钢的表面热处理

第八章钢的表面热处理知识要点：表面热处理的目的、分类；常用的表面热处理工艺（感应加热表面淬火和渗碳）；了解表面热处理的典型零件。

一、表面热处理的目的1．提高零件的表面性能，具有高硬度、高耐磨和高的疲劳强度。

→保证高精度2．使零件心部具有足够高的塑性和韧性。

→防止脆性断裂。

“表硬心韧”二、表面热处理的分类及工艺特点主要有两大类：表面淬火和化学热处理。

（一）表面淬火1．工艺：将工件表面快速加热到奥氏体区，在热量尚未达到心部时立即迅速冷却，使表面得到一定深度的淬硬层，而心部仍保持原始组织的一种局部淬火方法。

工艺特点：（1）不改变工件表面化学成分，只改变表面组织和性能；（2）表面与心部的成分一致，组织不同。

2．所用材料一般多用中碳钢、中碳合金钢，也有用工具钢、球墨铸铁等。

典型零件:如用40、45钢制作的机床齿轮齿面的强化、主轴轴颈处的硬化等。

3．常用表面淬火方法主要有：感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火和激光加热表面淬火。

（1）感应加热表面淬火原理：通以一定频率交变电流的感应线圈，产生的交变磁场在工件内产生一定频率的感应电流（涡流），利用工件的电阻而将工件加热；由于感应电流的集肤效应，使工件表层被快速加热至奥氏体化，随后立即快速冷却，在工件表面获得一定深度的淬硬层。

感应线圈→交变磁场→感应电流→工件电阻→加热，集肤效应→表层加热，快冷→淬硬层。

工件淬硬层的深度与频率有关：A. 0.2～2mm，高频感应加热（100—500KHz），适用于中小型齿轮、轴等零件；B．2～10mm，中频感应加热（0.5—10KHz），大中型齿轮、轴；C．〉10—15mm，工频感应加热（50Hz），用于大型轴、轧辊等零件。

特点：淬火质量好，表层组织细密、硬度高、脆性小、疲劳强度高；生产频率高、便于自动化，但设备较贵，不适于单件和小批量生产。

应用：主要零件类型是轴类、齿轮类、工模具，最常见的有：齿轮，如机床和精密机械上的中、小模数传动齿轮，蒸汽机车、内燃机车、冶金、矿山机械等上的大模数齿轮。

钢的热处理及表面热处理热处理1.定义：指在固态下将材料加热至一定温度，保持一定时间，并以适当速度冷却，以获得所需微观结构和性能的工艺方法。

2．热处理的工艺过程。

包括三个阶段：加热、保温和冷却，如图所示。

加热：热处理的第一道工序。

不同的材料，其加热工艺和加热温度都不同。

保温：目的是确保工件充分燃烧，防止脱碳、氧化等。

保温时间和介质的选择与工件的尺寸和材料直接相关。

一般按每分钟1~2mm计算；工件越大，材料的导热性越差，保温时间越长。

冷却：最后一道工序，也是最重要一道工序。

冷却速度不同，工件热处理后的组织和性能不同。

3.目的和作用在工业生产中，热处理的应用很广泛。

据统计，在机床制造中，约60%～70%的零件要经过热处理，在汽车、拖拉机制造中，需要热处理的零件多达70%～80%，而工模具及滚动轴承，则要100%进行热处理。

总之，凡重要的零件都必须进行适当的热处理才能使用。

目的：第一，提高材料的使用性能，延长零件的使用寿命。

二是提高材料的工艺性能，保证后续加工的顺利进行。

它们的共同点是，它们只改变内部组织结构，而不改变表面形状和大小。

4．基本类型（1）根据加热和冷却方法的不同分类，以及微观结构和性能的特点（见教材）（2）根据热处理在零件生产过程中的地位和作用预备热处理：是零件加工过程中的一道中间工序（也称为中间热处理），其目的是改善锻、铸毛坯件组织、消除应力，为后续的机加工或进一步的热处理作准备。

