表面淬火和变形强化
表面淬火定义
表面淬火定义表面淬火是一种金属热处理技术，通过控制金属材料的加热和冷却过程，使其表面形成一层具有较高硬度和耐磨性的淬火层。
这种技术广泛应用于各种机械零件和工具的制造中，能够提高其使用寿命和性能。
表面淬火的过程可以分为加热、保温和冷却三个阶段。
首先，将金属材料加热到适当的温度，以激活材料内部的晶体结构。
然后，通过保温使材料中的晶体结构重新排列，形成一种具有高硬度的相态结构。
最后，通过迅速冷却来固定这种相态结构，使其在表面形成一层淬火层。
表面淬火的关键是控制加热和冷却的速度。
加热温度和时间的选择需要根据金属材料的性质和要求进行调整。
过高的温度和时间可能导致材料内部的晶体结构发生变化，影响淬火效果；过低的温度和时间则无法激活和重组晶体结构。
冷却过程一般采用水、油或盐浴等介质，通过迅速吸热来实现快速冷却。
冷却介质的选择取决于材料的类型和形状。
表面淬火的优点是能够在保持材料的韧性和强度的同时，提高其硬度和耐磨性。
淬火层的硬度一般远高于材料的基体，能够有效抵抗磨损和变形。
因此，表面淬火广泛应用于汽车发动机零件、工具刀具、轴承等高负荷和高磨损的零件制造中。
然而，表面淬火也存在一些局限性和注意事项。
首先，淬火层的深度一般较浅，只有几个毫米左右，对于需要较深淬火层的零件不适用。
其次，淬火过程中会产生应力，可能导致材料的变形和开裂。
因此，在淬火后需要进行适当的回火处理，以减缓应力并提高材料的韧性。
最后，表面淬火的工艺要求较高，需要严格控制加热和冷却的参数，以保证淬火效果的稳定性和一致性。
表面淬火是一种能够提高金属材料硬度和耐磨性的热处理技术。
通过控制加热和冷却的过程，能够在材料表面形成一层具有高硬度的淬火层。
这种技术在机械制造和工具制造中得到广泛应用，能够提高零件的使用寿命和性能。
然而，表面淬火也存在一些局限性和注意事项，需要在实际应用中进行合理选择和控制。
第七章 表面形变强化技术
渗碳钢经喷丸后的残余压应力
• 常用的渗碳钢经喷丸后，表层的残留奥 氏体有相当大的一部分将转变成马氏体， 因相变时体积膨胀而产生压应力，从而 使得表层残余应力场向着更大的压应力 方向变化。
• 在相同喷丸压力下： • 大直径弹丸喷丸后的压应力较低，压应 力层较深； • 小直径弹丸喷丸后表面压应力较高，压 应力层较浅，且压应力值随深度下降很 快。 • 对于表面有凹坑、凸台。划痕等缺陷或 表面脱碳的工件，通常选用较大的弹丸， 以获得较深的压应力层，使表面缺陷造 成的应力集中减小到最低程度。
喷丸产生的残余压应力
• 经喷丸和滚压 后，金属表面产生 的残余压应力的大 小，不但与强化方 法、工艺参数有关， 还与材料的晶体类 型、强度水平以及 材料在单调拉伸时 的硬化率有关。
残余压应力
• 具有高硬化率的面心立方晶体的镍基或铁 基奥氏体热强合金，表面产生的压应力高， 可达材料自身屈服点的2－4倍。
喷丸强度
• 当弧高度f达到饱和值，试片表面达到全覆 盖率时，以此弧高度f定义为喷九强度。 • 喷丸强度的表示方法是0.25C或fc=0.25， 字母或脚码代表试片种类，数字表示弧高 度值（单位为mm）。
（2）表面覆盖率试验
• 喷丸强化后表面弹丸坑占有的面积与总面 积的比值称为表面覆盖率。 • 一般认为，喷丸强化零件要求表面覆盖率 达到表面积的100％即全面覆盖时，才能有 效地改善疲劳性能和抗应力腐蚀性能。
（4）玻璃弹丸
• 近十几年发展起来的新型喷丸材料， 已在国防工业和飞机制造业中获得广泛应 用。 • 脆性较大 。
（5）陶瓷弹丸
• 弹丸硬度很高，但脆性较大。喷丸后表层 可获得较高的残余应力。
（6）聚合塑料弹丸
• 是一种新型的喷丸介质，以聚合碳酸酯为 原料，颗粒硬而耐磨，无粉尘，不污染环 境，可连续使用，成本低，而且即使有棱 边的新丸也不会损伤工件表面。
材料表面改性技术
离子渗氮法是由德国人B. Berghaus于1932年发明的。 原理：在0.1~10Torr的含氮气氛中，以炉体为阳极，被处理工件为阴极， 在阴阳极间加上数百伏的直流电压，由于辉光放电现象便会产生象霓虹 灯一样的柔光覆盖在被处理工件的表面。此时，已离化了的气体成分被 电场加速，撞击被处理工件表面而使其加热。同时依靠溅射及离子化作 用等进行氮化处理。
3、喷丸表面质量及影响因素
（1）喷丸表层的塑性变形和组织变化
金属表面经喷丸后，表面产生大量凹坑形式的塑性变形，表层 位错密度大大增加，而且还会出现亚晶界和晶粒细化现象。喷 丸后的零件如果受到交变载荷或温度的影响，表层组织结构将 产生变化，由喷丸引起的不稳定结构向稳定态转变。
如：渗碳钢表层存在大量残余奥氏体。喷丸后，这些残余奥 氏体转变成马氏体而提高零件的疲劳强度。
感应加热表面淬火
（一）感应加热基本原理
利用电磁感应原理，在工件表面产生密度很高的感应电流，并 使之迅速加热至奥氏体状态，随后快速冷却获得马氏体组织的 淬火方法。
