材料與熱處理(項目六)

1、項目六項目六 鋼的表面熱處理鋼的表面熱處理6.1表面火焰淬火表面火焰淬火6.2表面感應淬火表面感應淬火6.1表面火焰淬火表面火焰淬火 鋼的表面淬火一般分為火焰加熱表面淬火和感應加熱表面淬鋼的表面淬火一般分為火焰加熱表面淬火和感應加熱表面淬火等。表面淬火使工件表層得到高硬度的淬火馬氏體，而心部火等。表面淬火使工件表層得到高硬度的淬火馬氏體，而心部仍然保持原有的韌性。仍然保持原有的韌性。下一頁返回6.1表面火焰淬火表面火焰淬火6.1.1表面火焰淬火的原理表面火焰淬火的原理 火焰加熱表面淬火是一種利用乙炔一氧氣或煤氣一氧氣混火焰加熱表面淬火是一種利用乙炔一氧氣或煤氣一氧氣混合氣體的燃燒火焰，將工件表

2、面迅速加熱到淬火溫度，隨后以合氣體的燃燒火焰，將工件表面迅速加熱到淬火溫度，隨后以浸水和噴水方式進行冷卻，使工件表層轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體而心部組浸水和噴水方式進行冷卻，使工件表層轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體而心部組織不變的工藝方法。火焰加熱表面熱處理，如織不變的工藝方法。火焰加熱表面熱處理，如圖圖6-1所示。所示。上一頁 下一頁返回6.1表面火焰淬火表面火焰淬火6.1.2表面火焰淬火的應用表面火焰淬火的應用 火焰加熱表面淬火的優(yōu)點是火焰加熱表面淬火的優(yōu)點是:設備簡單、操作方便、成本低、設備簡單、操作方便、成本低、工件大小不受限制，特別適用于大型工件、單件和小批量生產(chǎn)，工件大小不受限制，特別適用于大型工件、單件和小批量

3、生產(chǎn)，淬硬層深度一般為淬硬層深度一般為26 mm。缺點是淬火硬度和淬透性深度。缺點是淬火硬度和淬透性深度不易控制，淬火質(zhì)量不穩(wěn)定，常取決于操作工人的技術水平和不易控制，淬火質(zhì)量不穩(wěn)定，常取決于操作工人的技術水平和熟練程度熟練程度;生產(chǎn)效率低，只適合單件和小批量生產(chǎn)。常用于軋生產(chǎn)效率低，只適合單件和小批量生產(chǎn)。常用于軋鋼機齒輪、軋輥鋼機齒輪、軋輥;礦山機械齒輪、軸礦山機械齒輪、軸;普通機床導軌、齒輪等零普通機床導軌、齒輪等零件。件。上一頁返回6.2表面感應淬火表面感應淬火6.2.1表面感應淬火的原理表面感應淬火的原理 表面感應淬火是利用電磁感應原理，將工件置于用銅管制表面感應淬火是利用電磁感應原

4、理，將工件置于用銅管制成的感應圈中，通以一定頻率的交變電流，銅管中產(chǎn)生的交變成的感應圈中，通以一定頻率的交變電流，銅管中產(chǎn)生的交變磁場在工件內(nèi)產(chǎn)生一定頻率的感應電流磁場在工件內(nèi)產(chǎn)生一定頻率的感應電流(渦流渦流)，利用工件的電，利用工件的電阻而將工件加熱。由于感應電流的集膚效應，靠近工件表面電阻而將工件加熱。由于感應電流的集膚效應，靠近工件表面電流密度最大，而工件心部電流幾乎為零，使工件表層被快速加流密度最大，而工件心部電流幾乎為零，使工件表層被快速加熱至奧氏體化，隨后立即快速冷卻，在工件表面獲得一定深度熱至奧氏體化，隨后立即快速冷卻，在工件表面獲得一定深度的淬硬層，如的淬硬層，如圖圖6 -2所

