感应淬火与渗碳淬火
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。
渗碳淬火+感应淬火工艺案例
渗碳淬火+感应淬火工艺案例1.概述十字轴是十字形万向接轴的重要零部件（见图1），其材料常选用15CrNi4MoA 钢，最终热处理工艺为渗碳淬火，因材料Ni含量（质量分数）高达4%～4.5%，Ni和Fe能无限固溶，扩大奥氏体区，是形成和稳定奥氏体的主要合金元素，会降低马氏体转变结束温度Mf点至室温以下，淬火后还会保留相当数量的残留奥氏体，加之渗碳后，渗碳层奥氏体碳浓度很高，达到0.7%～0.9%，碳含量高也会使残留奥氏体量增加。
因此，其淬火后组织中有大量残留奥氏体（见图2），奥氏体是一种硬度很低的相，会导致硬度降低，使十字轴渗碳淬火后硬度只能达到55HRC左右。
十字轴的轴颈直接与轴承滚子装配使用，而轴承滚子的硬度通常都在60HRC以上，由于十字轴硬度偏低，常导致十字轴被高硬度的轴承滚子快速磨损，发生表面剥落失效。
图1 十字轴结构图2 15CrNi4MoA钢残留奥氏体为提高十字轴的渗碳淬火硬度，常用方法是在渗碳淬火后增加一道深冷处理工序，使残留奥氏体继续转变成马氏体，减少残留奥氏体量，增加马氏体量，从而提高硬度。
但深冷处理成本较高，深冷时间较长，因此本文从另一个方向进行探索研究，将渗碳淬火后的十字轴进行感应淬火，分析渗碳淬火加感应淬火工艺对硬度、金相组织、淬硬层硬度梯度的影响，并讨论该工艺的应用方向，为该类零件的热处理工艺提供另一种参考方法。
2. 试验材料及方法试验选用十字轴材料为15CrNi4MoA钢，其化学成分如表1所示。
生产工艺流程：锻造→正火、回火→粗车→探伤→半精车→渗碳→淬火、回火→感应淬火→精车。
十字轴渗碳淬火工艺如图3所示。
表1 试验15CrNi4MoA钢化学成分（质量分数）（%）图3 十字轴渗碳淬火工艺十字轴经渗碳淬火后，在其中一个轴颈上进行感应淬火，采用套圈连续加热的方式进行，由于十字轴渗碳淬火加低温回火后，其表面组织为高碳回火马氏体，组织应力较大，在这种状态下进行二次淬火，容易出现淬火裂纹，为了解决此问题，感应淬火采用自冷的方式进行冷却。
常见汽车级机床用零件机加热处理工艺路线
一、齿轮1.渗碳及碳氮共渗齿轮的工艺流程毛坯成型→预备热处理→切削加工→渗碳（碳、氮共渗）、淬火及回火→（喷丸）→精加工2.感应加热和火焰加热淬火齿轮用钢及制造工艺流程配料→锻造→正火→粗加工→精加工→感应或火焰加热淬火→回火→珩磨或直接使用→调质→3.高频预热和随后的高频淬火工艺流程锻坯→正火→粗车→高频预热→精车（内孔、端面、外圆）滚齿、剃齿→高频淬火→回火→珩齿二、滚动轴承1.套圈工艺流程棒料→锻制→正火→球化退火车削加工→去应力退火→淬火→冷处理→低温回火→粗棒料→钢管退火磨→补加回火→精磨→成品2.滚动体工艺流程（1）冷冲及半热冲钢球钢丝或条钢退火→冷冲或半热冲→低温退火→锉削加工→软磨→淬火→冷处理→低温回火→粗磨→补加回火→精磨→成品（2）热冲及模锻钢球棒料→热冲或模锻→球化退火→锉削加工→软磨→淬火→冷处理→低温回火→粗磨→补加回火→精磨→成品（3）滚子滚针钢丝或条钢（退火）→冷冲、冷轧或车削→淬火→冷处理→低温回火→粗磨→附加回火→精磨→成品三、弹簧1.板簧的工艺流程切割→弯制主片卷耳→加热→弯曲→余热淬火→回火→喷丸→检查→装配→试验验收2.热卷螺旋弹簧工艺流程下料→锻尖→加热→卷簧及校正→淬火→回火→喷丸→磨端面→试验验收3.冷卷螺旋弹簧工艺流程下料→锻尖→加热→卷簧及校正→去应力回火→淬火→回火→喷丸→磨端面→试验验收四、汽车、拖拉机零件的热处理1.铸铁活塞环的工艺流程（1）单体铸造→机加工→消除应力退火→半精加工→表面处理→精加工→成品（2）简体铸造→机加工→热定型→内外圆加工→表面处理→精加工→成品2.活塞销的工艺流程棒料→粗车外圆→渗碳→钻内孔→淬火、回火→精加工→成品棒料→退火→冷挤压→渗碳→淬火、回火→精加工→成品热轧管→粗车外圆→渗碳→淬火、回火→精加工→成品冷拔管→下料→渗碳→淬火、回火→精加工→成品3.连杆的工艺流程锻造→调质→酸洗→硬度和表面检验→探伤→校正→精压→机加工→成品4.渗碳钢气门挺杆的工艺流程棒料→热镦→机加工成型→渗碳→淬火、回火→精加工→磷化→成品5.