表面淬火的目的、分类及应用(精)
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。
精选表面工程学三表面淬火
表面淬火中的软带问题
特大轴承表面淬火的软带问题
利用高能束（激光束、电子束、等离子束）在被处理工件表面的能量转换加热工件，使其快速加热到Ac3或Acm相变温度以上，然后利用自身快速冷却，在材料表面获得硬化层。
第四节 高能束表面淬火技术
第七章 气相沉积技术
5.4.1 高能束表面改性
图4－3 钢的磁导率、电阻率与加热温度的关系
感应加热淬火技术的基本原理（3）
以齿轮加工为例锻打毛坯→正火处理(~220HB)→粗加工→调质处理（~250HB）→精加工（滚齿）→感应加热淬火→回火（~55HRC）→磨削
二、 感应加热表面淬火工艺流程
齿轮高频淬火
热效率高、加热时间短； 工件表面氧化、脱碳比较轻，变形小； 比普通热处理具有更优异的机械性能； 设备易于实现机械化自动生产，生产效率高； 零件棱边易过热，形状复杂的零件难以保证温度均匀； 设备投资较大。
(图中所示为一个半导体二极管激光器和五美元钞票大小的对比。)如今，这样的芯片随处可见，比如说CD播放器、蓝光播放器、红色激光笔并构成了全球电信网络的骨干。
在工业上，激光被用作永远不会变钝的锯和钻头。最初人们使用激光来加工硬度很高的材料，如钻石，或非常柔软的材料，例如婴儿奶瓶的奶嘴。 低功率激光可以切割和焊接塑料；高功率激光可以切割和焊接金属。早期的工业激光器，必须要有非常庞大的体形，才能产生足够的能量，但新型固态激光器却非常小巧，给人印象深刻：如今一段细光纤或几分之一毫米厚、扑克大小的盘片就能产生千瓦级的能量，足以切开几厘米厚的金属片。
硬化层的厚度可用金相法和硬度法测定。
表面淬火层的组织和硬度分布
硬度法测定硬化层的厚度
金相法测定硬化层的厚度
（1） 表面硬度：经高频加热淬火的工件其表面硬度比普通淬火高2～5个HRC。这是由于表面淬火晶粒细化和高的残余压应力。
常见金属表面处理的种类及工艺、作用
金属表面处理的种类及工艺1、表面处理工艺简介：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，称为表面处理工艺。
表面处理的作用：提高表面耐蚀性和耐磨性，减缓、消除和修复材料表面的变化及损伤；使普通材料获得具有特殊功能的表面；节约能源、降低成本、改善环境。
2、金属表面处理工艺分类：总共可以分为4大类：表面改性技术、表面合金化技术、表面转化膜技术和表面覆膜技术。
一、表面改性技术1、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。
表面淬火的主要方法有火焰淬火和感应加热，常用的热源有氧乙炔或氧丙烷等火焰等。
2、激光表面强化激光表面强化是用聚焦的激光束射向工件表面，在极短时间内将工件表层极薄的材料加热到相变温度或熔点以上的温度，又在极短时间内冷却，使工件表面淬硬强化。
激光表面强化可以分为激光相变强化处理、激光表面合金化处理和激光熔覆处理等。
激光表面强化的热影响区小，变形小，操作方便，主要用于局部强化的零件，如冲裁模、曲轴、凸轮、凸轮轴、花键轴、精密仪器导轨、高速钢刀具、齿轮及内燃机缸套等。
3、喷丸喷丸强化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。
作用：提高零件机械强度以及耐磨性、抗疲劳和耐蚀性等；用于表面消光、去氧化皮；消除铸、锻、焊件的残余应力等。
4、滚压滚压是在常温下用硬质滚柱或滚轮施压于旋转的工件表面，并沿母线方向移动，使工件表面塑性变形、硬化，以获得准确、光洁和强化的表面或者特定花纹的表面处理工艺。
应用：圆柱面、锥面、平面等形状比较简单的零件。
5、拉丝拉丝是指在外力作用下使金属强行通过模具，金属横截面积被压缩，并获得所要求的横截面积形状和尺寸的表面处理方法称为金属拉丝工艺。
表面淬火方法
表面淬火方法一:感应加热表面淬火定义:感应加热表面淬火是利用感应电流通过工件产生的热效应，使工件表面局部加热，继之快速冷却，以获得马氏体组织的工艺。
分类:分为高频淬火，中频淬火，和高频脉冲淬火即微感应淬火三类。
