热处理原理与工艺 教学课件 作者 候旭明 第11章.docVIP

第十一章 钢的表面淬火 表面淬火是强化金属材料表面的重要手段之一，它是在不改变工件的化学成分和心部组织的情况下，采用快速加热，使表面一定深度范围内奥氏体化，然后进行冷却淬火，以达到强化工件表面的热处理方法。目前，表面淬火方法主要有感应淬火、火焰淬火、激光淬火、电接触淬火、电子束加热表面淬火以及电解液加热表面淬火等几种。其中 ，感应淬火应用最广。 本章主要介绍感应加热基本原理、感应加热表面淬火工艺的制订及感应器的制作方法，对火焰加热表面淬火方法及其他表面淬火工艺只做简要介绍。 第一节 感应加热表面淬火 一、感应加热表面淬火的特点及分类 感应加热表面淬火是利用电磁感应的原理，使零件表面快速加热而实现表面淬火的方法。根据感应加热电流频率的高低，可分为高频（0～500kHz）、～0kHz）中频（1～10kHz）及工频（0Hz）。 感应淬火和普通淬火相比具有下列优点：淬火加工路线为： 1．电磁感应加热原理 略。 2．集肤效应 定义…… 电流频率越高，集肤效应越明显。集肤效应使工件表层感应加热淬火成为可能。 工程上规定从导体表面到电流密度降至36.79%I0处的深度称为电流透入深度，用δ表示。当μ、f减小，ρ增大时，δ将增大。在电流透入深度δ层内，电流所产生的热量占全部电流产生总热量的86.5 %，即δ层之外不能实现有效加热。 电流透入深度：低于失磁点（居里点）的电流透入深度的称为冷态电流透入深度，通常用δ20表示。超过失磁点的电流透入深度称为热态电流透入深度，通常用通常用δ800表示。由于温度从室温提高到居里点时，ρ增大、μ急剧减小，故电流透入深度增大许多倍。 3．感应加热的物理过程 介绍物理过程（略） 引出透热式、传导式加热概念（略） 与传导式加热相比，透入式加热除表层不易过热外，还具有热损失小、效率高，加热迅速等优点。实际中，应尽量采取透入式加热。 四、感应加热时钢的相变特点 1）临界点升高。加热速度越快，相变开始温度和完成温度越高。 2）奥氏体成分不均匀 3）奥氏体晶粒变细 4）淬火后亚共析钢组织中出现低碳马氏体区（原铁素体区）和高碳马氏体区（原珠光体区），过共析钢组织中则存在低碳马氏体区、高碳马氏体区和未溶碳化物。快速加热还使马氏体的不稳定性增大，在回火中硬度下降较快，故回火温度比普通淬火件略低。 五、感应加热表面淬火后的组织性能 （一）感应淬火后的组织 图11-为亚共析钢高频淬火后显微组织：图11-为45钢高频淬火后各区域的显微组织。淬火后的组织还与钢的原始组织、加热和冷却规范等有关。 （）感应淬火后的力学性能 13）表面淬火疲劳强度、感应加热表面淬火工艺 （一）表面淬火零件的技术条件 主要技术有：表面硬度、硬层深度、硬区分布、和开裂、金相组织等。表11-材料表面淬火零件的硬度。（二）感应加热表面淬火工艺1.设备频率的选择δ热时可保证以透入式方式加热，由δ热=500/f1/2，可得出透入式加热允许的最高频率 fmax＜2500/Ds2(kHz) 考虑到热效率和保护感应圈，规定淬硬层深度应大于δ热 /4，由此可得出最低频率 fmin＞150/Ds2(kHz) 当硬化层深度为热态电流透入深度的40%~50%时，总效率最高，符合此条件的频率，称最佳频率 f最佳 =600/Ds2(kHz) 在一定频率下，感应圈的效率与零件直径有关，零件直径越大，感应圈的效率越高，因此大直径零件允许采用较低的频率，对小直径零件采用高的频率。2．比功率kW/cm2)。 比功率选择主要取决于频率和所要求的硬化层深度。当频率一定时，比功率越大，加热速度越快；达到一定的加热温度所需加热时间越短、加热层越薄。当比功率一定时，频率越高，电流透入深度越浅。 （2）同时加热淬火的最大面积Smax 当工件一次加热面积小于Smax时，可采用同时加热法。 Smax = P输ηpηg / P0min （cm2） 式中 P0min——比功率的最小值。 3.加热方法的确定 （1）同时加热淬火法 当设备功率足够时，可选用同时加热淬火法。这种方法具有操作简单、控制容易、能实现自回火、高效、节能等优点。 （2）连续加热淬火法 当设备功率不足以将工件需淬火表面积同时加热时，即工件的淬火面积S大于设备的同时加热淬火的最大面积时，应采用连续加热淬火法。这种方法适用于淬火面积较大而设备功率不能保证同时加热的情况。 4．加热温度一般以淬硬层的显微组织作为评定淬火温度是否合理的依据。如淬硬层得到中针或粗针马氏体时，则过高；若出现不完全淬火组织则加热温度偏低。表11-为不同加热速度和原始组织下，钢的最佳淬火温度范围。喷射法常用介质是水。对于，可采用聚乙烯醇水溶液、聚丙烯酰胺水溶液或乳化液进行喷射冷却。 感应淬火后的回火 回火方式有炉中回火、自回火和感应回火。 炉中回火温度对