合金铸铁气门挺杆的工艺流程合金铸铁整体铸造（间接端部冷激）→机械加工→淬火、回火→精加工→表面处理→成品合金铸铁整体铸造（端部冷激）→机械加工→消除应力退火→精加工→表面处理→成品钢制杆体→堆焊端部（冷激）→回火→精加工→成品钢制杆体→对焊→热处理→精加工→表面处理→成品6.马氏体型耐热钢排气阀的工艺流程马氏体耐热钢棒料→锻造成型→调质→校直→机加工→尾部淬火→抛光→成品7.半马氏体半奥氏体型耐热钢（Gr13Ni7Si2）排气阀的工艺流程棒料→顶锻→精压→热处理→精加工→成品8.奥氏体耐热钢排气阀的工艺流程棒料→顶锻→精压→阀面和尾部堆焊耐热合金→热处理→杆部滚压或软氮化→精加工→成品9.半轴调质的工艺流程合金结构钢棒料→锻造成形→正火或退火→机械加工→调质→校直→精加工→成品10.半轴的表面淬火的工艺流程棒料→锻造成形→预先热处理→校直→机械加工→表面淬火→校直→精加工→成品11.柱塞副和喷油嘴偶件的工艺流程热扎退火棒料→自动机加工成型→热处理→精加工→时效→成品12.拖拉机履带板（1）40SiMn2履带板的热处理热轧成形→下料→机加工→热处理→成品（2）ZGMn13履带板的热处理铸造成型→热处理→成品五、金属切削机床零件的热处理1.机床导轨（1）MM7125平面磨床立柱镶钢导轨锻造→正火→机加工→消除应力退火→机加工→淬火→回火→磨（2）M9025工具曲线磨床镶钢导轨锻造→退火→机加工→淬火→回火→磨（3）S788轴承磨床镶钢导轨机加工→消除应力退火→机加工→渗碳→淬火→回火→磨→时效（4）MZ208轴承磨床镶钢导轨锻造→退火→机加工→消除应力退火→机加工→淬火→冰冷处理→回火→磨→时效2.机床主轴（1）CA6104车窗主轴（45钢）下料→粗加工→正火→机加工→高频淬火→回火→磨（2）T68、T611镗床的镗杆及MGB132磨床的主轴（35CrMoAlA钢）下料→粗车→调质→精车→消除应力处理→粗磨→渗氮→粗磨（3）SGC630精密丝杠车床主轴（12CrNi3A）锻造→正火→机加工→渗碳→正火→校直→消除应力→机加工→头部淬火→颈部淬火→回火→磨→时效（4）X62W万能升降台铣床主轴（球墨铸铁QT60-2）铸造→机加工→淬火→回火（5）M1040无心磨床主轴（球墨铸铁QT60-2）铸造→机加工→正火→机加工3.丝杠（1）7级或7级精度一下的一般丝杠（45钢）下料→正火或调质→校直→消除应力处理→机加工（2）6级或6级以上精密不淬硬丝杠（T10或T12钢）球化退火→机加工→消除应力处理→机加工→时效→精加工（3）中大型精密淬硬丝杠（CrWMn）锻造→球化退火→机加工→消除应力→机加工→消除应力→机加工→淬火、回火→冰冷处理→回火→探伤→机加工→时效→精加工→时效→精加工（4）中小型精密淬硬丝杠（9Mn2V）锻造→球化退火→机加工→消除应力→机加工→淬硬淬火→回火→冰冷处理→回火、探伤→机加工→时效→精加工→时效→精加工（5）滚珠丝杠（GCr15，GCr15SiMn）4.弹簧卡头（1）卧式多轴自动车床夹料卡头（9SiCr）锻造→退火→机加工→淬火→回火→机加工→磨开口→胀大定型（2）卧式多轴自动车床送料卡头（T8A钢）锻造→退火→机加工→淬火→回火→磨（3）仪表机床小型专用卡头（60Si2）退火→机加工→淬火→回火→磨（4）磨阀辨机床专用卡头（65Mn）锻造→正火→高温→回火→机加工→淬火→回火→机加工5.摩擦片（1）X62W万能升降台铣床摩擦片（A3）机加工→渗碳→淬火→回火→机加工→回火（2）DLMO电磁离合器摩擦片（65Mn）冲片→淬火→回火→磨（3）电磁离合器摩擦片（6SiMnV）锻造→退火→切片→淬火→回火→磨6.FW250万能分度头主轴（45）锻造→正火→机加工→淬火→回火→机加工7.万能分度头蜗杆（20Cr）正火→机加工→渗碳→机加工→淬火→回火→机加工8.三爪卡盘卡爪（45）正火→机加工→淬火→回火→高频淬火→回火→法蓝→磨加工9.三爪卡盘丝（45）锻造→正火→机加工→淬火→回火→法蓝→磨六、活塞1.20CrMnMo钢制活塞的热处理锻造→正火→检验→机加工→渗碳→检验→正火→淬火→清洗→回火→检验→喷砂→磨削2.钒钢活塞的热处理下料→锻造→检验→预先淬火→球化退火→检验→机加工→淬火→回火→检验→磨削七、凿岩机钎尾锻造→退火→检验→渗碳→检验→淬火→回火→清洗→检验→磨削。
sdf同步双频淬火工艺
同步双频淬火工艺（SDF）是一种感应淬火技术，在一个感应线圈上同时产生中频和高频电流，在工件表面形成感应漩涡电流，使工件表面在极短的时间内迅速加热，然后急速冷却，以在工件表面获取轮廓硬化层。
