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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，IxIo X=
2、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15mm,2快速加热时的相变特点,高、
3、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，晶粒也来不及长大。,对过冷奥氏体转变动力学影响 不
4、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
5、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
6、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
7、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,