• 当感应圈中通过一定频率交流电时， 在其内外将产生与电流变化频率相同 的交变磁场。将工件放入感应圈内， 在交变磁场作用下，工件内就会产生 与感应圈频率相同而方向相反的感应 电流。感应电流沿工件表面形成封闭 回路，通常称之为涡流。
化学热处理渗层的基本组织类型：单相固溶体；化合物；同时存在 固溶体、化合物的多相深层
形成扩渗层的3个基本条件：
（1）渗入元素必须能够与基体金属形成固溶体或金属间化合物。 要满足这一要求，溶质原子与基体金属原子相对直径的大小、 晶体结构的差异、电负性的强弱等因素必须符合一定的条件
（2）欲使渗入元素与金属之间直接接触，必须创造相应的工艺条 件来实现
表面强化工艺
表面强化工艺
是一种通过某种工艺手段使零件表面获得与基体材料不同的组织结构和性能的技术。
这种技术可以提高零件的硬度、强度、耐磨性、疲劳强度以及抗冲击性能等，从而延长零件的使用寿命，节约稀有、昂贵材料，并促进高新技术的发展。
常见的表面强化方法有以下几种：
1. 喷丸强化：通过高速喷射具有一定硬度的丸粒（如钢丸、玻璃丸等）对零件表面进行冲击，使其产生冷态塑性变形，从而提高硬度和抗磨性。
2. 滚压加工：利用滚压工具在零件表面形成一定的压缩层，提高其硬度和抗磨性。
滚压加工包括滚压、滚磨、滚光等方法。
3. 液体磨料强化：采用一种特殊的液体介质（如珩磨油、乳化液等），其中含有具有一定硬度的磨料颗粒。
通过液体介质对零件表面进行磨擦，使表面产生冷态塑性变形，从而提高硬度和抗磨性。
4. 表面热处理：通过改变零件表面层的组织结构，使其获得一定的硬度和强度。
常见的表面热处理方法有淬火、回火、渗碳、渗氮等。
5. 化学表面处理：通过化学方法改变零件表面的组织结构和性能，如化学镀、化学转化膜等。
表面强化工艺是一种通过各种方法提高零件表面性能的技术，可以延长零件的使用寿命，节约材料，并提高零件的性能。
在汽车制造、航空航天、机械制造等领域有广泛的应用。
工程材料——名词解释
1.工艺性能：材料对各种工艺性的适应能力。
2.晶格：用于描述原子在晶体中排列规律的三维空间几何点阵成为晶格。
3.组织：在显微镜下看到的相和晶粒的形态、大小和分布（基本组织）。
4.相：合金中，化学成分相同、晶体结构相同并有界面与其他部分分隔开来的一个均匀区域。
5.固溶强化：融入液质元素形成固溶而使金属的强度、硬度升高的现象成为固溶强化。
6.固溶件：合金结晶成固态时，含量少的组元（溶质）原子分布在含量多的组元（溶剂）晶格中形成一种与溶剂油相同晶格的相，称为固溶件。
7.细晶强化：通过细化晶粒而使金属材料力学性能提高的方法称为细晶强化。
8.同素异构转变：金属在结晶成固态以后继续冷却的过程中晶格类型随温度下降而发生变化的现象。
9.共晶转变：合金系中某一定化学成份的合金在一定的温度下（恒温），同时由液相中结晶出两种不同成份和不同晶体结构的固相。
10.共析转变：在某一恒定温度时，一定成分的固相又重新结晶成两个不同的固相的机械混合物。
11.过冷度：理论结晶温度与实际结晶之差称为过冷度。
12.加工硬化：随着金属材料变形量的增加，材料的强度和硬度增加而塑性下降的现象。
13.再结晶：P50.14.铁素体：铁素体是碳原子固溶到α—Fe中形成的间隙固溶体，代号为F或α。
15.奥氏体：碳原子固溶到γFe中形成的间隙固溶体，代号为A或γ。
16.珠光体：铁素体与渗碳体的两相机械混合物的共析体，代号为P，有固定化学成分Wc=0.77%17.相图：是表示在平衡状态下合金的化学成分、相、组织与温度的关系图。
18.退火：将金属或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。
19.正火：将钢材或钢件加热到Ac3（或Accm）以上30C~50C，保温适当的时间后，在静止的空气中冷却的热处理工艺。
20.淬火：是将钢件加热到Ac3或Ac1相变点以上某一温度，保持一定时间，然后以大于Vk的速度冷却获得马氏体和（或）下贝氏体组织的热处理工艺。
金工试题库(1)
金工试题库一.填空题：1．工程材料的力学性能指标包括（强度）、（硬度）、（塑性）、（韧性）和疲劳强度。
s2．淬火钢和工具钢常用（洛氏硬度）、退火钢常用（布氏硬度）来测试其硬度。
3．金属材料承受无限次重复交变载荷而不断裂的最大应力称为（疲劳强度）。
4．承受冲击载荷的零件要求（冲击韧性）一定要高。
5．金属材料在拉断前所能承受的最大应力叫（抗拉强度），而产生塑性变形而不被破坏的能力叫（塑性）。
6、金属的结晶包括（晶核的形成）和（晶核的长大）两个过程。
7．常见金属的晶格有（体心立方晶格）、（面心立方晶格）和（密排六方晶格）。
8．普通热处理工艺包括（退火）、（正火）、（淬火）、（回火），淬火后高温回火的热处理合称为（调质处理）。
9．钢在加热时，影响奥氏体转变的因素有（加热温度）、（加热速度）、（含碳量）、（原始组织）和（合金元素）。