这种工艺特别适合处理具有复杂轮廓的零部件，如模数6以下的齿轮、蜗杆、准双曲面齿轮轴、汽车转向装置、汽车CV接头和驱动轴，以及直径大小不一的孔断面等。
经过同步双频感应加热技术处理过的工件，硬化层特别均匀。
美国的波音公司使用SDF感应淬火技术代替原有的渗碳淬火工艺，部分工件热处理后，类似磨齿的工序将不需要进行。
宝马、大众、奥迪、BOSCH、西门子等都使用了该项技术，国内也有企业在使用。
以上内容仅供参考，建议咨询专业人士获取更多信息。
各种淬火方法及其适用范围
各种淬火方法及其适用范围1. 第一种淬火方法是通过快速冷却金属材料以增加硬度和强度。
2. 水淬是一种常见的淬火方法，适用于中碳钢和高碳钢。
3. 油淬是另一种常见的淬火方法，适用于低合金钢和不锈钢。
4. 空气淬火适用于部分合金钢和精密零件，用以减少内部应力。
5. 盐浴淬火适用于高温合金钢和不锈钢，效果好且工艺复杂。
6. 固体表面淬火适用于需要局部提高硬度的工件，如齿轮或轴承。
7. 坩埚淬火适用于大型工件，能够在淬火中保持均匀的温度。
8. 悬浸淬火适用于金属丝和细小零件的表面硬化处理。
9. 感应淬火适用于需要精确控制加热和冷却的工件，如汽车零件和机械零件。
10. 激光淬火适用于需要局部加热的工件，效果快速且精准。
11. 火焰淬火适用于大型铸件或焊接接头的局部淬火。
12. 淬火渗碳适用于提高工件表面硬度和耐磨性，如齿轮和轴承。
13. 离子淬火适用于细小和复杂零件的表面强化处理。
14. 表面淬火适用于需要提高表面硬度的工件，如刀具和模具。
15. 淬火退火适用于同一工件先淬火后退火，以调整其组织和性能。
16. 淬火油是一种常用的冷却介质，适用于大多数碳钢和合金钢。
17. 淬火盐适用于提高淬火速度和表面质量，常用于碳化钢和合金钢。
18. 淬火水适用于快速冷却要求不高的低碳钢和中碳钢。
19. 淬火气体适用于需要精确控制冷却速度和保护表面的工件。
20. 淬火溶液适用于对淬火速度和表面质量要求高的合金钢和不锈钢。
21. 淬火工艺可根据工件材料和要求的硬度而定。
22. 淬火过程需要考虑工件的形状和尺寸，以保证其均匀性和质量。
23. 不同淬火方法对工件的影响有所不同，需根据具体情况选择合适的方法。
24. 淬火是金属热处理的重要环节，直接影响工件的使用性能。
25. 正确的淬火方法可以提高工件的硬度和强度，延长其使用寿命。
26. 淬火过程中要严格控制冷却速度和温度，以避免产生裂纹和变形。
27. 淬火后通常需要进行回火处理，以消除内部应力和提高韧性。
机床主要零件选材及热处理与热处理技术要求表示方法
一、机床主要零件选材及热处理摘录（仅供参考）
2、导轨
3、丝杠
注：热处理技术要求系指丝杠螺纹部分。
软丝杠的方头和轴颈一般需C42或G48。
注：（1）、表中的齿根最大弯曲应力及齿面最大接触应力按GB3480和GB10062规定计算；
（2）、齿轮的有效渗碳硬化层和渗氮层深度分别见附表4-1和附表4-2。
附表4-1：齿轮的有效渗碳硬化层深度(mm)
5、蜗轮副(蜗杆及蜗轮)
说明：经渗碳的蜗杆，其有效渗碳硬化层深度见附表5-1。
7、齿条
齿条可参照齿轮选择材料和制定热处理技术要求。
工作频繁的齿条应采用硬化措施。
细长齿条宜采用渗氮处理（或氮碳共渗或硫氮碳共渗处理）。
精度低的齿条可采用整体淬火。
工作不频繁或受力不大的齿条可以不采用硬化措施，其中要求调质的齿条宜用易切削非调钢YF40MnV或YF45MnV。
8、箱体
箱体一般采用灰铸铁制造，并经高温时效处理。
主轴箱等要求较高的箱体宜用HT300或HT350，一般箱体采用HT200或HT250。
要求刚度高受力大的箱体可采用球墨铸铁QT600-3制造。
单件小批量生产的箱体可采用45钢或Q235钢焊接结构。
这些箱体亦须进行高温时效处理。
说明：本资料是根据1993年北京机床研究所材料部编写的《《机床八类主要零件选材及热处理》整理而成。
其中，省去了一些解释文字。
二、机床行业热处理技术要求表示方法
注：冷卷弹簧的定形、消除应力处理可用“Hh”表示。
感应淬火替代渗碳淬火
感应淬火最早得到应用是为了提高零件表面硬度，以满足耐磨性的要求。
经过几十年的发展，感应淬火已经发展成为应用范围最为广泛的热处理技术，在汽车、铁路、船舶、工程机械、机床以及军工等行业形成了完善的技术和质量体系。
感应淬火替代渗碳淬火是其推广应用的一个重要领域，基于其突出的经济性和较高的技术指标，受到业界的重视。