5、示。所示。 按所用電流頻率不同，感應淬火分三種按所用電流頻率不同，感應淬火分三種:下一頁返回6.2表面感應淬火表面感應淬火(1)高頻感應淬火。常用頻率為高頻感應淬火。常用頻率為200300 Hz，淬硬層深度，淬硬層深度為為0. 52 mm，主要用于要求淬硬層較薄的中、小模數(shù)齒輪，主要用于要求淬硬層較薄的中、小模數(shù)齒輪和中、小尺寸軸類零件等。和中、小尺寸軸類零件等。(2)中頻感應淬火。常用頻率為中頻感應淬火。常用頻率為2 5008 000 Hz，淬硬層，淬硬層深度為深度為210mm，主要用于大、中模數(shù)齒輪和較大直徑軸類，主要用于大、中模數(shù)齒輪和較大直徑軸類零件等。零件等。(3)工頻感應淬火。電流

6、頻率為工頻感應淬火。電流頻率為50 Hz,淬硬層深度為淬硬層深度為10 20 mm。主要用于大直徑零件。主要用于大直徑零件(如軋輥、火車車輪等如軋輥、火車車輪等)的表的表面淬火和大直徑鋼件的穿透加熱。面淬火和大直徑鋼件的穿透加熱。上一頁 下一頁返回6.2表面感應淬火表面感應淬火6.2.2表面感應淬火的應用表面感應淬火的應用 電流透入工件表層的深度主要與電流頻率有關，頻率越高，電流透入工件表層的深度主要與電流頻率有關，頻率越高，透入層深度越小。對于碳鋼，淬硬層深度與電流頻率存在以下透入層深度越小。對于碳鋼，淬硬層深度與電流頻率存在以下關系關系式中，式中，為淬硬層深度為淬硬層深度(mm) ; f為

7、電流頻率為電流頻率(Hz) ?？梢?，電流頻率越大，淬硬層深度越薄。因此，通過改變交流可見，電流頻率越大，淬硬層深度越薄。因此，通過改變交流電的頻率，可以得到不同厚度的淬硬層，生產(chǎn)中一般根據(jù)工件電的頻率，可以得到不同厚度的淬硬層，生產(chǎn)中一般根據(jù)工件尺寸大小及所需淬硬層的深度來選用感應加熱的頻率。尺寸大小及所需淬硬層的深度來選用感應加熱的頻率。上一頁 下一頁返回6.2表面感應淬火表面感應淬火 感應加熱表面淬火一般適用于中碳鋼和中碳低合金鋼感應加熱表面淬火一般適用于中碳鋼和中碳低合金鋼(含碳含碳量量0. 4 %0.5%)，如，如45 , 40Cr, 40MnB等，可使齒輪、等，可使齒輪、軸類零件的表

8、面硬化，提高耐磨性和疲勞強度。表面淬火零件一軸類零件的表面硬化，提高耐磨性和疲勞強度。表面淬火零件一般先通過調(diào)質(zhì)或正火處理，使心部保持較高的綜合力學性能，表般先通過調(diào)質(zhì)或正火處理，使心部保持較高的綜合力學性能，表層則通過表面淬火層則通過表面淬火+低溫回火獲得高硬度、高耐磨性。低溫回火獲得高硬度、高耐磨性。 一般感應加熱淬火零件的加工工藝路線為一般感應加熱淬火零件的加工工藝路線為:下料一鍛造一退火下料一鍛造一退火或正火一粗加工一調(diào)質(zhì)一精加工一表面淬火一低溫回火一或正火一粗加工一調(diào)質(zhì)一精加工一表面淬火一低溫回火一(粗磨粗磨一時效一精磨一時效一精磨)。 表面感應淬火的質(zhì)量好，表層組織細密、硬度高、脆

9、性小、表面感應淬火的質(zhì)量好，表層組織細密、硬度高、脆性小、疲勞強度高疲勞強度高;生產(chǎn)效率高、便于自動化，但設備較貴，不適于單生產(chǎn)效率高、便于自動化，但設備較貴，不適于單件和小批量生產(chǎn)。主要適用于軸類、齒輪類、工模具等零件，件和小批量生產(chǎn)。主要適用于軸類、齒輪類、工模具等零件，上一頁 下一頁返回6.2表面感應淬火表面感應淬火如機床和精密機械上的中、小模數(shù)傳動齒輪，蒸汽機車、內(nèi)燃如機床和精密機械上的中、小模數(shù)傳動齒輪，蒸汽機車、內(nèi)燃機車、冶金、礦山機械等上的大模數(shù)齒輪，花鍵軸、汽車半軸機車、冶金、礦山機械等上的大模數(shù)齒輪，花鍵軸、汽車半軸和機床主軸軸頸、凸輪軸、撞桿、鉆桿、軋輥、火車輪等。和機床主