10．影响奥氏体晶粒长大的因素有（加热温度）、（保温时间）和（化学成分）。
11. 亚共析钢一般进行(完全)退火,过共析钢一般进行(球化)退火,铸钢件一般进行(扩散)退火,为消除毛坯件的残余应力,一般需进行(去应力)退火。
12．钢的回火分为（低温回火）、（中温回火）、（高温回火）。
13．钢的表面淬火分为（火焰加热）表面淬火和（感应加热）表面淬火。
14．钢的淬火分为（单液淬火）、（双液淬火）、（分级淬火）、（等温淬火）。
15. 丝锥要求又硬又韧,应进行(等温淬火)热处理,45钢轴要求综合机械性能好,应进行(调质)热处理,60钢弹簧要求弹性好,应进行(淬火＋中温回火)热处理,T12钢锉刀要求高硬度,应进行(淬火＋低温回火)热处理。
16．铜合金按加入元素分为（黄铜）、（青铜）和（白铜）三类。
17．变形铝合金按性能特点及用途分为（防锈铝）、（硬铝）、（超硬铝）和（锻铝）四种。
18．铸造铝合金分为（铝硅系合金）、（铝铜系合金）、（铝镁系合金）和（铝锌系合金）。
19．塑料按热性能分为（热塑性塑料）和（热固性塑料）两种。
影响淬火热处理变形的原因
影响淬火热处理变形的原因淬火是将钢件加热到临界温度以上,保温适当的时间,然后以大于临界冷却速度冷却,获得马氏体或贝氏体组织的热处理工艺,它是强化钢材的最重要的热处理方法。
大量重要的机器零件及各类刀具、刃具、量具等都离不开淬火处理。
需要淬火的工件,经过加热后,便放到一定的淬火介质中快速冷却。
但冷却过快，工件的体积收缩及组织转变都很剧烈，从而不可避免地引起很大的内应力，容易造成工件变形及开裂。
由于淬火变形影响因素非常复杂，导致变形控制十分棘手。
而采用校直办法纠正变形或通过加大磨削加工余量，都会增加成本，因此研究钢件淬火热处理变形的影响因素，提出防止变形的措施是提高产品质量、延长零部件使用寿命、提高经济效益的重要课题。
零件热处理变形原因分析1 热应力引起的变形钢件在加热和冷却过程中,将发生热胀冷缩的体积变化以及因组织转变时新旧相比容差而产生的体积改变。
零件加热到淬火温度时,屈服强度明显降低,塑性则大大提高。
当应力超过屈服强度时,就会产生塑性变形,如果造成应力集中，并超过了材料的强度极限,就会使零件淬裂。
导热性很差的高碳合金钢,如合金模具钢Cr12MoV、高速钢W18Cr4V之类的工具钢，淬火加热温度很高，如不采用多次预热和缓慢加热,不但会造成零件变形,而且会导致零件开裂而报废。
此外,铸钢件和锻件毛坯,如果表层存在着一层脱碳层,由于表层和心部导热性能不同,在淬火加热较快时,也会产生热应力而引起变形。
冷却时由于温差大,热应力是造成零件变形的主要原因。
2 组织应力引起的变形体积的变化往往与加热和冷却有关,因为它和钢的膨胀系数相关。
比容的变化导致零件尺寸和形状的变化。
组织应力的产生起源于体积的收缩和膨胀，没有体积的膨胀,就没有组织转变的不等时性,也就没有组织应力引起的变形，导致热处理变形的内应力是热应力和组织应力共同作用形成的复合应力，热应力和组织应力综合作用的结果是不定的,可能因冷却条件及淬火温度的不同而产生不同情况，淬火应力是由急冷急热应力及由组织转变不同时所引起的应力综合构成的。
钢的四种强化机制
钢的四种强化机制引言钢是一种非常重要的材料，在许多领域都得到广泛应用。
为了提高钢的性能和使用寿命，人们经过长期的研究和探索，发现了一些可以强化钢的方法。
这些方法包括合金化、冷变形、热处理和表面处理等。
本文将会全面、详细、完整地探讨钢的四种强化机制，以帮助读者更好地理解这些方法的原理和应用。
合金化合金化是一种常用的钢强化方法，通过向钢中添加合金元素来改变其组织和性能。
其中比较常见的合金元素包括铬、镍、钼、锰等。
这些合金元素可以通过固溶强化、析出强化、碳化物强化等方式来增强钢的硬度、强度、韧性等性能。
固溶强化固溶强化是通过使合金元素溶解在钢基体中来提高钢的性能。
当合金元素加入到钢中时，它们会在钢的晶格中溶解，形成固溶体。
这些合金元素可以扩散到钢的晶界和位错中，从而阻碍位错的移动和晶界的运动，提高钢的强度和硬度。
析出强化析出强化是指合金元素从固溶体中析出形成细小的沉淀物，通过阻碍位错和晶界的移动来提高钢的性能。
当钢经过热处理后，合金元素会从固溶体中分离出来，在晶粒内部形成细小的沉淀物。
这些沉淀物可以阻碍位错的运动，增加晶界的能量，从而提高钢的强度、硬度和韧性。
碳化物强化碳化物强化是指合金元素形成碳化物的过程，通过增加碳化物的数量和尺寸来增强钢的硬度和强度。
当钢中的合金元素与碳结合时，它们会形成稳定的碳化物。
这些碳化物可以阻碍位错的移动，增加晶界的能量，从而提高钢的硬度和强度。
冷变形是通过机械力的作用来强化钢材。
当钢材在常温下受到外力的作用时，其晶粒会发生塑性变形，并产生位错和晶界等缺陷。
这些缺陷可以阻碍位错和晶界的移动，从而增强钢的硬度、强度和韧性。
冷轧冷轧是一种常用的冷变形方法，适用于制备薄板、带材等钢材。
在冷轧过程中，钢材首先经过加热，然后通过辊压机进行轧制。