对于两者的比较，在以下几个方面进行分析。
经济性先进的技术是用最低的成本获得满足需求的性能，经济性是技术应用首先考虑的因素。
1.设备投资感应淬火设备的投资是比较小的。
如中等规格齿轮的淬火设备，一条齿轮连续炉渗碳线投资约800万元，加上淬火压床、吊具等辅助设备合计约1500万元。
按照相同的产能对比，需要2台感应淬火机床，每套自动淬火机床的价格约100万元，仅仅是渗碳设备的10%～20%。
与多用炉相比，1套感应淬火机床的产能至少与3台多用炉相当，其投资相当于多用炉（包括辅助系统）的50%。
设备的占地面积和安装方面也是费用支出的重要部分。
渗碳设备占地面积大，对厂房的水、电、气要求较高，造成生产厂房需要较大的投资，安装费用也较高。
感应淬火设备占地面积小，安装简便，费用要少很多。
2.生产运行费用和生产节拍感应淬火生产运行费用低，也是其具有推广价值的重要指标。
统计显示，感应淬火的能耗为渗碳淬火的20%左右，淬火介质的消耗为30%左右，设备维护和消耗备件的费用为20%左右，生产三废的排放也非常低。
感应淬火为快速加热，加热时间为几秒到几十秒，生产节拍非常快。
对于降低人工成本、降低在制品率有优势。
3.热处理零件用材料发达国家的感应淬火用材料有一个专门的系列，但专用材料不表示高成本，只是为达到更好的效果而做的调整。
感应淬火选材范围是最广泛的，并且由于其特有的优异性能可以选用低成本的材料替代价格较高的渗碳材料。
渗碳处理的温度高、时间长，需要特别注意控制其晶粒长大，所以渗碳用钢中必须含有一定含量的细化晶粒合金元素。
4.热处理后的加工在渗碳淬火的实践中，往往在后续的磨削工序出现渗碳层被磨掉的问题，其原因就是渗碳层相对较浅，热处理变形后偏磨。
中频感应淬火工艺参数对渗碳泵筒基体硬度的影响
Ｍ ｅ ｉ ｍ ｒ ｑ ｅ ｙ ｉ ｕ ｔ ｎ ｈ ｒ ｎ ｎ ｒ ｃ ｓ ａ ａ ｅ ｅ ｓ ｄ ｕ ｆ ｅ ｕ ｎｃ ｎｄ ｃ ｉ ａ ｄｅ ｉ ｇ ｐ ｏ ｅ ｓ ｐ ｒ ｍ ｔ ｒ ｏ ｏ ｈ ｕ ｐ ｂ ｒ ｅ ａ ｂ ｒｚｎ ａ ｄ ｓ ｆｔ ｅ ｍ ａ ｒｘ ｎ ｔ ｅｐ ｍ ａ ｒ ｌｃ ｒ ｕ ｉ ｉ ｇ ｈ ｒ ｎｅ ｓｏ ｈ ｔ ｉ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔ ｅ ｆ ｑ ｅ ｃ ｄ ｃ ｏ ａ ｄ ｎ ｎ ｒ ｃ ｓ ｙｓ ｒ ｙｎ ｓｄ ｎ ｕ ｓ ｅｔ ｅ ｔ ｆ ｅ ａ ａ ｙ ｉ ｏ ｏ ｄ ｔ ｎ ｎ ｓｒ ｃ ： ｈ ｅ ｕ ｎ ｙ ｉ ｕ ｔ ｎ ｈ ｒ ｅ ｉ ｇｐ ｏ ｅ ｓ ｐ ａ ｉ ｇｉ ｉ ｅａ ｄ ｏ ｔｉ ｍｅｏ ｎ ｌｓｓ ｆ ｎ ｉｏ ｉ ｇ ｒ ｎ ｉ ｂ ｎ ｄ ｈ ｉ ｈ ｔ ｃ ｉ ｎ ｅｔ ａ ｄ ｈ ａｉ ｇｔ ｍｐ ｒｔ ｒ ｔ ｅ ｂ ｓ ｆｔ ｅｐ ｍｐ ｂ ｒｅ ａ ｂ ｒ ｉ ｇｈ ｒ ｎ ｓ ａ ｅ ｎ ｅ ｅ ｔ ｅ ｙ ｃ ｎｒ ｌ ｄ， ｎ ｎ ｔ ｅ ｃ ｕ ｓ ｆ ｎ ｅ ｅａ ｕ ｅ， ａ ｅ ｏ ｕ ａｒ ｌｃ ｒ ｕ ｚｎ ａ ｄ ｅ ｓｈ ｂ ｅ ｆ ｃ ｖ ｌ ｏ ｔ ｌ ａ ｄ ｉ ｏ ｒｅ ｏ ｈ ｈ ｉ ｓ ｉ ｏｅ ｈ
第 ３ ７卷 第 ６ 期 ・ 术 学
Ｖｏ ７ Ｎ ｏ ． Ｊ ． ３ ６
湖
南ＡＮ ＡＧＲｌ ＣＵＬ ＵＲＡＬ ｌ Ｔ ＭＡＣＨＩ ＮＥＲ Ｖ
Ｎ ＯＶ． ０ １ ２ ０
中频感 应淬 火工艺 参数对渗碳泵筒基体硬 度的影 响
李红莉 ， 孙 博
抽油 泵筒 是抽 油泵 中重要且难 以加工 的零 件之一 。抽油 泵筒与表面硬化的柱塞组成一对摩擦副 ，要保证 柱塞转动 和 往复运动无 阻卡 、 损均匀 ， 磨 更好地 适应深抽 ， 抽油泵筒 应有 足够的强度 、 刚度 和疲劳强度 ， 内表面还要 有高 的耐磨性 。 其 为了满足以上性能要求 ， 对抽油泵筒 实施 了渗碳 、 中频 淬火 ＋ 低温 回火 的热处理 工艺 。 通过 多次 实验 方法 ， 找到 了适合基体
金属表面处理工艺及技术
四 喷涂的涂层厚度为几十微米至数毫米.
二．热喷涂的特点
一 工艺灵活,适用范围广.热喷涂施工对象可大可小,小的可 到一0mm内孔[线爆喷涂],大的可到桥梁、铁塔[火焰线材喷 涂或电孤喷涂],可在室内喷涂,也可在野外现场作业；可 整体喷涂,也可以局部喷涂.