1:感应加热基本原理:(1)感应加热的物理基础;当工件放在通有交变电流的感应圈中，在交变电流所产生的交变磁场作用下将产生感应电动势。
电流透人深度随着工件材料的电阻串的增加而增加，随工件材料的导磁串及电流频率的增加而减小。
钢的电阻率随着加热温度的升高而增大，在800-900?时，各类钢的电阻率基本相等，通常把20?时的电流透人深度称为"冷态电流透人深度"，而把800?时的电流透入深度。
称为热态电流透人深度。
(2)感应加热的物理过程感应加热开始时，工件处于室温，电流透入深度很小，仅在此薄层内进行加热。
表面温度升高，薄层有-定深度，且温度超过磁性转变点(或转变成奥氏体)时，此薄层变为顺磁体，交变电流产生的磁力线移向与之毗连的内侧铁磁体处，涡流移向内侧铁磁体处，由于表面电流密度下降，而在紧靠顺磁体层的铁磁体处，电流密度剧增，此处迅速被加热，温度也很快升高。
此时工件截面内最大密度的涡流由表面向心部逐渐推移，同时自表面向心部依次加热。
这种加热方式称为透人式加热、当变成顺磁体的高温层的厚度超过热态电流进入的深度后，涡流不再向内部推移，而按着热态特性分布，继续加热时，电能只在热态电流透人层范围内变成热量，此层的温度继续升高。
与此同时，由于热传导的作用，热量向工件内部传递，加热层厚度增厚，这时工件内部的加热和普通加热相同，称为传导式加热。
透入式加热较传导式加热有如下特点:(a)表面的温度超过A2点以后，最大密度的涡流移向内层，表层加热速度开始变慢，不易过热，而传导式加热随着加热时间的延长，表面继续加热容易过热;(b)加热迅速，热损失小，热效率高;(c)热量分布较陡，淬火后过渡层较窄，使表面压应力提高，2.感应加热表面淬火工艺(1)根据零件尺寸及硬化层深度的要求，合理选择设备。
表面淬火的目的、分类及应用(精)
2.表面淬火目的
使表面具有高的硬度、耐磨性和疲劳极限;
心部在保持一定的强度、硬度的条件下，具有足够的 塑性和韧性。
适用于承受弯曲、扭转、摩擦和冲击的零件。
金属材料与热处理
职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库
3.表面淬火分类
感应淬火 电子束 淬火
职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库
金属材料与热处理课程
表面淬火目的、分类及应用
主讲教师：马安博 西安航空职业技术学院
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表面淬火目的、分类及应用
1.表面淬火基本概念
表面淬火是指将工件表面快速加热到淬火温度，迅速冷
却，使工件表面得到一定深度的淬硬层，而心部仍保持未淬火 状态组织的热处理工艺。
表面 淬火 激光淬火 电解液加热 淬火
金属材料与热处理
火焰淬火
接触电阻加 热淬火
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4.表面淬火应用
选用中碳或中碳低合金钢。40、45、40Cr、40MnB等。
金属材料与热处理
常用热处理分类
常用热处理的分类1 表面淬火表面淬火是将钢件的表面层淬透到一定的深度，而心部分仍保持未淬火状态的一种局部淬火的方法。
表面淬火时通过快速加热，使刚件表面很快到淬火的温度，在热量来不及穿到工件心部就立即冷却，实现局部淬火。
表面淬火的目的在于获得高硬度，高耐磨性的表面，而心部仍然保持原有的良好韧性，常用于机床主轴，齿轮，发动机的曲轴等。
表面淬火采用的快速加热方法有多种，如电感应，火焰，电接触，激光等，目前应用最广的是电感应加热法。
2 表面淬火和回火将经过淬火的工件重新加热到低于下临界温度的适当温度，保温一段时间后在空气或水、油等介质中冷却的金属热处理工艺。
或将淬火后的合金工件加热到适当温度，保温若干时间，然后缓慢或快速冷却。
一般用以减低或消除淬火钢件中的内应力，或降低其硬度和强度，以提高其延性或韧性。
3 物理气相沉积物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)技术表示在真空条件下，采用物理方法，将材料源——固体或液体表面气化成气态原子、分子或部分电离成离子，并通过低压气体(或等离子体)过程，在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术。