10、軸軸頸、凸輪軸、撞桿、鉆桿、軋輥、火車輪等。上一頁 下一頁返回6.2表面感應淬火表面感應淬火6.2.3淬透性淬透性1.淬透性與淬硬性的概念淬透性與淬硬性的概念鋼的淬透性是指鋼在淬火時能夠獲得馬氏體組織的傾向鋼的淬透性是指鋼在淬火時能夠獲得馬氏體組織的傾向(即鋼即鋼被淬透的能力被淬透的能力)，它是鋼固有的一種屬性。淬透性也叫可淬透，它是鋼固有的一種屬性。淬透性也叫可淬透性，它取決于鋼的淬火臨界冷卻速度的大小。性，它取決于鋼的淬火臨界冷卻速度的大小。淬硬性是指鋼在正常的淬火條件下，所能達到的最高硬度。淬淬硬性是指鋼在正常的淬火條件下，所能達到的最高硬度。淬硬性主要與鋼中的碳含量有關，即淬火加熱時固

11、溶于奧氏體中硬性主要與鋼中的碳含量有關，即淬火加熱時固溶于奧氏體中的含碳量。奧氏體中固溶的含碳量越高，淬火后馬氏體的硬度的含碳量。奧氏體中固溶的含碳量越高，淬火后馬氏體的硬度也越高。也越高。2.影響淬透性的因素影響淬透性的因素鋼的淬透性取決于臨界冷卻速度鋼的淬透性取決于臨界冷卻速度vK的大小的大小,C形曲線越右，形曲線越右，上一頁 下一頁返回6.2表面感應淬火表面感應淬火 vK越小的鋼淬透性越好。而影響越小的鋼淬透性越好。而影響:、的基本因素是鋼的化學成、的基本因素是鋼的化學成分和奧氏體化條件。分和奧氏體化條件。(1)化學成分的影響。鋼加熱時溶于奧氏體中的碳和合金元素化學成分的影響。鋼加熱時溶

12、于奧氏體中的碳和合金元素(Co除外除外)越多，越多，C形曲線越向右移，淬透性就越好。因此，在形曲線越向右移，淬透性就越好。因此，在正常條件下，合金鋼比碳鋼好。在碳鋼中，亞共析鋼的淬透性正常條件下，合金鋼比碳鋼好。在碳鋼中，亞共析鋼的淬透性隨含碳量的增加而增加，對于過共析鋼，由于未溶滲碳體會降隨含碳量的增加而增加，對于過共析鋼，由于未溶滲碳體會降低奧氏體的穩(wěn)定性，其淬透性則隨含碳量的增加而降低。低奧氏體的穩(wěn)定性，其淬透性則隨含碳量的增加而降低。(2)奧氏體化條件的影響。奧氏體化溫度越高，保溫越充分，奧氏體化條件的影響。奧氏體化溫度越高，保溫越充分，則奧氏體晶粒越粗大、成分越均勻，因而過冷奧氏體越

13、穩(wěn)定，則奧氏體晶粒越粗大、成分越均勻，因而過冷奧氏體越穩(wěn)定，C形曲線越向右移，形曲線越向右移， vK越小，淬透性就越好。越小，淬透性就越好。上一頁 下一頁返回6.2表面感應淬火表面感應淬火3.淬透性的測定方法淬透性的測定方法(1)斷口檢驗法。它是根據(jù)試樣斷口呈現(xiàn)的狀態(tài)來評定鋼的淬斷口檢驗法。它是根據(jù)試樣斷口呈現(xiàn)的狀態(tài)來評定鋼的淬透性。由于硬脆的淬硬層透性。由于硬脆的淬硬層(馬氏體馬氏體)和柔韌的未淬硬層和柔韌的未淬硬層(珠光體珠光體或貝氏體或貝氏體)在斷口上有明顯的區(qū)別，前者晶粒細致，呈絹狀斷在斷口上有明顯的區(qū)別，前者晶粒細致，呈絹狀斷口口;后者呈粗粒狀斷口，易于將淬硬層深度測出，故可根據(jù)斷后