低碳钢渗碳缓冷后的组织
五渗碳后的热处理 淬火+低温回火, 回火温度为一六0-一八0℃.淬火方法有： ⑴ 预冷淬火法 渗碳后预冷到略高于Ar一温度直接淬火.
渗碳后的热处理示意图
⑵一次淬火法：即渗碳缓冷后重新加热淬火. ⑶ 二次淬火法： 即渗碳缓冷后第一次加热为心部Ac三+三0-五0℃,细化心部；
金属表面处理工艺
一、表面热处理
一、表面淬火 表面淬火是指在不改变钢的化学成分及心部组织情
况下,利用快速加热将表层奥氏体化后进行淬火以强 化零件表面的热处理方法.
火焰加热 感
应 加 热
表面淬火目的： 一 使表面具有高的硬度、耐磨性和疲劳极限; 二 心部在保持一定的强度、硬度的条件下,具有足够的塑
碳钢. 常用钢号为三八CrMoAl. ⑵氮化温度为五00-五七0℃ 氮化层厚度不超过0.六-0.七
mm.
井式气体氮化炉
⑶常用氮化方法 气体氮化法与离子氮化法. 气体氮化法与气体渗碳法类似,
渗剂为氨. 离子氮化法是在电场作用下,
使电离的氮离子高速冲击作为 阴极的工件.与气体氮化相比, 氮化时间短,氮化层脆性小.
第二次加热为Ac一+三0-五0℃,细化表层.
渗碳后的热处理示意图
常用方法是渗碳缓冷后,重新加热到Ac一+三0-五0℃淬火+低 温回火.此时组织为：
表面热处理名词解释
表面热处理名词解释
表面热处理（Surface Heat Treatment）是一种通过加热金属材料的表面层，以改变其组织、性能和使用寿命的工艺。
表面热处理可以在不改变工件整体化学成分和机械性能的情况下，通过对表面进行加热、冷却等过程来改善材料的硬度、韧性、耐磨性、抗疲劳性和耐腐蚀性等性能。
常见的表面热处理方法有以下几种：
1. 火焰淬火：将火焰直接喷射到工件表面，使其迅速加热并淬火，从而提高工件表面硬度和强度。
2. 感应淬火：在感应线圈中通以高频电流，产生感应电流并导致工件表面加热，再利用淬水或油等介质进行淬火。
3. 等离子渗碳：在真空或氮气保护环境中，使用放电等离子体使气体分子分解并在工件表面沉积形成碳化物，从而增加工件表面硬度和耐磨性。
4. 渗氮处理：在氨气气氛中，将工件加热至一定温度并保持一定时间，使氮原子渗入工件表面形成氮化物，提高工件表面硬度和耐磨性。
5. 疲劳强化：在低于熔点的温度下对金属材料进行加热处理，使其晶粒重新排列，消除内部应力和缺陷，提高材料的抗疲劳性能。
总之，表面热处理是一种重要的金属材料加工工艺，可以通过改变工件表面层的组织和性能来提高材料的使用寿命和性能，广泛应用于汽车、机械、航空航天等领域。
渗碳后的几种热处理方法
渗碳后的几种热处理方法
渗碳只能改变零件表面的化学成分，要使零件获得外硬内韧的性能，渗碳热处理后还必须进行淬火加低温回火，来改善钢的强韧性和稳定零件的尺寸。
根据工件的成分、形状和力学性能等，渗碳后常采用以下几种热处理方法。
1）直接淬火+低温回火
将零件自热处理炉中取出直接淬火，然后回火以获得表面所需的硬度。
直接淬火的条件有两点：渗碳热处理后奥氏体晶粒度在5-6级以上；渗碳层中无明显的网状和块状碳化物。
20CrMnTi等钢在渗碳后大多采用直接淬火。
2）预冷直接淬火+低温回火
预冷的目的是减小零件变形；使表面的残余奥氏体因碳化物的析出而减少。
预冷直接淬火表面硬度略有提高，但晶粒没有变化，预冷温度应高于Ar3，防止心部析出铁素体，温度过高影响预冷过程中碳化物的析出，残余奥氏体量增加，同时也使淬火变形增大。
3）一次加热淬火+低温回火
将渗碳件快冷至室温后再重新加热进行淬火和低温回火，适用于淬火后对心部有较高强度和较好韧性要求的零件。
4）高温回火+淬火+低温回火
经高温回火后残余奥氏体分解，渗层中碳和合金元素以碳化物形式析出，易于机械加工同时残余奥氏体减少。
主要用于Cr-Ni合金钢零件。
5）二次淬火+低温回火
将工件冷至室温后，再进行两次淬火，然后低温回火。
这是一种同时保证心部与表面都获得高性能的热处理方法。
两次淬火有利于减少表面的残余奥氏体数量。
6）二次淬火+冷处理+低温回火
也称为高合金钢减少表层残余奥氏体量的热处理。
7）渗碳热处理后感应加热淬火+低温回火
多用于齿轮和轴类零件。
感应淬火常见问题及解决措施
中频炉感应淬火件常见淬火缺陷，主要有硬度不够、软块、变形超差与淬火裂纹，还有局部烧熔等。
1、表面淬火后硬度不够：表面淬火后硬度不够是罪常见的问题，其原因亦是多方面的。
1）材料因素①火花鉴别法：这是最简单的方法，检查工件在砂轮上磨出的火花，可大致知道工件的含碳量是否有变化，含碳量越高，火花越多。
②直读光谱仪鉴别钢材的成分，现代化的直读光谱仪能在极短的时间内，将工件材料的各种元素及其含量进行检验并打印出来，可确定钢材是否符合图样要求。
③排除工件表面贫碳或脱碳因素，较常见的冷拔钢材，材料表面有一层贫碳或脱碳层，此时表面硬度低，使用砂轮或锉刀去掉0.5mm后，再测定硬度，如果发现该处硬度比外面为高，并达到要求，这表面工件表面有贫碳或脱碳层。