这种轧制过程会使钢材的晶粒发生塑性变形，并产生大量的位错和晶界。
这些位错和晶界可以阻碍晶粒的滑移和晶界的运动，从而提高钢的强度和硬度。
冷拉拔冷拉拔是一种常用的冷变形方法，适用于制备线材、型材等钢材。
材料强化方法
材料强化方法材料强化是指通过一系列的方法和技术，使材料的性能得到提升和改善的过程。
在工程领域中，材料强化是非常重要的，它可以提高材料的强度、硬度、耐磨性等性能，从而使材料在各种工程应用中发挥更好的作用。
下面将介绍几种常见的材料强化方法。
一、热处理强化。
热处理是一种常见的材料强化方法，通过对材料进行加热和冷却，可以改变材料的晶体结构和性能。
常见的热处理方法包括退火、正火、淬火和回火等。
退火可以使材料的晶粒变细，提高材料的韧性和塑性；正火可以提高材料的硬度和强度；淬火可以使材料达到最高的硬度，但同时也会降低材料的韧性；回火可以减轻淬火带来的脆性，提高材料的韧性和强度。
二、表面强化。
表面强化是指通过改变材料表面的化学成分和结构，来提高材料的表面硬度、耐磨性和耐蚀性。
常见的表面强化方法包括渗碳、氮化、氧化、镀层和喷涂等。
渗碳可以在材料表面形成一层碳化物，提高表面硬度；氮化可以在材料表面形成一层氮化物，提高表面硬度和耐磨性；氧化可以在材料表面形成一层氧化物，提高表面的耐蚀性；镀层和喷涂可以在材料表面形成一层保护层，提高表面的耐磨性和耐蚀性。
三、变形强化。
变形强化是指通过对材料进行塑性变形，来提高材料的硬度和强度。
常见的变形强化方法包括冷加工、热加工和等温加工等。
冷加工可以使材料的晶粒变细，提高材料的硬度和强度；热加工可以通过热变形和再结晶来改善材料的组织和性能；等温加工可以在高温下对材料进行塑性变形，提高材料的硬度和强度。
四、合金强化。
合金强化是指通过合金元素的添加，来改善材料的组织和性能。
常见的合金强化方法包括固溶强化、析出强化和形变强化等。
固溶强化可以通过合金元素的固溶来提高材料的强度和硬度；析出强化可以通过合金元素的析出来提高材料的强度和硬度；形变强化可以通过合金元素的形变来提高材料的强度和硬度。
总结。
材料强化是提高材料性能的重要手段，热处理、表面强化、变形强化和合金强化是常见的材料强化方法。
不同的材料和工程应用需要采用不同的强化方法，以达到最佳的性能和效果。
金属材料表面处理工艺有哪些
金属表面处理工艺是利用现代物理、化学、金属学和热处理等学科的技术来改变零件表面的状况和性质，使之与心部材料作优化组合，以达到预定性能要求的工艺方法。
具体有以下几种处理工艺：
一、QPQ工艺处理
它是一种先进的表面处理工艺。
具有良好的耐磨性、良好的耐腐蚀性、良好的耐疲劳性、极小的变形、低碳环保、可替代多道工序，降低时间成本。
二、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。
三、化学表面热处理
表面合金化技术的典型工艺就是化学表面热处理。
是将工件置于特定介质中加热保温，使介质中活性原子渗入工件表层从而改变工件表层化学成分和组织，进而改变其性能的热处理工艺。
四、喷丸
是将大量高速运动的弹丸喷射到零件表面上，犹如无数个小锤锤击金属表面，使零件表层和次表层发生一定的塑性变形而实现强化的一种技术。
焦作汇鑫恒机械制造有限公司成立于2011年，公司采用新的工艺和新的环保设备，对现有的金属表面梳理材料进行研发、改进，是表面加硬处理的专业性技术公司，主要采用QPQ处理工艺。
工程材料-名词解释
一、名词解释⒈调质:对钢材作淬火+高温回火处理，称为调质处理。
⒉碳素钢:含碳量≤2.11%的铁碳合金。
⒊SPCD:表示冲压用冷轧碳素钢薄板及钢带，相当于中国08Al（13237）优质碳素结构钢淬透性：钢在淬火时获得的淬硬层深度称为钢的淬透性，其高低用规定条件下的淬硬层深度来表示淬硬性：指钢淬火后所能达到的最高硬度，即硬化能力相：金属或合金中，凡成分相同、结构相同，并与其它部分有晶只界分开的均匀组成部分称为相组织：显微组织实质是指在显微镜下观察到的各相晶粒的形态、数量、大小和分布的组合。
组织应力：由于工件内外温差而引起的奥氏体（γ或A）向马氏体（M）转变时间不一致而产生的应力热应力：由于工件内外温差而引起的胀缩不均匀而产生的应力过热：由于加热温度过高而使奥氏体晶粒长大的现象过烧：由于加热温度过高而使奥氏体晶粒局部熔化或氧化的现象回火脆性：在某些温度范围内回火时，会出现冲击韧性下降的现象，称为回火脆性回火稳定性：又叫耐回火性，即淬火钢在回炎过程中抵抗硬度下降的能力。
马氏体：碳在α-Fe中的过饱和固溶体称为马氏体。
回火马氏体：在回火时，从马氏体中析出的ε-碳化物以细片状分布在马氏体基础上的组织称为回火马氏体。
本质晶粒度：钢在加热时奥氏体晶粒的长大倾向称为本质晶粒度实际晶粒度：在给定温度下奥氏体的晶粒度称为实际晶粒度，它直接影响钢的性能。
