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表面热处理方法、特点与应用

时间:2011-02-23 点击量:399

    表面热处理是通过改变零件表层组织,以获得硬度很高的马氏体,而保留心部韧性和塑性(即表面淬火),或同时改变表层的化学成分,以获得耐蚀、耐酸、耐碱性,及表面硬度比前者更高(即化学热处理)的方法。

火焰表面淬火:用乙炔-氧或煤气-氧的混合气体燃烧的火焰,喷射到零件表面上,快速加热,当达到淬火温度后,立即喷水或用乳化液进行冷却。

淬透层深度一般为2-6mm,过深往往引起零件表面严重过热,易产生淬火裂纹。
表面硬度:钢可达HRC65,灰铸铁为HRC40-48,合金铸铁为HRC43-52

这种方法简便,无需特殊设备,但易过热,淬火效果不稳定,因而限制了它的应用

适用于单件或小批生产的大型零件和需要局部淬火的工具或零件,如大型轴类、大模数齿轮等

常用钢材为中碳钢,如35、45及中碳合金结构钢(合金元素<3%),如40Cr,65Mn等,还可用于灰铸铁、合金铸铁件。

碳含量过低,淬火后硬度低,而碳和合金元素过高,则易碎裂,因此,以含碳量右0.35-0.5%之间的碳素钢最适宜。

感应加热表面淬火:将工件放入感应器中,使工件表层产生感应电流,在极短的时间内加热到淬火温度后,立即喷水冷却,使工件表层淬火,从而获得非常细小的针状马氏体组织。

根据电流频率,感应加热表面淬火,可以分为:
高频淬火;100-1000kHz. 中频淬火;1-10kHz. 工频淬火;50Hz

1表层硬度比普通淬火高2-3HRC,并具有较低的脆性:
2疲劳强度,冲击韧性都有所提高,一般工件可提高20-30%:
3变形小:
4淬火层深度易于控制:
5淬火时不易氧化和脱碳:
6可采用较便宜的低淬透性钢:
7操作易于实现机械化和自动化,生产率高
8电流频率愈高,淬透层愈薄。
高频淬火一般1-2mm,   中频淬火一般3-5mm,   工频淬火能到>=10-15mm

高频感应加热:电流频率在100~500 kHz(千赫),有效淬硬深度为0.5~2 mm(毫米),主要用于要求淬硬层较薄的中、小型零件,如小模数齿轮、中小型轴等。

中频感应加热:电流频率在500~10000 Hz(赫),有效淬硬深度为2~10 mm(毫米),主要用于要求淬硬层要求较深的零件,如中等模数的齿轮、大模数齿轮、直径较大的轴等。

表面淬火零件的中间热处理是调质
表面淬火 缺点:处理复杂零件比渗碳困难

常用中碳钢(0.4-0.5%C)和中碳合金结构钢,也可用高碳工具钢和低合金结构钢,以及铸铁。
一般零件淬透层深度为半径的1/10左右时,可得到强度、耐疲劳性和韧性的最好配合。
对于小直径10-20mm的零件,建议用较深的淬透层深度,即可达半径的1/5;
对于截面较大的零件可取较浅的淬透层深度,即小于半径1/10以下。

1,工作于摩擦条件下的零件,如一般小齿轮、轴、45、40Cr、42MnVB;高频淬火,淬深1.5-2mm
2,承受扭曲、压力负荷的零件,如曲轴、大齿轮、磨床主轴等、45、40Cr、65Mn、9Mn2V、球墨铸铁;中频淬火,淬深3-5mm
3承受扭曲、压力负荷的大型零件,如冷轧辊等、9Cr2Mo、9Cr2W;工频淬火,淬深>=10-15mm

                        表面淬火、普通淬火后碳钢的疲劳强度比较
含碳量%           热处理方法          扭转弯曲疲劳强度
0.33                    高频表面淬火                      600
0.33                    火焰表面淬火                      350
0.33                    电炉内整体加热淬火          90
0.41                高频表面淬火                          600
0.41                    电炉内整体加热淬火          110
0.41                正火                                        130
0.63                高频表面淬火                          360
0.63                火焰表面淬火                          390
0.63                电炉内整体加热淬火             150


摘至化学工业出版社、成大先主编<机械设计手册第三版第1卷>1-306页