为进一步验证此问题，可用金相显微镜观察，表面贫碳层得组织与次层得显微组织明显不同，表面只有少量托氏体及大量铁素体，而次层则为马氏体，如果将此样品在保护气体下正火后在检验，表层只有少量珠光体，而次层则有该钢号应有的珠光体面积，如45钢，珠光体面积接近50%。
2）淬火加热温度不够或预冷时间长淬火加热温度不够或预冷时间太长，致使淬火时温度太低。
以中碳钢为例，前者淬火组织中含有大量未溶铁素体，后者其组织为托氏体或索氏体。
3）冷却不足①特别在扫描淬火时，由于喷液区域太短，工件淬火后，经过喷液区后，心部热量又使表面自回火（阶梯轴大台阶在上位时最易产生），此时表面自回火温度过高，常能从表面颜色及温度感测到。
②一次加热法时，冷却时间太短，自回火温度过高，或由于喷液孔因水垢减少了喷液孔截面积，导致自回火温度过高（带喷液孔的齿轮淬火感应器，最易产生次弊病）。
③淬火液温度过高，流量减少，浓度变化，淬火液中混有油污等。
④喷液孔局部堵塞，其特点是局部硬度不足，软块区常与喷液孔堵塞位置相对应。
感应加热设备之表面热处理表面淬火常见缺陷及对策信息编辑：郑州高氏发布时间：2012-06-21用交流电流流向被卷曲成环状的导体（通常为铜管），由此产生磁束，将金属放置其中，磁束就会贯通金属体，在与磁束自缴的方向产生窝电流（旋转电流）这感应电流在窝电流的影响下产生发热用这样的加热方式就是感应加热。
常用钢材热处理方法及目的
常用钢材热处理方法及目的一. 淬火 将钢件加热到临界温度以上40~60℃，保温一定时间，急剧冷却的热处理方法，称为淬火。
常用急剧冷却的介质有油、水和盐水溶液。
淬火的加温温度、冷却介质的热处理规范，见表<常用钢的热处理规范>.淬火的目的是：使钢件获得高的硬度和耐磨性，通过淬火钢件的硬度一般可达HRC60~65，但淬火后钢件内部产生了内应力，使钢件变脆，因此，要经过回火处理加以消除。
钢件的淬火处理，在机械制造过程中应用比较普遍，它常用的方法有： 1．单液淬火： 将钢件加热到淬火温度，经保温一定时间后，在一种冷却液中冷却，这种热处理方法，称为单液淬火。
它适用于形状简单、技术要求不高的碳钢或合金钢，工件直径或厚度大于5~8mm的碳素钢，选用盐水或水中冷却；合金钢选用油冷却。
在单液淬火中，水冷容易发生变形和裂纹；油冷容易产生硬度不够或不均的现象。
2．双液淬火： 将钢件加热到淬火温度，经保温后，先在水中快速冷却至300~400℃，在移入油中冷却，这种处理方法，称为双液淬火。
形状复杂的钢件，常采用此方法。
它既能保证钢件的硬度，又能防止变形和裂纹。
缺点是操作难度大，不易掌握。
3．火焰表面淬火： 用乙炔和氧气混合燃烧的火焰喷射到工件表面，并使其加热到淬火温度，然后立即用水向工件表面喷射，这种处理方法，称为火焰表面淬火。
它适用于单件生产、要求表面或局部表面硬度高和耐磨的钢件，缺点是操作难度大。
4．表面感应淬火： 将钢件放人感应器内，在中频或高频交流电的作用下产生交变磁场，钢件在磁场作用下产生了同频率的感应电流，使钢件表面迅速加热(2-10s)至淬火温度，立即把水喷射到钢件表面。
这种热处理方法，称为表面感应淬火。
经表面感应淬火的零件，表面硬而耐磨，而内部有较好的强度和韧性。
这种方法适用于中碳钢和中等含碳量的合金钢件。
表面感应淬火根据所采用的电流频率的不同，可分为高频、中频和工频淬火三种。
高频淬火电流频率为100~150kHz，淬硬层深1~3mm，它适用于齿轮、花键轴、活塞和其它小型零件的淬火；中频淬火电流频率为500~10000Hz，淬硬层深3—10mm，它适用于曲轴、钢轨、机床导轨、直径较大的轴类和齿轮等；工频淬火电流频率为50Hz，淬硬层一般大于10mm，适用于直径在300mm以上的大型零件的淬火，如冷轧辊等。
20Cr钢常见的热处理工艺
20Cr 钢的基本信息和常见的热处理工艺—北京京鲁兴华工业炉有限公司名称： ML20Cr化学成分：碳C：0.17～0.24(答应偏差：± 0.01)硅 Si ：≤ 0.30锰 Mn ： 0.50 ～ 0.80( 答应偏差：± 0.02)硫 S ：≤ 0.035磷 P ：≤ 0.035铬 Cr ： 0.70 ～ 1.00镍 Ni ：答应残余含量≤0.020铜 Cu ：答应残余含量≤ 0.020常见用途名称性能常见产品弯形塑性好，强度和淬透性均高于常用于制作耐磨性要求高或受冲ML15Cr和 ML20钢，热处理后有良ML20Cr击的紧固件，如螺栓、螺休、铆钉好的综合力学性能及温冲击韧度，等可加工性尚好ML20Cr 强度高于 ML20钢，冷变形塑性好，常用于制作螺钉、螺栓、弹簧座、无回火脆性固定销等ML20Cr 强度高于 