物理气相沉积的主要方法有，真空蒸镀、溅射镀膜、电弧等离子体镀、离子镀膜，及分子束外延等。
发展到目前，物理气相沉积技术不仅可沉积金属膜、合金膜、还可以沉积化合物、陶瓷、半导体、聚合物膜等。
4 化学气相沉积化学气相沉积(Chemical vapor deposition，简称CVD)是反应物质在气态条件下发生化学反应，生成固态物质沉积在加热的固态基体表面，进而制得固体材料的工艺技术。
它本质上属于原子范畴的气态传质过程。
与之相对的是物理气相沉积（PVD）。
整体热处理1 退火退火是一种金属热处理工艺，指的是将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速度冷却。
目的是降低硬度，改善切削加工性；消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向；细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷。
钢的四把火及应用
退火：将钢加热到一定温度后炉冷处理正火：将钢加热到一定温度后空冷处理淬火：将钢加热到一定温度后水冷或油冷处理回火：将淬火过的钢重新加热到一个温度冷却1. 钢的退火钢的退火是把钢加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却，以获得接近平衡组的热处理工艺。
退火的目的在于均匀化学成分、改善机械性能及工艺性能、消除或减少内应力并为零件最终热处理作好组织准备。
退火的目的在于：①改善或消除钢铁在铸造、锻压、轧制和焊接过程中所造成的各种组织缺陷以及残余应力，防止工件变形、开裂。
②软化工件以便进行切削加工。
③细化晶粒，改善组织以提高工件的机械性能。
④为最终热处理（淬火、回火）作好组织准备。
常用的退火工艺有：①完全退火。
用以细化中、低碳钢经铸造、锻压和焊接后出现的力学性能不佳的粗大过热组织。
将工件加热到铁素体全部转变为奥氏体的温度以上30～50℃，保温一段时间，然后随炉缓慢冷却，在冷却过程中奥氏体再次发生转变，即可使钢的组织变细。
②球化退火。
用以降低工具钢和轴承钢锻压后的偏高硬度。
将工件加热到钢开始形成奥氏体的温度以上20～40℃，保温后缓慢冷却，在冷却过程中珠光体中的片层状渗碳体变为球状，从而降低了硬度。
③等温退火。
用以降低某些镍、铬含量较高的合金结构钢的高硬度，以进行切削加工。
一般先以较快速度冷却到奥氏体最不稳定的温度，保温适当时间，奥氏体转变为托氏体或索氏体，硬度即可降低。
④再结晶退火。
用以消除金属线材、薄板在冷拔、冷轧过程中的硬化现象（硬度升高、塑性下降）。
加热温度一般为钢开始形成奥氏体的温度以下50～150℃，只有这样才能消除加工硬化效应使金属软化。
⑤石墨化退火。
用以使含有大量渗碳体的铸铁变成塑性良好的可锻铸铁。
工艺操作是将铸件加热到950℃左右，保温一定时间后适当冷却，使渗碳体分解形成团絮状石墨。
⑥扩散退火。
用以使合金铸件化学成分均匀化，提高其使用性能。
方法是在不发生熔化的前提下，将铸件加热到尽可能高的温度，并长时间保温，待合金中各种元素扩散趋于均匀分布后缓冷。
常用热处理分类
常用热处理的分类1表面淬火表面淬火是将钢件的表面层淬透到一定的深度，而心部分仍保持未淬火状态的一种局部淬火的方法。
表面淬火时通过快速加热，使刚件表面很快到淬火的温度，在热量来不及穿到工件心部就立即冷却，实现局部淬火。
表面淬火的目的在于获得高硬度，高耐磨性的表面，而心部仍然保持原有的良好韧性，常用于机床主轴，齿轮，发动机的曲轴等。
表面淬火采用的快速加热方法有多种，如电感应，火焰，电接触，激光等，目前应用最广的是电感应加热法。
2表面淬火和回火将经过淬火的工件重新加热到低于下临界温度的适当温度，保温一段时间后在空气或水、油等介质中冷却的金属热处理工艺。
或将淬火后的合金工件加热到适当温度，保温若干时间，然后缓慢或快速冷却。
一般用以减低或消除淬火钢件中的内应力，或降低其硬度和强度，以提咼其延性或韧性。