最终热处理：指能够提供工件使用性能的热处理。

其目的是使通过成形过程达到所需形状和尺寸的零件达到所需的使用性能。

根据铁碳平衡相图，共析钢加热到超过a1温度时，全部转变为奥氏体；而亚共析钢和过共析钢加热到a3和acm以上获得单相奥氏体。

通常，加热过程中的实际临界温度标有字母“C”，如AC1、AC3和ACCM；冷却过程中的实际临界温度标有字母“R”，如AR1、Ar3、ARCM等。

其物理含义为：ac1：加热时珠光体向奥氏体转变的温度；ar1：冷却时奥氏体向珠光体转变的温度；AC3：加热过程中所有共析铁素体转变为奥氏体的最终温度；Ar3：冷却过程中奥氏体向铁素体转变的起始温度；ACCM：加热过程中所有二次渗碳体溶解为奥氏体的最终温度；ARCM：冷却过程中二次渗碳体从奥氏体中析出的温度。

钢的表面热处理
钢的表面热处理是一种常见的工艺，用于改变钢材表面的性质以满足特定的功能要求。

常见的钢表面热处理包括渗碳、淬火、淬灭火、调质等。

1. 渗碳：钢材表面经过高温处理，与碳源（如固体碳或气体）接触，使碳原子渗透到钢材表面，形成高碳含量的渗碳层。

渗碳层可以提高钢材的表面硬度和耐磨性。

2. 淬火：将钢材加热至临界温度以上，然后迅速冷却。

这种快速冷却可以使钢材表面形成马氏体组织，提高钢材的硬度和强度。

淬火还可以改善钢材的耐磨性和韧性。

3. 淬灭火：将淬火后的钢材立即放入温和的液体中（如水或油）进行冷却。

淬灭火可以减缓淬火速度，从而减少残余应力和减少变形。

4. 调质：淬火后的钢材经过再加热，然后放置在适当的温度下保持一段时间，使钢材内部的残留应力得到释放和分散，从而提高钢材的韧性和强度。

钢的表面热处理可以根据具体要求选择不同工艺，以满足钢材的特定性能要求，如硬度、耐磨性、韧性等。

常用钢热处理工艺热处理是一种通过改变金属结构来改善其力学性能的方法。

常用钢热处理工艺包括退火、正火、淬火、回火和表面淬火等。

下面对这几种常用钢热处理工艺进行详细介绍。

1. 退火退火是指将钢加热到一定温度，然后缓慢冷却。

退火工艺分为完全退火和等温退火两种。

完全退火是将钢材加热至超过临界温度，然后慢慢降温。

等温退火是将钢材加热至超过临界温度，然后在等温时间内，使钢材的温度均匀，从而使钢材的组织变得均匀，于是提高了钢材的韧性。

2. 正火正火是将钢加热到一定温度，然后快速冷却。

正火一般分为低温正火，中温正火和高温正火三种。

低温正火使钢材的硬度提高，但是韧性降低。

高温正火使钢材的韧性提高，但是硬度降低。

中温正火平衡了钢材的硬度和韧性。

3. 淬火淬火是指将钢加热到超过临界温度，然后快速冷却。

淬火一般分为油淬、水淬和气淬三种。

油淬适用于要求较低的钢材，水淬适用于要求较高的钢材，气淬适用于要求最高的钢材。

淬火后钢材的硬度很高，但是韧性降低，此时需要回火来消除内部应力，提高钢材的韧性。

4. 回火回火是将淬火后的钢在一定温度下加热一段时间，然后由于自然冷却所形成的工艺。

回火分为低温回火和高温回火两种。

低温回火提高了钢材的韧性，但是硬度降低。

高温回火提高了钢材的韧性，但是硬度降低。

5. 表面淬火表面淬火是一种特殊的热处理工艺，用于提高钢材的表面硬度和耐磨性。

表面淬火和淬火不同的是，只在钢材表面进行加热和快速冷却。

