性。 根据加热方法的不同，可分为感应加热、火焰加热、电接触加热、电解液加热等表面加热方法。,本 章 内 容,感应加热的基本原理 快速加热时的相变特点 高频感应淬火的组织和性能 高频感应加热淬火工艺 高频淬火后的回火 高频感应淬火的应用 其它表面淬火方法,1感应加热的基本原理,1、电磁感应产生感应电流 2、感应电流的表面效应 距表面X厘米处的感应电流强度为： Ix=Ioexp(-X/)安培 当X=0时，Ix=Io X0时，
2、 IxIo X=时， Ix=Io/e=0.368Io 感应电流透入深度,电流强度,I,0 距离,Io,表面 X,中心,X=时，在此深度内电流产生的热量占全部热量的85%90%，因此将这一距离定义为加热层深度。 =50300/f (mm) 电阻率 相时导磁率 随温度升高而升高 随温度升高而随降低 在居里温度(770) 以上降为1 因此低温时电流透入深度 小，高温时电流透入深度大。,、,在20时： 在800时： 根据加热电流频率的不同，可分为： 高频加热 250kHz 淬硬层0.53mm 超音频加热 30KHz 淬硬层14mm 中频加热 2.58KHz 淬硬层310mm 工频加热 50Hz 淬硬层
3、15mm,2快速加热时的相变特点,高、中频感应加热是一种内热源加热，加热速度极快，仅用几秒到十几秒钟的时间就可使工件表面达到淬火温度，加热速度高达100/秒以上，这种快速加热条件下进行相变和缓慢加热有所不同。 1、加热速度对临界点的影响 奥氏体转变是一个扩散型转变，原子的扩散需要时间，当提高加热速度，原子来不及扩散，使临界温度Ac1、Ac3、Acm升高。,钢的原始组织对的转变速度也有很大的影响。 原始组织越粗大，碳的扩散距离越长，临界温度越提高。,2、对奥氏体均匀化与晶粒长大的影响,奥氏体均匀化及晶粒长大和原子的扩散有关，在快速加热时，扩散过程来不及充分进行，因此，奥氏体来不及均匀化，晶粒也来
4、不及长大。,对过冷奥氏体转变动力学影响 不均匀的奥氏体中未溶碳化物和高碳、低碳区的存在，促使奥氏体转变，使C曲线左移。 改变Ms点和马氏体组织形态 由于低碳区的存在，使Ms升高，淬火钢中的板条M量增多。在快速加热淬火时，可以获得两种不同形态的马氏体及未溶碳化物的复合组织。,3、对冷却转变的影响,3高频感应淬火的组织和性能,一、高频淬火后的组织 第1层 淬硬层 温度Ac3 组织：M+AR 第2层 过渡层 温度在Ac1Ac3之间， 组织：M+AR+F 第3层 心部原始组织。 温度：Ac1,二、高频淬火后的机械性能,1、高频淬火后的另件，其表面硬度往往比普 通淬火高23HRc。 原因在于： 高频表面
5、淬火后在另件表层造成压应力； 由于加热速度快，晶粒细小； 从不均匀奥氏体中产生的马氏体组织中，残余奥氏体数量较少； 高频淬火后的组织中有两种形态的马氏体，高碳马氏体分散在低碳马氏体中，对低碳马氏体起弥散硬化作用。,2、疲劳强度,高频淬火后，表面处于压应力状态，提高了另件的疲劳强度。 疲劳强度和淬硬层深度有一定的关系。 3、耐磨性 高频淬火后工件的耐磨性比普通淬火高。这主要是由于淬硬层中马氏体极为细小，碳化物弥散度高，以及硬度较高，且表面的压应力状态综合作用的结果。 4、多冲抗力 随淬硬层深度的增加而增加，但有一极限值。,4高频感应加热淬火工艺,影响感应加热的工艺参数较多，而且一般是通过调整电参
6、数来影响热参数，加热速度又很快，只能通过试验方法找到合理的工艺参数。下面阐述的是工艺制定的原则。 一、淬火加热温度的确定 1、化学成分 相同成分时，一般均比缓慢加热时的温度要高，具体温度还与加热速度，晶粒大小有关。,2、原始组织,原始组织越粗，则淬火温度应越高 调质组织为回火索氏体，碳化物细小，加热时很容易溶入A中，是理想的感应加热前的原始组织 3、加热速度 提高加热速度，相变将在较高温度发生。 每一种加热速度下，都有一最佳的加热温度范围，硬度可达到最大值。 增加加热速度时，最佳加热温度范围移向高温，且最佳温度范围变宽。 感应加热时，加热速度不是一个常数，当温度超过居里温度(770)后，导磁率
7、减小，增加，加热速度也随之降低(W=)。这时要调整电参数，增大输出功率，控制加热速度。,居理温度,二、加热方式 1、同时加热法 加热的最大面积F=变感 P总/ Po 式中： 变高频变压器的效率(0.8) 感感应器的效率(0.8) P总设备的最大输出功率(kW) Po另件加热所需的单位功率(kW/cm2),设备允许的最大加热面积,2、连续加热淬火法,当另件淬硬表面积大，一次加热设备功率不足时。 工件边旋转边下降，喷水（或淬火液）淬火。,5高频淬火后的回火,高频淬火后，一般要进行低温回火，以保持高硬度的同时，消除淬火内应力和降低脆性。 回火的方式有炉内回火，自行回火和 感应回火。,6高频感应淬火的应用,一、另件淬硬层的合理分布,二、机床主轴轴颈淬火实例,三、齿轮的表面淬火,7其它表面淬火方法,1、激光表面淬火 激光的能量密度很高，其聚焦密度可达108W/cm2（高频淬火为102103W/cm2），加热速度很快，加热时间是以微秒计的，热量可通过向心部的快速冷却达到自冷淬火的效果。可获得高于HRc70的超高硬度和耐磨性。原因为： 可获得均匀的超细马氏体组织； 碳化物的超细化； 残余奥氏体中高密度的位错。,2、火焰表面淬火 一般用氧-乙炔焰。 温度分布见图：,3、电接触加热,利用接触电阻产 生的热量加热淬火,4、电解液加热表面淬火,518% Na2CO2,H2膜,