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。

机械知识-钢材表面处理四把火
第一‘火’——退火。

将钢加热到一定的温度然后让其自行冷却到常温，叫做退火。

钢的退火是将钢加热到发生相变或部分相变的温度，经过保温后缓慢冷却的热处理方法。

退火后可以带来以下好处：
1、改善组织使成分均匀化以及细化晶粒，消除了组织缺陷，提高了钢的力学性能，减少了残余应力；
2、可降低硬度，提高塑性和韧性，改善切削加工性能。

所以退火是为了后续工序作好准备，故退火是属于半成品热处理，又称预先热处理。

第二‘火’——淬火。

淬火是将钢加热到临界温度以上，使其温度骤然降低，以大于临界冷却速度的速度急速冷却，而获得以马氏体为主的不平衡组织的热处理方法。

淬火的好处是：能增加钢的强度和硬度，但要减少其塑性。

高速钢的淬火剂可以是“风”，所以高速钢又被称为“风钢”淬火中常用的淬火剂有：水、油、碱水和盐类溶液等。

第三‘火’——正火。

正火是将钢加热到临界温度以上，然后在空气中自然冷却的热处理方法。

这一点和退火很相似但具体的操作和要求不同。

这种工艺可以提高综合力学性能，对要求不高的零件可以用正火来代替退火，以此来降低生产成本提高效率。

第四‘火’——回火。

将已经淬火的钢重新加热到一定温度，再用一定方法冷却称为回火。

回火分高温回火、中温回火和低温回火三类。

这样做的好处是可以消除淬火产生的内应力，降低硬度和脆性，以取得预期的力学性能。

另外提到回火多与淬火、正火配合使用。

钢的五种热处理工艺热处理工艺——表面淬火、退火、正火、回火、调质工艺：1、把金属材料加热到相变温度（700度)以下,保温一段时间后再在空气中冷却叫回火。

2、把金属材料加热到相变温度（800度）以上,保温一段时间后再在炉中缓慢冷却叫退火。

3、把金属材料加热到相变温度(800度）以上，保温一段时间后再在特定介质中（水或油)快速冷却叫淬火.◆表面淬火•钢的表面淬火有些零件在工件时在受扭转和弯曲等交变负荷、冲击负荷的作用下，它的表面层承受着比心部更高的应力。

在受摩擦的场合，表面层还不断地被磨损,因此对一些零件表面层提出高强度、高硬度、高耐磨性和高疲劳极限等要求，只有表面强化才能满足上述要求。

由于表面淬火具有变形小、生产率高等优点，因此在生产中应用极为广泛。

根据供热方式不同，表面淬火主要有感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火、电接触加热表面淬火等。

感应表面淬火后的性能:1.表面硬度：经高、中频感应加热表面淬火的工件，其表面硬度往往比普通淬火高2～3单位（HRC）。

2。

耐磨性：高频淬火后的工件耐磨性比普通淬火要高.这主要是由于淬硬层马氏体晶粒细小,碳化物弥散度高,以及硬度比较高，表面的高的压应力等综合的结果.3.疲劳强度：高、中频表面淬火使疲劳强度大为提高,缺口敏感性下降。

对同样材料的工件，硬化层深度在一定范围内，随硬化层深度增加而疲劳强度增加，但硬化层深度过深时表层是压应力,因而硬化层深度增打疲劳强度反而下降，并使工件脆性增加。

一般硬化层深δ＝（10～20）％D。

较为合适,其中D。

为工件的有效直径.◆退火工艺退火是将金属和合金加热到适当温度,保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。

退火后组织亚共析钢是铁素体加片状珠光体；共析钢或过共析钢则是粒状珠光体。

总之退火组织是接近平衡状态的组织。

•退火的目的①降低钢的硬度,提高塑性，以利于切削加工及冷变形加工。

②细化晶粒，消除因铸、锻、焊引起的组织缺陷，均匀钢的组织和成分，改善钢的性能或为以后的热处理作组织准备.③消除钢中的内应力，以防止变形和开裂。

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。

常用钢的热处理方法、特点及应用名称方法特点应用表面热处理表面热处理包括表面淬火和化学表面热处理两种。

表面淬火是通过对工件表面淬火，以改变工作表层组织结构，使其表层获得硬度很高的马氏体，而心部仍保持原来的塑性和韧性；化学表面热处理，是通过改变工件表层的组织，同时又改变表层的化学成分，以获得耐酸、碱、耐蚀性，表层硬度化更硬的热处理方法。