这种技术对钢材表面的耐磨性提高很大，但是对钢材硬度的提高不大。

总之，钢材热处理是提高钢材力学性能的重要方法，常用的钢热处理工艺包括退火、正火、淬火、回火和表面淬火等。

选择适当的热处理工艺可以使钢材达到最佳的机械性能。

钢的表面淬火,化学热处理特点
钢的表面淬火是对钢材表面进行加热，然后快速冷却，以达到增加钢材硬度的目的。

淬火的化学热处理特点主要体现在以下几个方面：
首先，淬火可以改变钢材的组织结构，使其成为马氏体。

在钢材变为马氏体的金相组织中，分散着碳化物和/或含硫化物。

这些碳化物/含硫化物的分散可以提高
钢材的硬度和耐磨性。

其次，淬火可以提高钢材的强度。

热处理的目的之一是增强材料的强度。

在淬火过程中，钢材的晶粒细化，强度得到提高。

此外，淬火还可以改善钢材的韧性。

虽然淬火可以显著提高钢材的硬度和强度，但热处理过程中，钢材的韧性相对较差。

因此，通过淬火以后的回火或其他处理，可以提高钢材的韧性，保持高强度的同时，不牺牲钢材的韧性。

综上所述，钢的表面淬火是一种重要的化学热处理方式，它可以改善钢材的硬度、耐磨性、强度和韧性。

通过对不同工况下的钢材进行淬火处理和回火等后续
处理，可以满足不同用途的需求。

《机械制造技术基础》教案教学内容：钢的表面热处理与化学热处理教学方式：结合实际，由浅如深讲解教学目的：1．掌握钢的表面热处理的目的和方法；2．掌握钢的化学热处理方法及其应用；3．了解钢的热处理的新技术。

重点、难点：钢的表面热处理方法与目的钢的化学热处理方法及应用教学过程：6.5 钢的表面热处理与化学热处理一些在弯曲、扭转、冲击载荷、磨擦条件区工作的齿轮等机器零件，它们要求具有表面硬、耐磨，而心部韧，能抗冲击的特性，仅从选材方面去考虑是很难达到此要求的。

如用高碳钢，虽然硬度高，但心部韧性不足，若用低碳钢，虽然心部韧性好，但表面硬度低，不耐磨，所以工业上广泛采用表面热处理来满足上述要求。

6.5.1 钢的表面淬火仅对工件表层进行淬火的工艺，称为表面淬火。

它是利用快速加热使钢件表面奥氏体化，而中心尚处于较低温度即迅速予以冷却，表层被淬硬为马氏体，而中心仍保持原来的退火、正火或调质状态的组织。

表面淬火一般适用于中碳钢（W C=0.4～0.5%）和中碳低合金钢（40Cr、40MnB等），也可用于高碳工具钢，低合金工具钢（如T8、9Mn2V、GCr15等）。

以及球墨铸铁等。

目前应用最多的是感应加热和火焰加热表面淬火。

1、感应加热表面淬火它是工件中引入一定频率的感应电流（涡流），使工件表面层快速加热到淬火温度后立即喷水冷却的方法。

（1）工作原理如图6-14所示，在一个线圈中通过一定频率的交流电时，在它周围便产生交变磁场。

若把工件放入线圈中，工件中就会产生与线圈频率相同而方向相反的感应电流。

这种感应电流在工件中的分布是不均匀的，主要集中在表面层，愈靠近表面，电流密度愈大；频率愈高，电流集中的表面层愈薄。

这种现象称为“集肤效应”，它是感应电流能使工件表面层加热的基本依据。

（2）感应加热的分类根据电流频率的不同，感应加热可分为：高频感应加热（50～300kHz），适用于中小型零件，如小模数齿轮；中频感应加热（2.5～10kHz），适用于大中型零件，如直径较大的轴和大中型模数的齿轮；工频感应加热（50Hz），适用于大型零件，如直径大于300mm的轧辊及轴类零件等。