3物理气相沉积物理气相沉积(Physical Vapor Deposition , PVD)技术表示在真空条件下，采用物理方法，将材料源一一固体或液体表面气化成气态原子、分子或部分电离成离子，并通过低压气体(或等离子体)过程，在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术。
物理气相沉积的主要方法有，真空蒸镀、溅射镀膜、电弧等离子体镀、离子镀膜，及分子束外延等。
发展到目前，物理气相沉积技术不仅可沉积金属膜、合金膜、还可以沉积化合物、陶瓷、半导体、聚合物膜等。
4化学气相沉积化学气相沉积(Chemical vapor deposition，简称CVD)是反应物质在气态条件下发生化学反应，生成固态物质沉积在加热的固态基体表面，进而制得固体材料的工艺技术。
它本质上属于原子范畴的气态传质过程。
与之相对的是物理气相沉积(PVD )。
整体热处理1退火退火是一种金属热处理工艺，指的是将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速度冷却。
目的是降低硬度，改善切削加工性；消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向；细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷。
感应加热表面淬火示意图
高强螺栓
齿轮
6.淬火常见缺陷 (1）淬火裂纹及变形 多种原因引起:工艺、结构、材料等。 (2）氧化、脱碳 (3）过热、过烧 (4）软点与硬度不足 加热温度不匀、存在氧化皮和表面气泡，材料淬透性低、淬 火冷速太小等。
五、钢的回火
回火是指将淬火钢加热到A1以下的某温度保温后冷却的工艺。
1.回火的目的
适用于形状复杂及要求较高的小 型件。
5.钢的淬透性
淬透性是钢的主 要热处理性能。是选 材和制订热处理工艺 的重要依据之一。
(1）淬透性的概念 淬透性是指钢在淬火时获得淬硬层深度的能力。其大小是用规定条件下淬硬层 深度来表示。 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。
讲授法
一、钢的热处理 1.热处理：是指将钢在固态下加热、保温和冷却，以改变钢的组织
结构，获得所需要性能的一种工艺。
为简明表示热处理的 基本工艺过程，通常用温 度—时间坐标绘出热处理 工艺曲线。
热处理是一种重要的加工工艺，在制造业被广泛应用。 在机床制造中约60-70%的零件要经过热处理。 在汽车、拖拉机制造业中需热处理的零件达70-80%。 至于模具、滚动轴承则要100%经过热处理。 总之，重要的零件都要经过适当的热处理才能使用。
优点是冷却理想，缺点是不易掌握。 用于形状复杂的碳钢件及大型合金钢件。
(3）分级淬火法 在Ms附近的盐浴或碱浴中淬火， 待内外温度均匀后再取出缓冷。 可减少内应力 用于小尺寸工件。
(4）等温淬火法 将工件在稍高于Ms的盐浴或碱浴 中保温足够长时间，从而获得下贝氏 体组织的淬火方法。
经等温淬火零件具有良好的综合 力学性能，淬火应力小。
主要用于处理各种工具、模具、轴承及经渗碳和表面淬火的工件。
公共基础知识热处理工艺基础知识概述
《热处理工艺基础知识概述》一、引言热处理工艺作为材料加工领域中的一项关键技术，在提高材料性能、延长使用寿命、改善加工工艺等方面发挥着至关重要的作用。
从古代的简单金属加工到现代的高科技材料处理，热处理工艺经历了漫长的发展历程。
本文将对热处理工艺的基础知识进行全面综合的概述，包括基本概念、核心理论、发展历程、重要实践以及未来趋势等方面，旨在为读者提供一个系统而深入的了解。
二、基本概念1. 定义热处理是指将材料加热到一定温度，保温一段时间，然后以适当的速度冷却，以改变材料的组织结构和性能的工艺过程。
通过热处理，可以改善材料的硬度、强度、韧性、耐磨性、耐腐蚀性等性能，满足不同工程应用的要求。
2. 分类热处理工艺主要分为普通热处理和表面热处理两大类。
普通热处理包括退火、正火、淬火和回火；表面热处理包括表面淬火和化学热处理。
（1）退火：将材料加热到适当温度，保温一段时间，然后缓慢冷却。
退火的目的是降低材料的硬度，改善切削加工性能，消除残余应力，稳定尺寸等。
（2）正火：将材料加热到临界温度以上，保温一段时间，然后在空气中冷却。
正火的目的与退火相似，但冷却速度较快，得到的组织比退火的更细，强度和硬度也较高。