表面淬火火焰表面淬火用乙炔-氧或煤气-氧的混合气体燃烧的火焰，喷射到工作表面上，快速使表层加热到A c3以上温度后，立即喷水或用乳化液冷却。

此法一般淬透层深度可达2～6mm，过深会引起工作表层严重过热，易产生表层裂纹。

表面硬度，钢可达65HRc，灰铸铁可达46HRc左右，合金铸铁可达48HRc左右。

此法简便，不需要特殊设备，费用低。

缺点是易过热，淬火效果、质量不稳定，应用受到一定限制。

适用单件小批生产的大、重型零件和需要局部淬火的工具或工件，大轴辊，在模数齿轮等。

通常用钢为中碳钢，（如35、45钢）中碳合金钢（含合金元素＜3%），如40Cr、65Mn等。

还可用于灰铸铁及合金铸铁件，一般含碳量为0.35～0.5%的碳素钢最适宜。

含碳量过低，硬度低；含碳量及合金元素过高则易淬裂。

感应表面加热淬火使用感应器，使工件表层产生强感应电流，迅速将其加热到淬火温度（A c3以上）后，立即喷水冷却，使工件表层淬火。

根据所用电流频率不同，感应加热表面淬火分：工频淬火：50Hz中频淬火：1～10kHz高频淬火：100～1000kHz淬火后变形小，淬透深度易控制，淬火时不易氧化和脱碳；可用于低淬透钢，操作易实现机械化、自动化、生产率高；表层硬度比普通淬火高HRc2～3；疲劳强度、冲击韧性都有所提高，一般工件可提高20～30%；所用电流频率越高，淬透层可越薄，如高频淬火一般为1～2mm，中频淬火一般为3～5mm，工频淬火为≥10～15mm。

缺点是复杂零件比渗碳困难。

通常用于中碳钢（含碳量0.4～0.5%）和中碳合金结构钢，也可用于高碳工具钢和低合金工具钢及铸铁一般零件淬透层深度为其半径101左右时，可获得强度、耐疲劳性和韧性的最好搭配。

钢的表面处理方法钢材是一种常用的金属材料，广泛应用于各个领域。

然而，钢材在使用过程中容易受到氧化、腐蚀、磨损等问题的影响，为了保护钢材的表面，延长其使用寿命，需要进行表面处理。

下面将介绍几种常见的钢材表面处理方法。

一、镀锌镀锌是将锌层覆盖在钢材表面的一种方法。

锌具有良好的防腐蚀性能，可以有效防止钢材被氧化和腐蚀。

镀锌的方法有热浸镀锌和电镀锌两种。

热浸镀锌是指将钢材浸入熔融的锌中，形成锌层；电镀锌是通过电解方法在钢材表面形成锌层。

镀锌处理后的钢材表面光滑均匀，具有良好的耐腐蚀性能。

二、喷涂喷涂是将一层保护性涂层喷涂在钢材表面的方法。

喷涂可以选择不同的涂料，根据使用环境的不同选择不同的喷涂材料。

常见的喷涂材料有油漆、聚合物涂料等。

喷涂处理后的钢材表面可以具有不同的颜色和光泽度，同时也具有一定的防腐蚀和防磨损能力。

三、化学处理化学处理是通过将钢材浸泡在特定的化学液中，使其表面发生一定的化学反应，形成保护层。

常见的化学处理方法有酸洗、磷化、氧化等。

酸洗是用酸性溶液将钢材表面的氧化物和污染物去除，以提高钢材的表面质量；磷化是在钢材表面形成一层磷化物膜，提高其耐蚀性能；氧化是通过氧化剂使钢材表面形成氧化层，增加其耐腐蚀性能。

四、热处理热处理是通过加热和冷却的方式改变钢材的组织结构和性能。

常见的热处理方法有淬火、回火、正火等。

淬火是将钢材加热至临界温度后迅速冷却，使其获得高硬度和高强度；回火是将淬火后的钢材重新加热至一定温度，然后慢冷，以减轻内应力和提高韧性；正火是将钢材加热至一定温度，保持一定时间后慢冷，以调整其组织结构和性能。

五、机械处理机械处理是通过机械方法对钢材表面进行加工，以改变其形状和表面质量。

常见的机械处理方法有抛光、打磨、切削等。

抛光是通过摩擦去除钢材表面的凹凸不平，使其表面光滑；打磨是通过研磨工具对钢材表面进行研磨，使其表面粗糙度降低；切削是通过切削工具对钢材进行切削加工，改变其形状和尺寸。

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。