CH103钢的热处理工艺(表面热处理与其他工艺).
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金属材料热处理工艺
10.3 其他类型热处理
10.3.1 钢的形变热处理 • 形变热处理： • 形变热处理的作用： • 形变热处理分类：高温形变热处理 低温形变热处理
授课 朱世杰
金属材料热处理工艺
一. 高温形变热处理 1.高温形变热处理：AC3以上变形＋淬火 2.高温形变热处理的应用： 3.影响高温形变热处理强化的因素 （1）形变温度 （2）形变量 4.高温形变热处理工艺：如图10—13
•
•
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集肤效应示意 图
感应加热表面淬火示意图
授课 朱世杰
金属材料热处理工艺 3、感应加热表面淬火的分类 （1）高频感应加热表面淬火：频率为250-300KHz，淬硬 层深度0.5-2mm。 （2）中频感应加热表面淬火：频率为2500-8000Hz，淬 硬层深度2-10mm。 （3）工频感应加热表面淬火：频率为50Hz,淬硬层深度 10-15 mm。
感应加热表面淬火举例：钢轨的热处理、形变热处理板
簧、中频调质、表面淬火、齿轮表面淬火
授课 朱世杰
金属材料热处理工艺
二. 其它表面淬火
1.火焰加热表面淬火(链接)：其工艺方法是利用可燃气体(如 氧-乙炔)的火焰将工件表面快速加热到淬火温度，然后立即 用水喷射冷却，通过控制火焰喷嘴的移动速度可获得不同厚 度的淬硬层。此法适于单件或小批量零件的表面淬火。(链接) • 常用材料为中碳钢和中碳合金钢，如35、45、40Cr、65Mn等； 还可用于灰铸铁、合金铸铁等铸铁件。 • 淬硬深度一般为 2～6mm。主要适用于单件或小批量生产的大型 零件和需要局部淬火的工具及零件等。 • 缺点是加热不均，易造成工件表面过热，淬火质量不稳定。
授课 朱世杰
金属材料热处理工艺
2.激光加热表面淬火（链接） 其工艺方法是将激光器产生的高 功率密度 （103~105W/cm2）的激光 束照射到工件表面上，使工件表面 被快速加热到临界温度以上，然后 移开激光束，利用工件自身的传导 将热量从工件表面传向心部而达到 自冷淬火。 淬硬深度0.3～0. 5mm；形状复 杂、盲孔等均可。
授课 朱世杰
金属材料热处理工艺
二. 低温形变热处理 1.低温形变热处理：AC1以下变形＋淬火 2.低温形变热处理的应用： 3.低温形变热处理强化的原因： 4.低温形变热处理工艺：如图10—14
授课 朱世杰
金属材料热处理工艺
10.3.2 钢的表面淬火
表面淬火是通过快速加热使钢件表面达到临界温度（ Ac1或Ac3） 以上，不等热量传到工件内层就迅速予以冷却，只使表面获得马氏 体，而内层仍为塑韧性良好的调质态组织的热处理工艺。 表面淬火的目的是使工件表面获得高的硬度、强度和耐磨性，心 部具有一定的强度、足够的塑性和韧性。 根据加热方法的不同，表面淬火可分为感应加热淬火、火焰加 热淬火、激光加热淬火、电子束加热表面淬火、电解液加热淬火、 电接触加热淬火等工艺。
授课 朱世杰
Fra Baidu bibliotek
金属材料热处理工艺
6、感应加热表面淬火的材料和应用 （1）中碳钢和中碳合金钢。主要用于中碳钢和中碳合金
结构钢制造的齿轮和轴类零件，它们经正火或调质（预先热
处理）后再表面淬火，心部具有良好的综合力学性能，而表 面具有较高的硬度和耐磨性。
（2）工、模具钢。用高碳钢制造的、承受较小冲击或交
变载荷的工具和量具，也可采用表面淬火。 （3）球墨铸铁
授课 朱世杰
金属材料热处理工艺
5、感应加热表面淬火的特点 （1）组织：中碳钢表面淬火后由表面往里面为：隐晶 M→M＋F＋T→F＋P或S’ 。 （2）加热速度快，生产效率高,适于大批量生产，易实现 自动化。淬火温度高于一般淬火温度。 （3）残余应力分布为表层为压应力，心部为拉应力。可 显著提高疲劳强度（一般小尺寸零件可提高2~3倍，大尺寸零 件可提高20%～30%）和降低缺口敏感性。 （4）淬火后马氏体晶粒细化，表面硬度高(表层硬度比普 通淬火高2～3HRC，且脆性较小)，强度高，耐磨性高；冲击 韧性随淬硬层增加而降低，冲击韧性与淬硬层深、心部组织 有关。 （5）加热速度快，保温时间短或无，一般不产生氧化和 脱碳，工件变形小。淬硬层深度易于控制。 （6）易于实现机械化与自动化。感应加热淬火后，为了 减小淬火应力和降低脆性，需进行170～200℃低温回火。 （7）设备费用高，零件形状复杂时感应器制造困难，不 适于单件生产。
50
10~15 以上
大型零件，如直径大于 300mm 的轧辊及轴类零件
授课 朱世杰
金属材料热处理工艺
