null第四章 表面淬火第四章 表面淬火4.1 钢的淬火的目的与分类4.1 钢的淬火的目的与分类 表面淬火是指被处理工件在表面有限深度范围内加热至相变点以上，然后迅速冷却，在工件表面一定深度范围内达到淬火目的的热处理工艺。因此，从加热角度考虑，表面淬火仅是在工件表面有限深度范围内加热到相变点以上。
一、表面淬火的目的
在工件表面一定深度范围内获得马氏体组织，而其心部仍保持着表面淬火前的组织状态(调质或正火状态)，以获得表面层硬而耐磨，心部又有足够塑性、韧性的工件。
二、表面淬火的条件
快速加热：要在工件表面有限深度内达到相变点以上的温度，必须给工件表面以极高的能量密度来加热，使工件表面的热量来不及向心部传导，以造成极大的温差。null三、表面淬火的分类：
表面淬火常以供给表面能量的形式不同而命名及分类。目前表面淬火可以分成以下几类：
1.感应加热表面淬火
2.火焰淬火
3.电接触加热表面淬火
4.电解液加热表面淬火
5.激光加热表面淬火
6.电子束加热表面淬火
4.2 表面淬火工艺原理 4.2 表面淬火工艺原理 一、钢在非平衡加热时的相变特点
钢在表面淬火时，其基本条件是有足够的能量密度提供表面加热，使表面有足够快的速度达到相变点以上的温度。因此，表面淬火时，钢处于非平衡加热。
钢在非平衡加热时有如下特点：
1．在一定的加热速度范围内，临界点随加热速度的增加而提高。
在快速加热时均随着加热速度的增加而向高温移动。但当加热速度大到某一范围时，所有亚共析钢的转变温度均相同。加热速度愈快，奥氏体形成温度范围愈宽，但形成速度快；形成时间短．加热速度对奥氏体开始形成温度影响不大，但随着加热速度的提高，显著提高了形成终了温度．原始组织愈不均匀，最终形成温度提得愈高。 null2． 奥氏体成分不均匀性随着加热速度的增加而增大
如前所述，随着加热速度的增大，转变温度提高，转变温度范围扩大．随着转变温度的升高，与铁素体相平衡的奥氏体碳浓度降低，而与渗碳体相平衡的奥氏体碳浓度增大．因此，与铁素体相毗邻的奥氏体碳浓度将和与渗碳体相毗邻的奥氏体中碳浓度有很大差异。由于加热速度快，加热时间短，碳及合金元素来不及扩散，将造成奥氏体中成分的不均匀，且随着加热速度的提高，奥氏体成分的不均匀性增大。例如0.4％C碳钢，当以130℃／s的加热速度加热至900℃时，奥氏体中存在着1.6％C的碳浓度区．显然，快速加热时，钢种、原始组织对奥氏体成分的均匀性有很大影响．对热传导系数小，碳化物粗大且溶解困难的高合金钢采用快速加热是有困难的。 null3．提高加热速度可显著细化奥氏体晶粒．
快速加热时，过热度很大，奥氏体晶核不仅在铁素体一碳化物相界面上形成，而且也可能在铁素体的亚晶界上形成，因此使奥氏体的成核串增大。又由于加热时间极短，奥氏体晶粒来不及长大．当用超快速加热时，可获得超细化晶粒。
null4．快速加热对过冷奥氏体的转变及马氏体回火有明显影响．
快速加热使奥氏体成分不均匀及晶粒细化，减小了过冷奥氏体的稳定性，使c曲线左移．由于奥氏体成分的不均匀性，特别是亚共析钢，还会出现二种成分不均匀性现象。在珠光体区域，原渗碳体片区与原铁素体片区之间存在着成分的不均匀性，这种区域很傲小，即在微小体积内的不均匀性．而在原珠光体区与原先共析铁素体块区也存在着成分的不均匀性，这是大体积范围内的不均匀性．由于存在这种成分的大体积不均匀性，将使这二区域的马氏体转变点不同，马氏体形态不同．即相当于原铁素体区出现低碳马氏体，原珠光体区出现高碳马氏体．由于快速加热奥氏体成分的不均匀性，淬火后马氏体成分也不均匀，所以，尽管淬火后硬度较高，但回火时硬度下降较快，因此回火温度应比普通加热淬火的略低。null二、表面淬火的组织与性能
1.表面淬火的金相组织
钢件经表面淬火后的金相组织与钢种、淬火前的原始组织及淬火加热时沿截面温度的分布有关。最简单的是原始组织为退火状态的共析钢。淬火以后金相组织应分为三区，自表面向心部分别为马氏体区 (M) (包括残余奥氏体)， 马氏体加珠光体 (M十P)及珠光体 (P)区。
2.表面淬火的性能
高硬度、高耐磨性、高疲劳性能
4.3 感应加热表面淬火4.3 感应加热表面淬火一：感应加热表面淬火
定义：感应加热表面淬火是利用感应电流通过工件产生
的热效应，使工件表面局部加热，继之快速冷却，以获
得马氏体组织的工艺。
分类：高频淬火，中频淬火，工频三类。 null1、感应加热基本原理：
如图3-15所示，当感应圈中通过一定频率的交流电时，其内外将产生频率相同的交变磁场。若将工件放人感应圈内，在交变磁场作用下，工件内就会产生与感应圈中的电流频率相同而方向相反的感应电流。由于感应电流沿工件表面形成封闭回路，故称为涡流。
涡流在被加热工件中的分布由表面至心部呈指数规律衰减，因此，涡流主要分布于工件表面，工件内部几乎没有电流通过。这种现象叫做集肤效应。感应加热就是利用电磁感应和集肤效应，通过表面强大电流的热效应把工件表面迅速加热到淬火温度的。 null2、电流透入深度（单位为mm）：
在工程上定义为涡流强度由表向内降低至I0/e（I0为表面处的涡流强度，e＝2.718）处的深度。
钢在800-900C范围内的电流透入深度热及在室温20℃的电流透入深度与电流频率f（单位为Hz）之间有如下关系。
null3、感应加热温度和方式的选择：
淬火加热温度：一般高频加热淬火温度可比普通加热淬火温度高30-200℃．加热速度较快的，采用较高的温度．淬火前的原始组织不同，也可适当地调整淬火加热温度．调质处理的组织比正火的均匀，可采用较低的温度。
感应加热方式：一种称同时加热法，即对工件需淬火表面同时加热，一般在设备功率足够、生产批量比较大的情况下采用； 另一种称连续加热法，即对工件需淬火部位中的一部分同时加热，通过感应器与工件之间的相对位移速度来实现。
null4、冷却方式和冷却介质的选择
最常用的冷却方式是喷射冷却法和漫液冷却法。
喷射冷却法即当感应加热终了时把工件置于喷射器之中，向工件喷射淬火介质进行淬火冷却。其冷却速度可以通过调节液体压力、温度及喷射时间来控制。
漫液淬火法即当工件加热终了时，浸入淬火介质中进行冷却。对细，薄工件或合金钢齿轮，为减少变形、开裂，可将感应器与工件同时放入油槽中加热，断电后冷却，也称为埋油淬火法。
5、回火工艺
感应加热淬火后一般只进行低温回火。其目的是为了降低残余应力和脆性，而又不致降低硬度。一般采用酶回火方式有炉中回火、自回火和感应加热回火．
null5、回火工艺
感应加热淬火后一般只进行低温回火。
其目的是为了降低残余应力和脆性，而又不致降低硬度。一般采用酶回火方式有炉中回火、自回火和感应加热回火．
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