化学热处理：将工件置于待定介质中加热保温，使介质中活性原子渗入工件表层，从而改变工件表层化学成分与组织，进而改变其性能的热处理工艺。
表面淬火：：指在不改变钢的化学成分及心部组织的情况下，利用快速加热将表面奥氏休化后进行淬火以强化零件表面的热处理方法。
1.过冷度—理论结晶温度与实际结晶温度之差1.正火—将钢件加热到Ac3或Accm以上30-50℃，保温适当时间后在静止的空气中冷却的热处理工艺，称为正火。
2.奥氏体—碳固溶于γ-Fe中形成的间隙固溶体称为奥氏体，用γ或A表示。
模具的热处理及表面强化技术
第9章模具的热处理及表面强化技术模具热处理及表面强化是模具制造中的关键工艺之一，直接关系到模具的制造精度、力学性能(如强度等)、使用寿命以及制造成本，是保证模具质量和使用寿命的重要环节。
模具在实际生产使用中表明，在模具的全部失效中，由于热处理不当所引起的失效居于首位。
在模具设计制造过程中，若能正确选用钢材，选择合理的热处理及表面强化技术工艺，对充分发挥材料的潜在性能、减少能耗、降低成本、提高模具的质量和使用寿命都将起到重大的作用。
当前模具热处理技术发展较快的领域是真空热处理技术和模具的表面强化技术。
9.1模具的热处理9.1.l模具钢的热处理模具钢的热处理工艺是指模具钢在加热、冷却过程中，根据组织转变规律制定的具体热处理加热、保温和冷却的工艺参数。
根据加热、冷却方式及获得组织和性能的不同，热处理工艺可分为常规热处理、表面热处理（表面淬火和化学热处理等）等。
根据热处理在零件生产工艺流程中的位置和作用，热处理又可分为预备热处理和最终热处理。
模具钢的常规热处理主要包括退火、正火、淬火和回火。
由于真空热处理技术具有防止加热氧化、不脱碳、真空除气、变形小及硬度均匀等特点，近年来得到广泛的推广应用。
1.退火工艺退火一般是指将模具钢加热到临界温度以上，保温一定时间，然后使其缓冷至室温，获得接近于平衡状态组织的热处理工艺。
其组织为铁素体基体上分布着碳化物。
目的是消除钢中的应力，降低模具材料的硬度，使材料成分均匀，改善组织，为后续工序(机加工、冷加工成形、最终热处理等)做准备。
退火工艺根据加热温度不同可分为：1）完全退火将模具钢加热到临界温度A c3以上20~30℃，保温足够的时间，使其组织完全奥氏体化，然后缓慢冷却，以获得接近平衡状态组织的热处理工艺。
其目的是为了降低硬度、均匀组织、消除内应力和热加工缺陷、改善切削加工性能和冷塑性变形性能，为后续热处理或冷加工做准备。
2）不完全退火将钢加热到A c1~A c3（亚共析钢）或A c1~A ccm（过共析钢）之间，保温一定时间后缓慢冷却，以获得接近于平衡组织的热处理工艺。
表面强化工艺名词解释
表面强化工艺名词解释
表面强化工艺是一种通过物理或化学方法来增强材料表面性能的工艺过程。
这种工艺主要用于改善材料的耐磨性、耐腐蚀性、抗疲劳性等，以延长其使用寿命和提高其可靠性。
以下是表面强化工艺的一些常见类型：
1. 热处理：热处理是一种通过控制材料加热和冷却速度来改变材料内部结构，从而达到改善材料性能的目的。
常见的热处理方法包括退火、淬火、回火等。
2. 喷丸强化：喷丸强化是一种通过高速喷射硬质粒子冲击材料表面，使表面产生塑性变形和残余压应力，从而提高材料抗疲劳性和耐磨性的工艺。
3. 激光表面强化：激光表面强化是一种利用高能激光束照射材料表面，使表面快速加热并迅速冷却，从而改变表面结构，提高材料性能的工艺。
4. 离子注入：离子注入是一种将高能量的离子注入到材料表面，改变表面成分
和结构，从而提高材料抗腐蚀性和耐磨性的工艺。
5. 纳米涂层：纳米涂层是一种将纳米级材料涂覆在基材表面，提高材料耐腐蚀性、耐磨性和抗氧化性的工艺。
6. 电镀：电镀是一种通过电解方法将金属或合金沉积在材料表面，提高材料耐磨性、耐腐蚀性和导电性的工艺。
7. 化学镀：化学镀是一种通过化学反应将金属或合金沉积在材料表面，提高材料耐磨性、耐腐蚀性和抗氧化性的工艺。
这些表面强化工艺可以根据不同的需求选择不同的工艺方法和材料，以达到最佳的表面强化效果。
名词解释
1、加工硬化：随着塑性变形的增加，金属的强度、硬度迅速增加；塑性、韧性迅速下降的现象。
2、固溶强化：通过溶入某种溶质元素形成固溶体而使金属的强度、硬度升高的现象称为固溶强化。
3、变形强化：即利用加工硬化有利的一面：经过一定塑性变形来增加金属的强度、硬度的方法。
4.淬透性：奥氏体化后的钢在淬火时获得马氏体的能力，其大小用钢在一定条件下淬火获得的有效淬硬层深度表示。
（淬硬层深度是指由工件表面到半马氏体区(50%M + 50%P)的深度。
）5、淬硬性：指正常淬火情况下获得马氏体组织所能达到的最高硬度6.热硬性：又叫红硬性，钢在高温下保持高硬度的能力。
7、奥氏体（A ）：奥氏体是碳在中形成的间隙固溶体，面心立方晶格。
因其晶格间隙尺寸较大，故碳在中的溶解度较大。
有很好的塑性。
8、渗碳体（Fe 3C ）：铁和碳相互作用形成的具有复杂晶格的间隙化合物。