ML25钢，冷变形塑性好，常用于制作螺钉、螺栓、弹簧座、可加工性较差固定销等常见的热处理工艺热处理工工艺参数硬度要求工艺特点艺去应力退加热 700~720℃，保温，空≤179HBS消除残余应力，消除加工硬化火冷完全退火加热 860~890℃，保温，炉≤179HBS消除残余应力，降低硬度冷不完全退加热 790℃，保温 8h，690℃获得粒状珠光体火等温 3h，出炉筒冷加热温度在 Ac3836℃线之上细化正火加热 870~900℃，保温，空≤217HBS晶粒，消除组织缺陷，以获得珠冷光体 +少量铁素体组织淬火加热860~880℃，保温，水冷或油冷34~38HRC淬火温度高，淬透性低，变形较大，硬度低，耐磨性差加热 880℃，保温，200℃硝盐分级后油冷 (200 ℃回火 1h)获得板条马氏体，变形小加热 880℃，保温，油冷。
再加热820，200℃硝盐分级后油冷 (200 ℃回火1h)获得板条马氏体，变形小加热 880℃，保温，油冷。
再加热 780℃，保温，400℃硝盐浴等温 5min 后油冷 (200 ℃回火 1h)获得板条马氏体，变形小。
感应热处理的优点及其局限性
感应热处理的优点及其局限性1.表面淬火表面淬火使工件有硬的外壳，韧的心部因此，他可替代一部分渗碳、调质和氧化工艺，节省材料的合金元素。
由于加热时间段，氧化皮很少，变形亦小。
2.可进行工件局部淬火：它能精确地将工件需进行淬火的局部进行加热，特别是在采用导磁体和使用高功率密度的情况下。
3.节能热处理：其能耗与渗碳、氧化、调质相比具有极大的优势，当工件淬火部位质量与整体质量之差越大时，它的优势也越显著。
感应热处理常具有高的附加值。
4.快速热处理：感应淬火的加热时间以秒计，一般在2~10s之内，生产周期亦短，特别是在采用自回火或随机感应回火情况下，此工序与机加工工序相似。
为此，现代化的感应淬火装备已经安排在生产线或自动线上。
5.清洁热处理：感应淬火所用淬火液一般为水或具有添加剂的水溶液，淬火时，几乎没有油烟，劳动环境好。
6.便于机械化及自动化：大批量生产的感应淬火件，一般均配有步进送料、机械手取工件及机器人操纵感应器等减少体力劳动的装置。
感应热处理的局限性1.感应热处理不适合于复杂形状的工件，例如：某些传动齿轮，它要求极高的耐磨性与韧性的心部，目前仍采用氮化工艺等。
2.需要专用工装即感应器热处理炉一炉可装多种工件进行加热、渗碳、氮化，而感应淬火则要求一个部位一种感应器，甚至要求一种专用定位夹具等，因此工具费用高。
它只适用于大批量生产一种或一种族的工件。
3.成套装置费用高和一般热处理设备比，感应淬火成套装置包括：变频电源、淬火机床、感应器以及附属的冷却水、淬火液循环装置等，投资费用相对比较高维护技术及费用亦比一般热处理设备高。
感应热处理的应用范围很广，包括汽车制造业、拖拉机及工程机械、重型机械、铁路运输、石油钻机、冶金机械、纺织机械、建筑材料等。
渗碳淬火
渗碳淬火网带托板连续式渗碳淬火炉渗碳淬火是金属材料常见的一种热处理工艺，它可以使渗过碳的工件表面获得很高的硬度，提高其耐磨程度。
传统工艺主要有：低温回火、预冷直接淬火、一次加热淬火、渗碳高温回火、二次淬火冷处理、渗碳后感应加热等工序。
淬火工艺在现代机械制造工业得到广泛的应用。
机械中重要零件，尤其在汽车、飞机、火箭中应用的钢件几乎都经过淬火处理。
为满足各种零件干差万别的技术要求，发展了各种淬火工艺。
渗碳：是对金属表面处理的一种，采用渗碳的多为低碳钢或低合金钢，具体方法是将工件置入具有活性渗碳介质中,加热到900--950摄氏度的单相奥氏体区,保温足够时间后,使渗碳介质中分解出的活性碳原子渗入钢件表层,从而获得表层高碳,心部仍保持原有成分. 相似的还有低温渗氮处理。
这是金属材料常见的一种热处理工艺，它可以使渗过碳的工件表面获得很高的硬度，提高其耐磨程度。
渗碳（carburizing/carburizat ion）渗碳是指使碳原子渗入到钢表面层的过程。
也是使低碳钢的工件具有高碳钢的表面层，再经过淬火和低温回火，使工件的表面层具有高硬度和耐磨性，而工件的中心部分仍然保持着低碳钢的韧性和塑性。
渗碳工件的材料一般为低碳钢或低碳合金钢(含碳量小于0.25%)。
渗碳后﹐钢件表面的化学成分可接近高碳钢。
工件渗碳后还要经过淬火﹐以得到高的表面硬度﹑高的耐磨性和疲劳强度﹐并保持心部有低碳钢淬火后的强韧性﹐使工件能承受冲击载荷。
渗碳工艺广泛用于飞机﹑汽车和拖拉机等的机械零件﹐如齿轮﹑轴﹑凸轮轴等。
渗碳工艺在中国可以上溯到2000年以前。
最早是用固体渗碳介质渗碳。
液体和气体渗碳是在20世纪出现并得到广泛应用的。
美国在20年代开始采用转筒炉进行气体渗碳。
30年代﹐连续式气体渗碳炉开始在工业上应用。
60年代高温(960～1100℃)气体渗碳得到发展。
至70年代﹐出现了真空渗碳和离子渗碳。