14、者呈粗粒狀斷口，易于將淬硬層深度測出，故可根據(jù)斷口來評定鋼的淬透性。此法主要適用于碳素工具鋼，而低合金口來評定鋼的淬透性。此法主要適用于碳素工具鋼，而低合金工具鋼也可參照使用，詳見國標工具鋼也可參照使用，詳見國標GB 227-1963碳素工具碳素工具鋼淬透性試驗法鋼淬透性試驗法。(2) U形曲線法。形曲線法。U形曲線法采用長度為直徑形曲線法采用長度為直徑46倍的圓柱形倍的圓柱形試樣，以保證在淬火時可使試樣中部不直接受端部強烈冷卻的試樣，以保證在淬火時可使試樣中部不直接受端部強烈冷卻的影響。將一組不同直徑的試樣經(jīng)奧氏體化后在一定的淬火介質(zhì)影響。將一組不同直徑的試樣經(jīng)奧氏體化后在一定的淬火介質(zhì)(如

15、水、鹽水、油如水、鹽水、油)中冷卻，然后從試樣中部切開，經(jīng)磨平后中冷卻，然后從試樣中部切開，經(jīng)磨平后上一頁 下一頁返回6.2表面感應淬火表面感應淬火 自試樣表面向內(nèi)每隔自試樣表面向內(nèi)每隔2mm的距離測定硬度值，并將所測結(jié)的距離測定硬度值，并將所測結(jié)果繪成硬度分布曲線。淬硬性的高低可用淬硬層深度果繪成硬度分布曲線。淬硬性的高低可用淬硬層深度h或或DH/D來表示來表示(D為試樣直徑為試樣直徑;DH為未淬硬層直徑為未淬硬層直徑)。 U形曲線法大多用于結(jié)構(gòu)鋼，其優(yōu)點是直觀、準確，與實際形曲線法大多用于結(jié)構(gòu)鋼，其優(yōu)點是直觀、準確，與實際淬火情況比較接近淬火情況比較接近;缺點是比較費時，不適合于大批量生產(chǎn)

16、。缺點是比較費時，不適合于大批量生產(chǎn)。 (3)臨界直徑法。將材料做成各種不同直徑的一組圓柱體試臨界直徑法。將材料做成各種不同直徑的一組圓柱體試樣，按規(guī)定的條件淬火后，可找出其中截面中心恰好是含樣，按規(guī)定的條件淬火后，可找出其中截面中心恰好是含50%馬氏體組織的一根試樣，該試樣的直徑稱為臨界淬透直馬氏體組織的一根試樣，該試樣的直徑稱為臨界淬透直徑，以徑，以D0表示，若小于此直徑時均可被淬透，而大于此直徑時表示，若小于此直徑時均可被淬透，而大于此直徑時不能被淬透。若鋼材及淬火介質(zhì)不同，不能被淬透。若鋼材及淬火介質(zhì)不同， D0也不同。顯然，在也不同。顯然，在同樣條件下，同樣條件下， D0越大，鋼的淬

17、透性越好，如越大，鋼的淬透性越好，如圖圖6-3所示。所示。上一頁 下一頁返回6.2表面感應淬火表面感應淬火(4)末端淬透法。末端淬火法是國家標準規(guī)定的最常用的測定末端淬透法。末端淬火法是國家標準規(guī)定的最常用的測定淬透性的方法，如淬透性的方法，如圖圖6 -4所示，將所示，將25 x 100的標準試樣奧的標準試樣奧氏體化后，對末端噴水冷卻。試樣上距末端氏體化后，對末端噴水冷卻。試樣上距末端(水冷端水冷端)越遠的部越遠的部分，冷卻速度越低，硬度也隨之下降。分，冷卻速度越低，硬度也隨之下降。待試樣冷卻后，將試樣兩側(cè)磨去待試樣冷卻后，將試樣兩側(cè)磨去0. 2-0. 5 mm深度而獲得兩深度而獲得兩個平行的