渗碳体具有很高的硬度，但塑性很差，延伸率接近于零。
在钢中以片状存在或网络状存在于晶界。
在莱氏体中为连续的基体，有时呈鱼骨状。
9、珠光体（P ）：由铁素体和渗碳体组成的机械混合物。
铁素体和渗碳体呈层片状。
珠光体有较高的强度和硬度，但塑性较差。
10.马氏体：碳在α-Fe 中的过饱和固溶体。
11.莱氏体（Ld ）：由奥氏体和渗碳体组成的机械混合物。
在莱氏体中，渗碳体是连续分布的相，奥氏体呈颗粒状分布在渗碳体基体上。
由于渗碳体很脆，所以莱氏体是塑性很差的组织。
12共析反应：(共析转变)由特定成分的单相固态合金，在恒定的温度下，分解成两个新的，具有一定晶体结构的固相的反应。
13、共晶反应：指一定成分的液体合金，在一定温度下，同时结晶出成分和晶格均不相同的两种晶体的反应。
14、同素异构转变：由于条件（温度或压力）变化引起金属晶体结构的转变，称同素异构转变。
15、自发形核：在一定条件下，从液态金属中直接产生，原子呈规则排列的结晶Fe -γFe -γ核心。
16、纤维组织：经过一定塑性变形后，金属组织（特别是晶界上存在的杂质）沿变形方向的流线分布叫纤维组织。
钣金表面处理工艺
四、热处理的工艺性
热处理时机的确定： 预备热处理一般安排在毛坯生产之后，切
削加工之前 正火和退火：消除热加工时毛坯的内应力、
细化晶粒、调整组织、改善切削加工性 调质：提高零件综合性能，为最终热处理
做组织上的准备
钣金表面处理工艺
最终热处理（淬火+回火或化学热处理）： 一般放在半精加工之后，磨削加工之前。 热处理工艺对零件结构的要求
多弧离子镀膜机
钣金表面处理工艺
物理气相沉积具有适用的基体材料和膜层材料广泛；工艺简 单、省材料、无污染；获得的膜层膜基附着力强、膜层厚度 均匀、致密、针孔少等优点。
广泛用于机械、航空航天、电子、光学和轻工业等领域制备 耐磨、耐蚀、耐热、导电、绝缘、光学、磁性、压电、滑润、 超导等薄膜。
钣金表面处理工艺
⑶ 激光热处理: 利用高能量密度的 激光对工件表面进行加热的方法。 效率高，质量好。
火焰加热表面淬火
激光表面热处理
钣金表面处理工艺
火焰加热表面淬火示意图
钣金表面处理工艺
一、表面热处理
2、化学表面热处理
化学热处理是将工件置于特定介质中加热保温，使 介质中活性原子 渗入工件表层从 而改变工件表层 化学成分和组织, 进而改变其性能 的热处理工艺。
火轴 感连
感应加热表面淬火齿轮的截面图
钣金表面处理工艺
中频感应加热 频 率 为 25008000Hz，淬硬层深 度2-10mm。
中频感应加热表面淬火的机车凸轮轴
钣金表面处理工艺
各种感应器
工频感应加热 频率为50Hz,淬硬层
深度10-15 mm
感应穿透加热
各种感应器
钣金表面处理工艺
⑵ 火焰加热: 利用乙炔火焰直接加 热工件表面的方法。成本低，但质 量不易控制。
表面处理第四、五讲表面淬火及表面形变强化
表面淬火层的性能（3） （3） 疲劳强度：高频淬火可显著提高零件的疲劳强度。这 是由于表面产生的压应力可以抑制裂纹的萌生和扩展，使其 缺口敏感性下降。
表 4－2 40Cr 钢不同处理状态下疲劳强度的比较 － 处理状态 疲劳强度 σ 1 N／mm2 200 正火 240 调质 290 调质+表面淬火δ = 5mm 330 调质+表面淬火δ = 9mm
功率密度 加热时间 硬化层深度 工件冷却 淬火层组织 畸 变
感应加热淬火新技术（2） 2 双频感应加热淬火 对于凹凸不平的工件可采用两种频率交替加热， 较高频率加热时，凸出部位温度较高；较低频率 加热时，低凹部位温度较高。这样可达到均匀硬 化的目的。 3 超音频感应加热淬火 采用20kHz ～ 50kHz的频率（超音频波）感应 加热淬火可解决凹凸不平工件表面淬硬层不均匀的 问题。
二、表面淬火与常规淬火的区别 (1) 加热速度越快，奥氏体晶粒越细、硬度越高。
表面淬火与常规淬火的区别 (2)
提高加热速度将使 Ac3 与 Acm线上移，可以防止过热。 快速加热使奥氏体成分不 均匀，易形成贫碳的奥氏体， 合金元素也难实现成分均匀化。
表面淬火与常规淬火的区别 (3)
5.03 10
4
f
mm
感应加热频率越高，淬硬层越浅，但加热速度越快。
感应加热频率与淬硬层的关系
表6－9 感应加热淬火用交流电频率 名 称 高 频 超音频 中 频 工 频 频率范围/Hz （100~500）×103 （20~100）×103 （1.5~10）×103 50 淬硬深度/mm 0.5~2 2~5 2~5 10~15
表面淬火层的组织和硬度分布 硬化层的厚度可用金相法和硬度法测定。
金属热处理选择题库及参考答案
金属热处理选择题库及参考答案一、单选题（共IOO题，每题1分，共100分）1、某零件在经淬火后发现裂纹,裂纹起点在零件内部,断口呈灰色粗糙状态,这是由于（）造成的。
A、淬火过程中因化学成分不均匀,产生过大的残余应力B、过热或原始组织粗大C、零件设计不合理D、淬火前裂纹就已存在,淬火时再次扩大正确答案：B2、目前应用最多的滚动轴承钢是（）。