（3）淬火：将材料加热到临界温度以上，保温一段时间，然后快速冷却。
淬火的目的是提高材料的硬度和强度，但淬火后材料的脆性增加，需要进行回火处理。
（4）回火：将淬火后的材料加热到适当温度，保温一段时间，然后冷却。
回火的目的是降低材料的脆性，提高韧性和塑性，稳定组织和尺寸。
（5）表面淬火：通过快速加热材料表面，使其达到淬火温度，然后迅速冷却，使表面获得高硬度，而心部仍保持较好的韧性。
（6）化学热处理：将材料置于一定的化学介质中加热，使介质中的某些元素渗入材料表面，改变材料的化学成分和组织结构，从而提高材料的表面性能。
三、核心理论1. 相变理论热处理过程中，材料的组织结构会发生相变。
相变是指物质从一种相转变为另一种相的过程。
热处理工艺-淬火
分级淬火由于在分级温度停留到工件内外温度一致后空冷，所以能有效地减少相变应力和热应力，减少淬火变形和开裂倾向。分级淬火适用于对于变形要求高的合金钢和高合金钢工件，也可用于截面尺寸不大、形状复杂地碳素钢工件。
● 贝氏体等温淬火
是将钢件奥氏体化，使之快冷到贝氏体转变温度区间（260～400℃）等温保持，使奥氏体转变为贝氏体的淬火工艺，有时也叫等温淬火。一般保温时间为30～60min。
常用的淬火介质有水、水溶液、矿物油、熔盐、熔碱等。
● 水
水是冷却能力较强的淬火介质。来源广、价格低、成分稳定不易变质。缺点是在C曲线的“鼻子”区（500～600℃左右），水处于蒸汽膜阶段，冷却不够快，会形成“软点”；而在马氏体转变温度区（300～100℃），水处于沸腾阶段，冷却太快，易使马氏体转变速度过快而产生很大的内应力，致使工件变形甚至开裂。当水温升高，水中含有较多气体或水中混入不溶杂质（如油、肥皂、泥浆等），均会显著降低其冷却能力。因此水适用于截面尺寸不大、形状简单的碳素钢工件的淬火冷却。
过共析钢的淬火加热温度不能低于AC1，因为此时钢材尚未奥氏体化。若加热到略高于AC1温度时，珠光体完全转变承奥氏体，并又少量的渗碳体溶入奥氏体。此时奥氏体晶粒细小，且其碳的质量分数已稍高与共析成分。如果继续升高温度，则二次渗碳体不断溶入奥氏体，致使奥氏体晶粒不断长大，其碳浓度不断升高，会导致淬火变形倾向增大、淬火组织显微裂纹增多及脆性增大。同时由于奥氏体含碳量过高，使淬火后残余奥氏体数量增多，降低工件的硬度和耐磨性。因此过共析钢的淬火加热温度高于AC1太多是不合适的，加热到完全奥氏体化的ACm或以上温度就更不合适。
采用高温淬火可获得较多的板条状马氏体或使全部板条马氏体提高强度和韧性。如16Mn钢在940℃淬火，5CrMnMo钢在890℃淬火，20CrMnMo钢在920℃淬火，效果较好。
金属热处理工艺学-表面淬火
钢表面淬火后的残余应力
图12. 不同钢材硬化层深度与残余压应力的关系 1----45号钢；2----18Cr2Ni4W； 3----40CrMnMo；4----40CrNiMo
钢表面淬火强化层应与工件负载匹配
x
o
图13. 表面强化与承载应力匹配示意图 1.截面为圆形的工件负载时的应力分布情况 2.表面淬火较浅时，沿表面向内部的应力承载能力曲线 3.表面淬火较深时，沿表面向内部的应力承载能力曲线
特点3.提高加热速度可显著细化奥氏体晶粒。
形核处增加：铁素体与碳化物相界、铁素体亚晶界； 形核时间短、晶粒来不及长大。
特点4.快速加热对过冷奥氏体的转变及马氏体回火有明显影响。
奥氏体成分不均及晶粒细化，减小了过冷奥氏体稳定性，C曲线左移； 成分不均使马氏体转变点和形态都不相同，出现低碳、高碳马氏体。
知识回顾
图 Fe-C相图及其平衡组织
钢表面淬火的金相组织
钢经过表面淬火后的金相组织与钢的成分、淬火前的原始组织以及淬火 加热时截面的温度梯度分布有关。
图3. 共析钢表面淬火沿截面温度分布(a) 及淬火后金相组织(b)
原始材料：退火态共析钢
钢表面淬火的金相组织
图4. 45钢表面淬火沿截面温度分布(a) 及淬火后金相组织(b)
图 感应加热原理示意图
感应加热基本原理
感应电势的瞬时值：
d e d
e
-感应电势的瞬时值，V；
-感应线圈电流回路包围面积内的总磁通,Wb，随交变电流强度 和零件磁导率增加而增加，并于零件与感应器之间的间隙有关；
感应电流（涡流）值： Z
I
e e Z R X