4、感应加热表面淬火的工艺 感应加热表面淬火(链接)的工艺方 法是将钢件放入由紫铜管制作的与零 件外形相似的感应圈内，随后将感应 圈内通入一定频率的交变电流，这样 在感应圈内外产生相同频率的交变磁 场，同时在零件表面产生频率相同的 感生电流，该电流在工件表面形成封 闭回路。由此产生的热效应将零件表 快速加热到淬火温度，随即喷水冷却， 使工件表面获得马氏体组织。 （1）加热温度：比普通淬火高30～ 200℃ （2）冷却：喷射冷却法 （3）回火：炉中低温回火或自回火
火焰加热
感 应 加 热
授课 朱世杰
金属材料热处理工艺
一.感应加热表面淬火
1、感应加热表面淬火(链接) 利用在交变电磁场中工件表面产 生的高密度的感生电流，将工件表面 快速加热到淬火温度，并淬火冷却获 得马氏体的一种热处理工艺。
集肤效应示意图
感应加热表面淬火示意图
授课 朱世杰
金属材料热处理工艺 2、感应加热原理
• • 原理：电磁感应、 “集肤效应”和热传 导。 ①较高频率的交变磁场使工件内部感生 出巨大的涡流.涡流是指工件在交变电磁场 中，感生电流在工件表面形成封闭回路。 ② 感应电流在工件内的分布是不均匀的， 在工件表层电流密度最大，而心部密度为零， 这种现象称为集肤效应。频率越高，“集肤 效应”越显著。 ③ 电流透入的深度与感应电流的频率有 关。电流频率越高，感应电流透入深度越浅。 ④涡流在被加热工件中的分布由表面向 心部呈指数规律衰减。 电流透入深度δ： δ热 = 500· f-1/2 δ冷 = 20· f-1/2
各种感应器
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金属材料热处理工艺
感应加热表面淬火分类
名称 频率 （HZ） 100~1000K 淬硬深度 （mm) 0.2~2 适用零件
高频感应 加热 中频感应 加热
中小型，如小模数齿轮，直 径较小的圆柱型零件 中大型，如直径较大的轴， 大中等模数的齿轮
500~10000
2~8
工频感应 加热
10.3 其他类型热处理
10.3.1 钢的形变热处理 • 形变热处理： • 形变热处理的作用： • 形变热处理分类：高温形变热处理 低温形变热处理
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金属材料热处理工艺
一. 高温形变热处理 1.高温形变热处理：AC3以上变形＋淬火 2.高温形变热处理的应用： 3.影响高温形变热处理强化的因素 （1）形变温度 （2）形变量 4.高温形变热处理工艺：如图10—13
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集肤效应示意 图
感应加热表面淬火示意图
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金属材料热处理工艺 3、感应加热表面淬火的分类 （1）高频感应加热表面淬火：频率为250-300KHz，淬硬 层深度0.5-2mm。 （2）中频感应加热表面淬火：频率为2500-8000Hz，淬 硬层深度2-10mm。 （3）工频感应加热表面淬火：频率为50Hz,淬硬层深度 10-15 mm。
感应加热表面淬火举例：钢轨的热处理、形变热处理板
簧、中频调质、表面淬火、齿轮表面淬火
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金属材料热处理工艺
二. 其它表面淬火
1.火焰加热表面淬火(链接)：其工艺方法是利用可燃气体(如 氧-乙炔)的火焰将工件表面快速加热到淬火温度，然后立即 用水喷射冷却，通过控制火焰喷嘴的移动速度可获得不同厚 度的淬硬层。此法适于单件或小批量零件的表面淬火。(链接) • 常用材料为中碳钢和中碳合金钢，如35、45、40Cr、65Mn等； 还可用于灰铸铁、合金铸铁等铸铁件。 • 淬硬深度一般为 2～6mm。主要适用于单件或小批量生产的大型 零件和需要局部淬火的工具及零件等。 • 缺点是加热不均，易造成工件表面过热，淬火质量不稳定。
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金属材料热处理工艺
2.激光加热表面淬火（链接） 其工艺方法是将激光器产生的高 功率密度 （103~105W/cm2）的激光 束照射到工件表面上，使工件表面 被快速加热到临界温度以上，然后 移开激光束，利用工件自身的传导 将热量从工件表面传向心部而达到 自冷淬火。 淬硬深度0.3～0. 5mm；形状复 杂、盲孔等均可。
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金属材料热处理工艺
二. 低温形变热处理 1.低温形变热处理：AC1以下变形＋淬火 2.低温形变热处理的应用： 3.低温形变热处理强化的原因： 4.低温形变热处理工艺：如图10—14