A、GCr15B、GCr15SiMnC、GCrI5和GerI5SiMnD、没有正确答案：C3、从金属学的观点来看，冷加工和热加工是以（）温度为界限区分的。
A、弹性极限B、屈服点C、刚度D、抗拉强度正确答案：A4、非晶体没有规则的（）。
A、几何元素B、几何图形C、几何线段D、几何位置正确答案：B5、对金属材料金相组织的检验应在（）观察下进行。
A、肉眼B、放大镜C、光学显微镜D、电子显微镜正确答案：C6、调质处理就是（）热处理。
A、淬火+中温回火B、退火+高温回火C、淬火+低温回火D、淬火+高温回火正确答案：D7、静止气体沿高度方向上绝对压力变化的规律是：下部气体的绝对压力始终（）上部气体的绝对压力。
A、无关B、小于C、大于D、等于正确答案：C8、莱氏体的含碳量为（）%oA、4.3B、2.11C、0.77D、6.69正确答案：A9、纯铁在1000o C时称为（）。
A、铸铁B、α-FeC、β-FeD、δ-Fe正确答案：C10、用45钢制造的凸轮,要求凸轮表面高硬度,而心部具有良好的韧性,应采用（）热处理。
A、碳氮共渗B、渗碳+淬火+低温回火C、表面淬火+低温回火D、氮化正确答案：C11、面心立方晶格的晶体在受力时的滑移方向（）。
A、（110）B、（I11）C、（100）D、（112）正确答案：A12、某齿轮为渗碳件在工作时主要承受弯曲和疲劳载荷,其渗层表面碳的质量分数最好是（）oA、0.7%〜0.8%B、115%左右C、0.8%〜0.9%D、0.9%〜1.0%正确答案：C13、（）对轴削弱较大,但联接的对中性较好。
材料强度学_表面强化技术
3.3 碳氮共渗
高温碳氮共渗 (氰化): • 共渗层厚度为0.5~1.2 mm, 渗碳多于渗氮 • T=750~800ºC , t = 2~6 hours 低温碳氮共渗 (软氮化): •共渗层厚度为0.05~0.6 mm,渗氮多于渗碳 • T=500~650ºC , t = 2~6 hours
4.表面冶金强化
利用工件表面层金属的重新融化和凝固，以得到预期的成分或组织的 表面强化处理技术称为表面冶金强化。 包括 表面自溶性合金或复合粉末涂层、 表面融化结晶或非晶态处理、 表面合金化等方法。 这些方法的特点是： 采用高能量密度的快速加热，将金属表面层或涂覆于金属表面的合金 化材料熔化，随后靠自己冷却进行凝固以得到特殊结构或 特定性能的 强化层。这种特殊的结构或许是细化的晶体组织，也或许是过饱和相、 亚稳相、甚至是非晶体组织，这取决于表面冶金的工艺参数和方法。 滚动轴承行业 在微型轴承工作表面做过激光加热强化研究，效果良好。
电镀
化学镀
化学气相沉积（CVD）
将含有覆层材料元素的反应介质置于较低温度下汽 化，然后送入高温反应室与工件表面接触，产生高温化 学反应，析出合金或金属及其化合物，沉积于工件表面 形成覆层。 覆层材料可以是氧化物、碳化物、氮化物、硼化物。
获得需要的CVD覆层，反应必须具备如下条件： 能够形成所需的沉积层，反应物应是气态。 反应物质在室温下或不太高的温度下应是气态，且易获得 高纯度。 沉积设备简单，操作方便，成本适宜。
2.表面热处理强化
利用固态相变，通过快速加热的方法对零件的表面层进行淬火处理 称为表面热处理，俗称表面淬火。 包括 火焰加热淬火、 高(中)频感应加热淬火、 激光加热或电子束加热淬火等。 这些方法的特点是： 表面局部加热淬火，工件变形小； 加热速度快，生产效率高； 加热时间短，表面氧化脱碳很轻微。
- 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)。
精选PPT
7
第四章 表面淬火
4.2 感应加热表面淬火技术
1. 感应加热淬火原理
将工件紧靠在有足够功率输出的感应圈附 近,感应圈通电，在高频(中频)交流磁场 的作用下（如果工件与线圈的间隙非常小） 由于集肤效应,在工件表面产生很大的涡 流，大小与线圈电流相等，方向相反。
涡流产生热量，将工件表面加热迅速加热 到淬火温度，并用冷却介质快速冷却，达 到对工件表面淬火的目的。
精选PPT
13
第四章 表面淬火
感应加热淬火技术特点 效率高 变形小 深度可控 需要制作特定的线圈 电源功率大 “尖角”效应
精选PPT
14
第四章 表面淬火
感应加热淬火技术应用
高频淬火：轴类零件，磨损量小，但精 度要求高的零件
中频淬火：齿轮、活塞环槽，有明显磨 损量，精度要求较高的零件
工频或双频：轧辊，磨损量大
精选PPT
11
第四章 表面淬火
➢ 工艺流程 预先调质处理—确定加热温度与加热方 式—选择比功率—设计感应加热器—确 定冷却方式——制定回火参数
➢ 加热方式：同时加热、连续加热 （图4-5）
精选PPT
12
第四章 表面淬火
分类
高频200~300KHz，淬火深度0.5~2mm 中频2500~8000Hz，淬火深度2~5mm 工频50Hz，淬火深度10~15mm 双频加热，提高淬火深度（30~50mm）。