2
2
X
-自感电抗，Ω； -零件材料的电阻，Ω；
—热处理的基本方法精选.资料
（1）作为预备热处理工艺，为下续热处理工艺 提供适宜的组织状态
正 火 （2）作为最终热处理工艺，提供合适的机械性能
（3）用来消除某些处理缺陷
正火的应用：
① 用正火作为性能要求的一般结构件的最终热处理。 ② 亚共析钢采用正火来调整硬度，改善切削加工性能。 ③ 过共析钢的正火可消除网状碳化物。 ④ 细化晶粒（双重正火）
常用的淬火冷却介质
最大冷却速度时
所在温度/ 冷却速度
℃
/( ℃ • s-1)
340
775
285
545
220
275
580
2000
560
2830
430
230
430
230
500
120
平均冷却速度/(℃•s-1)
650～550
（发生黑脆的工具不能返修）
（3）粗大魏氏组织：主要是由于加热温度过高。魏氏组织 不仅晶粒粗大，而且由于铁素体针片形成的脆面，使 金属的韧性急剧下降。
（4）反常组织：亚/过共析钢在Ar1附近冷却缓慢，结果在 亚共析钢中形成非共析渗碳体，再过共析钢中形成游 离的铁素体或渗碳体。
（5）网状组织：由于加热温度过高，冷却速度过慢引起的。 网状铁素体或渗碳体降低钢的机械性能，特别是网状 渗碳体。一般重新正火可消除。
2. 淬火工艺 ①淬火加热温度
亚共析钢：Ac3 +30～50℃; 共析和过共析钢： Ac1 +30～50℃
为什么过共析钢淬火加热温
度在
Ac1 +30～50℃ ，
而不是Acm +30～50℃？）
钢淬火与回火知识要点
例题： 已知T12钢，Ac1=730℃,ACcm=820℃, 试确定其淬火加热温度，并分析原因。
在工件尺寸大，加热速度快的情况下，淬火温度 可取Ac3+50~80℃；
另外，加热速度快，起始晶粒细，也允许采用较 高的加热温度，细晶粒钢Ac3+100℃。
适用条件：
只适用于尺寸较小的工件。
5．等温淬火法 概念：工件淬火加热后，若长期保持在下贝氏体转 变区的温度使之完成奥氏体的等温转变，获得下贝 氏体组织，这种淬火方法称等温淬火法。如曲线d所 示。
等温淬火与分级淬火的区别在于前者是获得下贝氏 体组织。
等温淬火目的：获得变形小，硬度高并兼有良好韧 性的工件。
第六节 钢的回火
概述 1、回火概念： 将淬火零件重新加热到低于临界点某一温度，保温 后空冷到室温的热处理工艺称为回火。 回火时的转变称为回火转变。 2、回火原因
一、淬火介质的冷却作用
1、分类 （1）按聚集状态分类： 淬火介质有固态、液态、气态。 最常用介质为液态介质，淬火时不仅发生传热作用，还会 产生物态变化，因此过程较为复杂。 （2）按液态淬火介质是否具有物态变化： 分为有物态变化的和无物态变化的。 2、有物态变化的淬火介质淬火冷却过程可分为三个阶段： （1）蒸气膜阶段： 工件表面产生大量过热蒸汽，紧贴工件形成连续的蒸汽膜； 冷却主要靠辐射传热，冷却速度较缓慢。
3、无物态变化的淬火介质： 淬火冷却主要靠对流散热。 温度较高时辐射散热占有很大比例，也有传导传热。 二、淬火介质冷却特性的测定 淬火介质冷却能力最常用的表示方法是所谓的淬火烈度H。 1、概念： 规定静止水的淬火烈度H＝1，其它淬火介质的淬火烈度由与静 止水的冷却能力比较而得。 2、实质： 反映钢内部的热传导系数以及钢与介质间的给热系数的关系， 即淬火介质的冷却能力。 注意：不同淬火介质，在工件淬火过程中其冷却能力是变化 的。几种常见淬火介质的淬火烈度H，如下表所示。
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：
淬火工艺
淬火工艺Hardening or Quenchingcui huǒ(行业内，淬读"zàn"音，即读“zàn huǒ”）钢的淬火是将钢加热到临界温度Ac3（亚共析钢）或Ac1（过共析钢）以上某一温度，保温一段时间，使之全部或部分奥氏体[1]化，然后以大于临界冷却速度的冷速快冷到Ms以下（或Ms附近等温）进行马氏体（或贝氏体）转变的热处理工艺。
通常也将铝合金、铜合金、钛合金、钢化玻璃等材料的固溶处理或带有快速冷却过程的热处理工艺称为淬火。
淬火的目的是使过冷奥氏体进行马氏体或贝氏体转变，得到马氏体或贝氏体组织，然后配合以不同温度的回火，以大幅提高钢的强度、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性等，从而满足各种机械零件和工具的不同使用要求。