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金属材料热处理工艺
10.3.2 钢的表面淬火
表面淬火是通过快速加热使钢件表面达到临界温度（ Ac1或Ac3） 以上，不等热量传到工件内层就迅速予以冷却，只使表面获得马氏 体，而内层仍为塑韧性良好的调质态组织的热处理工艺。 表面淬火的目的是使工件表面获得高的硬度、强度和耐磨性，心 部具有一定的强度、足够的塑性和韧性。 根据加热方法的不同，表面淬火可分为感应加热淬火、火焰加 热淬火、激光加热淬火、电子束加热表面淬火、电解液加热淬火、 电接触加热淬火等工艺。
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金属材料热处理工艺
6、感应加热表面淬火的材料和应用 （1）中碳钢和中碳合金钢。主要用于中碳钢和中碳合金
结构钢制造的齿轮和轴类零件，它们经正火或调质（预先热
处理）后再表面淬火，心部具有良好的综合力学性能，而表 面具有较高的硬度和耐磨性。
（2）工、模具钢。用高碳钢制造的、承受较小冲击或交
变载荷的工具和量具，也可采用表面淬火。 （3）球墨铸铁
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金属材料热处理工艺
5、感应加热表面淬火的特点 （1）组织：中碳钢表面淬火后由表面往里面为：隐晶 M→M＋F＋T→F＋P或S’ 。 （2）加热速度快，生产效率高,适于大批量生产，易实现 自动化。淬火温度高于一般淬火温度。 （3）残余应力分布为表层为压应力，心部为拉应力。可 显著提高疲劳强度（一般小尺寸零件可提高2~3倍，大尺寸零 件可提高20%～30%）和降低缺口敏感性。 （4）淬火后马氏体晶粒细化，表面硬度高(表层硬度比普 通淬火高2～3HRC，且脆性较小)，强度高，耐磨性高；冲击 韧性随淬硬层增加而降低，冲击韧性与淬硬层深、心部组织 有关。 （5）加热速度快，保温时间短或无，一般不产生氧化和 脱碳，工件变形小。淬硬层深度易于控制。 （6）易于实现机械化与自动化。感应加热淬火后，为了 减小淬火应力和降低脆性，需进行170～200℃低温回火。 （7）设备费用高，零件形状复杂时感应器制造困难，不 适于单件生产。
50
10~15 以上
大型零件，如直径大于 300mm 的轧辊及轴类零件
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金属材料热处理工艺
4、感应加热表面淬火的工艺 感应加热表面淬火(链接)的工艺方 法是将钢件放入由紫铜管制作的与零 件外形相似的感应圈内，随后将感应 圈内通入一定频率的交变电流，这样 在感应圈内外产生相同频率的交变磁 场，同时在零件表面产生频率相同的 感生电流，该电流在工件表面形成封 闭回路。由此产生的热效应将零件表 快速加热到淬火温度，随即喷水冷却， 使工件表面获得马氏体组织。 （1）加热温度：比普通淬火高30～ 200℃ （2）冷却：喷射冷却法 （3）回火：炉中低温回火或自回火
火焰加热
感 应 加 热
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金属材料热处理工艺
一.感应加热表面淬火
1、感应加热表面淬火(链接) 利用在交变电磁场中工件表面产 生的高密度的感生电流，将工件表面 快速加热到淬火温度，并淬火冷却获 得马氏体的一种热处理工艺。
集肤效应示意图
感应加热表面淬火示意图
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金属材料热处理工艺 2、感应加热原理
• • 原理：电磁感应、 “集肤效应”和热传 导。 ①较高频率的交变磁场使工件内部感生 出巨大的涡流.涡流是指工件在交变电磁场 中，感生电流在工件表面形成封闭回路。 ② 感应电流在工件内的分布是不均匀的， 在工件表层电流密度最大，而心部密度为零， 这种现象称为集肤效应。频率越高，“集肤 效应”越显著。 ③ 电流透入的深度与感应电流的频率有 关。电流频率越高，感应电流透入深度越浅。 ④涡流在被加热工件中的分布由表面向 心部呈指数规律衰减。 电流透入深度δ： δ热 = 500· f-1/2 δ冷 = 20· f-1/2
各种感应器
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金属材料热处理工艺
感应加热表面淬火分类
名称 频率 （HZ） 100~1000K 淬硬深度 （mm) 0.2~2 适用零件
高频感应 加热 中频感应 加热
中小型，如小模数齿轮，直 径较小的圆柱型零件 中大型，如直径较大的轴， 大中等模数的齿轮
500~10000
2~8
工频感应 加热