（5）激光熔覆：用镀敷或喷涂技术，将陶瓷 涂敷在金属表面，用激光照射，使陶瓷和 金属基体表层熔化，并形成冶金结合。
表面淬火在粗加工或半精加工后进行， 最后只留磨量。
精选PPT
15
第四章 表面淬火
轴 柱塞杆
齿轮
精选PPT
活塞
16
第四章 表面淬火
4.3 火焰加热表面淬火技术
火焰淬火（flame quenching）原理： 用火焰快速将工件表面加热到淬火温度， 并快速冷却，使工件表面得到淬火组织。 控制参数：火焰大小、火焰与工件的相 对距离和相对移动速度 淬火深度：钢淬透性、加热深度和冷却 条件等
第四章 表面淬火和变形强化
1. 表面淬火技术的原理和特点 2. 感应加热表面淬火 3. 火焰加热表面淬火 4. 激光加热表面淬火
精选PPT
1
第四章 表面淬火
1. 表面淬火技术的原理
将钢表面快速加热到Ac3（亚共析钢）或 Ac1 （过共析钢）以上，然后使之迅速冷 却并转变为马氏体。
将 钢 整 体 加 热 到 Ac3 （ 亚 共 析 钢 ） 或 Ac1 （过共析钢）以上，然后使其表面迅速冷 却并转变为马氏体。
b. 合金元素不均匀
预先热处理（调质、正火、球化退火）——表面 淬火
➢ V加热↑，奥氏体晶粒细化显著 a.过热度大,相变趋动力增大,晶粒形成位置增多,A在
F 和K相界上形成，A在F 亚晶界上形成。
b.加热时间短,如果加热速度10 7 度/S,形成时间105S,在如此短时间内奥氏体晶粒来不及长大。
➢ V冷却↑，表面硬度高 精选PPT
5
第四章 表面淬火
5. 表面淬火层组织 全马氏体区
图
(全淬硬层)
马氏体+铁素体区
(过渡层)
硬化层深度由硬
度法和金相法评 定(半马氏体区硬 度:国家标准)
精选PPT
6
第四章 表面淬火
6. 表面淬火技术的特点 生产效率高，能耗小。 加热快，冷却快：组织细，硬度高；组织 均匀性差（渗碳体来不及溶解和扩散）。 表面组织细，硬度高，中部硬度低，韧性 好。
精选PPT
17
第四章 表面淬火
4.3 火焰加热表面淬火技术
精选PPT
18
第四章 表面淬火
4.3 火焰加热表面淬火技术
优点：
缺点：
设备简单
• 生产效率低
操作灵活
• 难以控制，需要丰
操作简单
富的经验。
适用于各种形状的 • 淬火层的均匀性差
小批量零件或大型 • 变形大
零件的局部淬火
精选PPT
19
4.3 火焰加热表面淬火技术
功率P迅速下降
表面不容易过热。
精选PPT
9
第四章 表面淬火
加热线圈
冷水圈
中频淬火
精选PPT
10
第四章 表面淬火
电流导入深度：
δ=5.03×104（ρ/μf）1/2（mm） 式中：ρ为工件材料电阻（Ω.m），μ 为导磁率（H/m），f为电流频率（Hz）。
电流导入深度与电流频率成反比，也就 是淬火深度与电流频率成反比。
精选PPT
8
第四章 表面淬火
1. 感应加热原理
对于圆柱型工件，表面吸收的功率P为：
P=1.25×10-3R0I2(ρμf)1/2 式中：R0为工件半径（mm），I为感应器 通入电流（A）， ρ为工件材料电阻 （Ω.m），μ为导磁率（H/m），f为电流 频率（Hz）。
功率P的大小决定了加热速度。
加热到奥氏体时， μ迅速下降，即吸收
精选PPT
2
第四章 表面淬火
2. 表面淬火技术的加热方式 感应加热：中频感应加热、高频感应加热 火焰加热 激光加热 离子束加热 电子束加热
精选PPT
3
第四章 表面淬火
3. 表面淬火对材料的要求
凡是能进行整体淬火强化的材料都可以进 行表面淬火。
低碳钢或低合金钢需进行表面渗碳或合金 化（齿轮渗碳）。
（2）激光重熔：加热材料表面使之熔化，表 层快速冷却，形成白口组织或高硬度相。
（3）激光非晶态处理：用激光束熔化材料表 面，然后快速冷却，形成非晶态组织。
精选PPT
22
第四章 表面淬火
（4）激光合金化：用镀敷或喷涂技术，将需 要的合金元素涂敷在金属表面，用激光照 射，使表层熔化，合金元素和基体混合， 形成所需要的成分和组织。
表面硬度要求越高，要求钢碳含量和合金 含量越高；表面硬化层越深，要求钢淬透 性越好。
精选PPT
4
第四章 表面淬火
4.与常规淬火技术的区别
➢ 在一定加热速度范围内，V加热↑，T临界↑ ➢ V加热↑，奥氏体成分的不均匀性↑
a. C 成分不均匀,从相图上看与F,K 相邻的浓度相 差很大,C 来不及扩散。
适用于各种形状的小批量零件或大型零 件的局部淬火 导槽、模具、凸轮轴（凸台）
精选PPT
20
第四章 表面淬火
4.4 激光加热淬火技术
激光加热原理: 用激光束加热材料表面，使之迅速生高到 相变温度以上。
PRC-2000型CO2工业激光器
精选PPT
21
第四章 表面淬火
激光加热的特点：能量密度高，加热速度 快、温度高，且容易控制。激光加热可有 多种用途: （1）激光淬火：加热材料表面到相变点以上 温度，自行快速冷却转变为马氏体。