表面工程4章节

表面工程4章节

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

4-1. 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。

2. 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能够进行表面淬火。

低碳钢或低合金钢需进行表面渗碳或合金化（齿轮渗碳）。

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。

3.与常规淬火技术的区别

在一定加热速度范畴内，V加热↑，T临界↑

V加热↑，奥氏体成分的不平均性↑

a. C 成分不平均,从相图上看与F,K 相邻的浓度相差专门大,C 来不及扩散。

b. 合金元素不平均

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.加热时刻短,假如加热速度10 7 度/S,形成时刻10-5S,在如此短时刻内奥氏体晶粒来不及长大。

V冷却↑，表面硬度高

4. 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；组织平均性差（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。

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邻近,感应圈通电，在高频(中频)交流磁场的作用下（假如工件与线圈的间隙专门小）由于集肤效应,在工件表面产生专门大的涡流，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。

2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

3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

表面淬火在粗加工或半精加工后进行，最后只留磨量。

4.3 火焰加热表面淬火技术

1 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。

操纵参数：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

2优点：

设备简单；操作灵活；操作简单

适用于各种形状的小批量零件或大型零件的局部淬火

3缺点：

生产效率低；难以操纵，需要丰富的体会；淬火层的平均性差；变形大

4适用范畴

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）

4.4 激光加热淬火技术

1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。

1.1 激光加热的特点：能量密度高，加热速度快、温度高，且容易操纵。

2激光淬火（Laser Quenching）原理:

用激光束加热材料表面，使之迅速生到相变点温度以上但不熔化，当激光束移开后表层自行快速冷却，并转变为马氏体。

2.1特点

能量密度高，加热速度快、温度高，不需要淬火冷却介质。

3优点：

☆工件变形小

☆能量集中，热阻碍区小

☆加热深度和轨迹容易操纵

☆适用于表面重熔，甚至能够熔化陶瓷。

为了不使材料熔化，激光淬火时能量密度一样为1000~6000 J/cm2 。

4缺点：

存在回火软化带，对要求大面积平均硬化层的工件不利

5应用

（1）高精度零件处理

汽车大梁，汽车油泵，空压机、发动机的汽缸，汽车凹轮轴，热锻模大型内齿圈

（2）管材内表面改性

例：管内机器人＋激光表面改性技术，对细长管材内表面硬化处理，提高耐磨性，延长寿命，减少管材的使用量。

外径60mm，壁厚8mm，长2300mm的细长空心轴，淬火后振摆变形小于0.2mm 4.5 变形强化

1变形强化机理：

塑性变形←位错运动→位错增殖→位错交结→强度提高

塑性变形→马氏体相变→强度提高

最常用来表示金属材料变形强化的公式是Hollomon公式：S=Ken

式中：S为真应力；e为真应变；n为变形强化指数；K材料硬化系数。

2（1）喷丸或抛丸强化:钢丸高速撞击工件表面，使表层材料产生大量的塑性变形。

（2）滚压强化：用钢球、辊轮或辊轴滚压工件表面，使工件表面产生大量的位错。

产生大量的位错，如有奥氏体相，促使马氏体相变，提高材料的表面强度。

较大的残余压应力。

提高材料的强度，专门是疲劳强度的方法。

4.5.1 喷丸强化

1 喷丸强化：压缩空气带动钢丸高速撞击工件。

2优点：撞击点集中，易于操纵。

4.5.2 抛丸强化

1特点抛丸强化撞击面大，生产效率高。用于弹簧钢板、圆弹簧、大型工件、车轮以及大批量生产的零件等。

4.5.3 滚压强化

1.原理在一定的压力作用下，用钢球、辊轮或辊轴滚压工件表面，使工件表面产生大量的位错和较大的残余压应力，从而提高材料的表面强度，专门是疲劳强度的方法。

表面滚压的强化原理与喷丸和抛丸相同。

2适用范畴滚压强化适用于轴类零件和沟槽类零件，不能用于复杂零件。滚压改性层深度可达5mm以上，球墨铸铁曲轴滚压疲劳强度可提高20~33%

滚压强化使零件产生变形，必须进行矫正处理。

第五章热扩渗

定义：

将工件放在专门的介质（气体、液体或固体）中，使介质中的某一种或几种元素渗入工件表面，形成一定厚度的扩散层（或掺杂层），从而改变材料成分、组织和性能的方法。

热扩渗技术机理：

渗剂产生活性原子，并不断提供给基体金属表面。

活性原子吸附在基体金属表面，并被基体金属吸取，形成固溶体或金属间化合物。

活性原子不断向基体金属内部扩散，渗层厚度不断增加。

热扩渗目的：

提高强度、硬度和耐磨性。渗氮表面硬度达950Hv~1200Hv，渗硼表面硬度达