18、平面，然后從水冷端開始每隔個平行的平面，然后從水冷端開始每隔1. 5 mm測量一個硬測量一個硬度值，即可得到試樣沿軸向的硬度分布曲線，稱作鋼的淬透性度值，即可得到試樣沿軸向的硬度分布曲線，稱作鋼的淬透性曲線。曲線。按按GB 225-63規(guī)定，鋼的淬透性值可用規(guī)定，鋼的淬透性值可用 表示，其中表示，其中 J表示末端淬透性，表示末端淬透性，d表示至水冷端的距離，表示至水冷端的距離，HRC為該處的硬為該處的硬上一頁 下一頁返回6.2表面感應淬火表面感應淬火 度值。如度值。如 表示距水冷端表示距水冷端6mm處硬度為處硬度為40HRC； 表示距水冷端表示距水冷端1015mm處硬度為處硬度為36 HRC

19、; 表示距水冷端表示距水冷端10mm處硬度為處硬度為3036 HRC。4.淬透性的應用淬透性的應用鋼的淬透性是選材和制訂熱處理工藝規(guī)程時的主要依據(jù)。鋼的鋼的淬透性是選材和制訂熱處理工藝規(guī)程時的主要依據(jù)。鋼的淬透性好壞對熱處理后的力學性能影響很大。淬透性好壞對熱處理后的力學性能影響很大。(1)根據(jù)工件的工作條件確定對鋼的淬透性的要求。根據(jù)工件的工作條件確定對鋼的淬透性的要求。上一頁 下一頁返回6.2表面感應淬火表面感應淬火例如，當工件整個截面被淬透時，回火后表面和心部組織與性例如，當工件整個截面被淬透時，回火后表面和心部組織與性能均勻一致，如能均勻一致，如圖圖6-5 (a)所示。否則工件表面和心

20、部組織不所示。否則工件表面和心部組織不同，回火后整個截面上硬度雖然近似一致，但未淬透部分的屈同，回火后整個截面上硬度雖然近似一致，但未淬透部分的屈服點和韌性卻顯著降低，如圖服點和韌性卻顯著降低，如圖6-5(b)、(c)所示。所示。對于承受負荷較大，要求具有整體均一力學性能的零件，如對于承受負荷較大，要求具有整體均一力學性能的零件，如聯(lián)結(jié)螺栓、內(nèi)燃機連桿、鍛模等，應選用高淬透性鋼，并要求聯(lián)結(jié)螺栓、內(nèi)燃機連桿、鍛模等，應選用高淬透性鋼，并要求全部淬透。全部淬透。對于承受彎曲和扭轉(zhuǎn)的軸類、齒輪類零件，其表面受力大，對于承受彎曲和扭轉(zhuǎn)的軸類、齒輪類零件，其表面受力大，心部受力小，則可選用淬透性較低的鋼

21、，淬透層深度一般為工心部受力小，則可選用淬透性較低的鋼，淬透層深度一般為工件半徑或厚度的件半徑或厚度的1/2或或1/3即可。即可。上一頁 下一頁返回6.2表面感應淬火表面感應淬火表面淬火用鋼表面淬火用鋼(表面淬火前要求調(diào)質(zhì)的除外表面淬火前要求調(diào)質(zhì)的除外)一般不要求高淬一般不要求高淬透性，因表面淬火加熱時間短，只加熱表面，與淬透性大小關透性，因表面淬火加熱時間短，只加熱表面，與淬透性大小關系不大。系不大。焊接件不應選擇淬透性高的鋼，否則容易在焊縫熱影響區(qū)出焊接件不應選擇淬透性高的鋼，否則容易在焊縫熱影響區(qū)出現(xiàn)淬火組織而導致脆性增加，產(chǎn)生裂紋?，F(xiàn)淬火組織而導致脆性增加，產(chǎn)生裂紋。(2)在安排零件的加工工藝路線時，應考慮淬透性的影響。如在安排零件的加工工藝路線時，應考慮淬透性的影響。如對有效淬硬深度淺的大尺寸工件，應在粗加工后再調(diào)質(zhì)，以免對有效淬硬深度淺的大尺寸工件，應在粗加工后再調(diào)質(zhì)，以免把