原理渗碳与其他化学热处理一样﹐也包含3个基本过程。
热处理特殊工序过程确认规定
热处理过程确认的实施规定热处理特殊工序是指气体渗碳、重加热淬火及感应淬火工序，特殊工序过程必须通过相关标准实施过程能力确认，确保设备能力保证过程能力；通过具备相应资格的操作人员，有效控制适宜的工艺参数保证过程能力；通过完善的质量记录为过程提供证据；并通过定期的再确认实现有效的持续改进。
1.对特殊工序的设备能力的确认1.1热处理特殊工序的设备包括RJJ-90,RQ2-90,RQ3-90井式炉，RH-105转底式保护气氛加热炉，HIC-48 密封箱式多用炉，KGPS200/4 感应加热淬火机床；Y15- U淬火油槽及107等温分级淬火油槽。
1.1.1井式炉能满足热处理正火、退火、调质、渗碳、碳氮共渗、软氮化等热处理工艺。
能处理最大工件尺寸950 X? 700伽、装炉量w 500Kg。
1.1.2RH-105转底式保护气氛加热炉能满足光亮退火、碳氮共渗、保护气氛加热淬火等热处理工艺。
能处理最大工件尺寸500X 500X 350伽，加热工位8个。
1.1.3HIC-48 密封箱式多用炉能满足光亮退火、碳氮共渗、调质、渗碳等热处理工艺。
能处理最大工件尺寸1200X 700X 700伽，装炉量w 1000Kg。
1.1.4Y15-『快速光亮淬火油槽能满足中大模数齿轮、轴的淬火要求；107等温分级淬火油能满足中小模数齿轮及变形量要求小的零件的淬火要求。
1.2为保证特殊工序过程能力，实施特殊工序的设备应具如下性能：1.2.1密封性能良好。
实施渗碳、碳氮共渗、软氮化工艺时炉内气氛压力》10伽水柱。
用U 型应力计进行检查。
1.2.2炉温均匀性应达到各型炉子的要求。
用标准热电偶检查：a.井式炉温度均匀性w± 15Cb.RH-105转底炉,HIC-48密封箱式多用炉温度均匀性w± 10C。
1.2.3安全性能保证。
各型炉子的废气排放口应畅通；风扇系统冷却水应保证正常供给。
1.3设备科负责定期（每年一次）对特殊设备的各项性能、运行状况、完好程度能否满足热处理的产品质量要求进行确认。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
扭力轴花键感应淬火与渗碳淬火的工艺实践分析
感应淬火与渗碳淬火同属表面硬化工艺，早在50年代，兵器部541工厂研究院坦克扭力轴即指出“感应淬火的成本为渗碳淬火的1/3，其后又提出：高频电流淬火工艺具有加热时间短、零件氧化皮少、变形小、工作环境洁净、可以在线生产等一系列优点。
”
然而，时至今日，渗碳淬火工艺在中小模数齿轮等领域，仍广泛应用于生产。
其原由是渗碳零件表面碳浓度高，耐磨性更优、工夹具简单和中、小零件批量装炉方便等多种因素。
感应淬火需要专用的感应器，工装、管理费用等相对高些，一汽研究所下属公司曾对连杆大头内孔渗碳与感应淬火的单件总成本作精细的对比，渗碳件材料加39道工序的加工费为14.73分，而感应淬火件28道工序相对费用为12.73分。
单件成本相差2分。
感应淬火对复杂形状的工件仿轮廓淬火具有难度，小内孔、不通孔的底面、卡盘爪的阶梯面、活塞的沟槽、曲面件等部位，不如渗碳工艺简便，因此，在选择表面硬化工艺时，应从工装、材料、工序数、产品寿命等作具体分析再确定，不能仅从节能一点来选取。
渗碳与感应淬火在工艺与装备研发上，近年来均有很大的进展。
感应淬火工艺具有优势的项目可列举如下：
1.深层渗碳方面
齿轮的渗碳层深与其模数有关，常选用的层深为（0.15～0.20）m。
对中、小模数齿轮，此值在0.2～1.0mm，一般渗碳工艺即可达到，但对大模数齿轮，如m=80的齿轮（见图1）和m=63齿条等，其层深要求常≥4mm，如采用渗碳，则必须深层渗碳，仅渗碳周期即不低于100h，更不论齿条长度几十米对设备装炉的要求了，而感应淬火是单齿扫描淬火，从电源容量与升降机构方面考虑，要简单得多。
国外另一实例是冶金设备的内孔，用感应淬火代深层渗碳。
2.畸变小方面
渗碳齿轮由于是整体加热，时间长、温度高，所以淬火后畸变大，有些齿轮则需压模淬火才解决问题，因此，它的周期长、耗电大、成本高，感应淬火相对有利，国内已有企业成功地将渗碳内齿圈改为感应淬火用于生产的实例。
但迄今也还有料浆泵缸套等零件仍采用渗碳淬火（渗层2.75～3.0mm）。
3.大零件、长零件感应淬火得天独厚
当今风电发展迅猛，风电机的迥转支承需要在滚道进行淬火，感应淬火无疑是最佳工艺，机床导轨面、石油管、铁道钢轨等的热处理，均已证明感应淬火具有得天独厚的优势。
4.低淬透性钢感应淬火代渗碳齿轮淬火
前苏联发明的低淬透性钢感应淬火，早在该国载货车上及轴承等方面应用，它从限制钢材淬透性方面使齿轮得到仿齿形淬硬层及规定硬度的心部，现在低淬钢的品种还在增加，除58钢以外，又扩大到60ПП、80ПП等牌号，具有较大经济效益。