也可以通过淬火满足某些特种钢材的的铁磁性、耐蚀性等特殊的物理、化学性能。
淬火能使钢强化的根本原因是相变，即奥氏体组织通过相变而成为马氏体组织（或贝氏体组织）。
钢淬火工艺最早的应用见于河北易县燕下都遗址出土的战国时代的钢制兵器。
淬火工艺最早的史料记载见于《汉书.王褒传》中的“清水焠其峰”。
“淬火”在专业文献上，人们写的是“淬火”，而读起来又称“蘸火”。
“蘸火”已成为专业口头交流的习用词，但文献中又看不到它的存在。
也就是说，淬火是标准词，人们不读它，“蘸火”是常用词，人们却不写它，这是我国文字中不多见的现象。
淬火是“蘸火”的正词，淬火的古词为蔯火，本义是灭火，引申义是“将高温的物体急速冷却的工艺”。
“蘸火”是冷僻词，属于现代词，是文字改革后出现的产物，“蘸”字本义与淬火无关。
“蘸火”本词为“湛火”，“湛”字读音同“蘸”，而其字形又与水、火有关，符合“水与火合为蔯”之意，字义与“淬火”相通。
“湛火”为本词，“蘸火”则为假借词。
淬火将金属工件加热到某一适当温度并保持一段时间，随即浸入淬冷介质中快速冷却的金属热处理工艺。
常用的淬冷介质有盐水、水、矿物油、空气等。
钢的表面热处理ppt课件
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（2）物理气相沉积（PVD）
• 通过蒸发或辉光放电、弧光放电、溅射等物理方法提供原 子、离子，使之在工件表面沉积形成薄膜的工艺。
• 方法：蒸镀、溅射沉积、磁控溅射、离子束沉积等。
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• 渗氮前零件须经调质处理，获得回火索氏体组织，以提高 心部的性能。渗氮后不需再热处理。
• 渗氮用于耐磨性和精度要求高的精密零件或承受交变载荷 以及要求耐热、耐蚀、耐磨的零件的重要零件。
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（3）碳氮共渗技术
• 两种方法：一种是以渗碳为主碳氮共渗，另一种是以渗氮为 主的软氮化。
1）以渗碳为主的碳氮共渗 • 目的：提高工件表面的硬度和耐磨性。 • 碳氮共渗后要进行淬火、低温回火。共渗层表面组织为回火
马氏体、粒状碳氮化合物。渗层深度0.3～0.8 mm。
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碳氮共渗用钢：低碳或中碳钢、低合金钢及合金钢。
• 特点：具有温度低、时间短、变形小、硬度高、耐磨性好 、生产率高等优点。用于机床和汽车上的各种齿轮、蜗轮 、蜗杆和轴类等零件。
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（4）渗铝、渗铬、渗硼化学热处理
热处理工艺的应用
热处理技术条件是指对零件采用的热处理方法以及所应达到的
性能要求的技术性的文件。具体应根据零件性能要求，在零件 图样上标出，内容包括最终热处理方法（如调质、淬火、回火、 渗碳等）以及应达到的力学性能判据等，作为热处理生产及检 验时的依据。力学性能通常只标出硬度值，且有一定误差范围， 如弹簧淬火回火硬度45～50HRC。
• 不仅改变了钢表面的组织，而且表面层的化学成分也发生 了变化，因而能更有效地改变零件表层的性能。
第九章_钢的淬火和回火
热处理原理及工艺
9- 38
（三）渗碳体形成和铁素体恢复
约在300-400℃之间，α固溶体中过饱和 的碳逐渐析出，ε-碳化物转变为稳定的较小 的Fe3C颗粒，α固溶体中的含碳量几乎达到 平衡成分，故马氏体变成铁素体（c/a≈1）， 体心正方晶格变成体心立方晶格。
此时组织为： “铁素体与弥散在其中的细粒状渗碳体的混合 物”, 称为 “回火托氏体”，T回。
热处理原理及工艺
d 等温淬火法
9- 33
5、局部淬火法 有些零件只需要局部硬度高、耐磨性好， 因此可进行局部淬火，以避免其它部位产生 变形或开裂。
局部淬火法包括：①局部加热淬火法
②局部冷却淬火法 喷射淬火——向工件喷射急速水流的淬火方法。
热处理原理及工艺
9- 34
6、 冷处理
——将淬火至室温的工件继续冷却到零下温度的处理(实际上 是淬火过程的继续)称为冷处理。 高碳钢、合金钢的Mf都在零下几十度， 为了减少残余奥氏体的数量，可在淬火后进 行冷处理，即加热零件淬火至室温后，再放 入低温槽中继续冷却，使残余奥氏体转变为 马氏体。 冷处理介质：干冰（-80℃）、 液化乙烯（-107℃）、液氮（-192℃） 冷处理的目的：稳定尺寸，提高硬度。
热处理原理及工艺
9- 23
4.淬火工艺
1 淬火加热温度 ⑴ 亚共析钢 淬火温度：Ac3+30~50℃。 T过低——有F，↓HRC
T过高——氧化脱碳，晶粒 粗大，淬火应力大
热处理原理及工艺
9- 24
（2）共析、过共析钢 淬火温度：Ac1+30~50℃。 T过低——得不到M
T过高——晶粒粗大，残 余A量↑，HRC↓
此时组织为： 过饱和程度稍低的马氏体和极细小的ε-碳化物组成 的混合组织，称为“回火马氏体组织”，M回。 ε-碳化物：是一非平衡相，使向Fe3C转变的过渡相。
B第三章钢的淬火及回火
超过材料的断裂强度），但材料内部存在缺陷。
1、纵向裂纹（又称轴向裂纹）
产生的原因：①②③
2、横向裂纹（包括弧形裂纹）
产生的原因：①②
3、网状裂纹（或称表面裂纹）
§3-5 确定淬火工艺规范的原则、淬火工 艺方法及其应用
一、淬火加热方式及加热温度的确定原则
1、淬火加热方式
①应采用保护气氛加热或盐浴炉加热，以防止氧 化脱碳。 常用的保护气氛：P19-21 ②淬火加热一般采用热炉装料。但对大工件、几 何形状复杂的的高合金钢件，可采用预热炉预热， 或分区加热，以减小变形开裂倾向。
2、淬火加热温度 ①碳素钢：
淬火称为 亚温淬火。
亚共析钢：Ac3+30～50℃
四、常用淬火介质淬火特性举例 1、水
冷却特性： a、冷却速度较大。 b、水的特性温度低（静水约 为400℃），所以水在淬火 临界温度区冷速小，在淬火 危险区冷速太大，因此水淬 易使工件开裂，尤其对工具 钢及形状复杂的零件。
c、冷却能力对水温的变化很敏感，t水↑，冷却能 力急剧下降，蒸汽膜阶段延长，t水特性降低，最大 冷速的温度移向低温，故使用温度一般为20～ 40℃。
2、奥氏体晶粒度：奥氏体晶粒度增大，淬透性提高。 3、奥氏体化温度：奥氏体化温度提高，淬透性提高。
4、第二相的存在和分布：钢中未溶入奥氏体的碳化物、 氮化物及其它非金属夹杂物，由于促进珠光体、贝氏体等 相变的形核，从而使淬透性下降。
二、淬透性的实验测定方法
1、临界直径法 2、端淬法（末端淬火试验法）
按聚集状态不同，淬火介质可分为固态、液态 和气态三种，在此只讨论液态介质。 根据工件淬火冷却过程中，淬火介质是否发生 物态变化，可把液态淬火介质分为两大类：
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金属材料与热处理
火焰淬火
接触电阻加 热淬火
职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库
4.表面淬火应用
选用中碳或中碳低合金钢。40、45、40Cr、40MnB等。
金属材料与热处理
金属材料与热处理
职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库
2.表面淬火目的
使表面具有高的硬度、耐磨性和疲劳极限;
心部在保持一定的强度、硬度的条件下，具有足够的 塑性和韧性。
适用于承受弯曲、扭转、摩擦和冲击的零件。
金属材料与热处理
职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库
3.表面淬火分类
感应淬火 电子束 淬火
职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库
金属材料与热处理课程
表面淬火目的、分类及应用
主讲教师：马安博 西安航空职业技术学院
职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库
表面淬火目的、分类及应用
1.表面淬火基本概念
表面淬火是指将工件表面快速加热到淬火温度，迅速冷
却，使工件表面得到一定深度的淬硬层，而心部仍保持未淬火 状态组织的热处理工艺。