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(共23张PPT)
表面淬火
火焰加热表面淬火
Part 01
感应加热表面淬火
Part 02
电接触加热表面淬火
Part 03
激光加热淬火
Part 04
火焰加热表面淬火
一、表面淬火
表面淬火是一种仅对工件表面进行淬火的热处理方法。
其原理是通过快速加热，是钢的表面奥氏体化，在热量尚未传到零件中心时就立即予以冷却淬火的方法。它不改变钢的表层化学成分，但改变表层组织。
表面淬火适用于要求表面具有较高硬度和耐磨性、心部具有一定强度的中碳钢和中碳合金钢零件（如齿轮、活塞销、曲轴、凸轮等）。
二、火焰加热表面淬火
火焰加热表面淬火是应用氧-乙炔(或其他可燃气)火焰对零件表面进行加热，随之淬火冷却的工艺。
二、火焰加热表面淬火
用乙炔一氧火焰(最高温度达3100℃)或煤气一氧火焰(最高温度达2000℃)将工件表面快速加热，随后喷液（水或有机冷却液）冷却。
1. 火焰加热表面淬火的基本方法
二、火焰加热表面淬火
（1）设备简单、投资少、成本低。
（2）适用于单件或小批生产，也适用于大型工件的局部淬火要求，如大齿轮、轧辊、大型壳体(马达壳体)、导轨等。
（3）不易产生表面氧化与脱碳。
（4）不受现场环境与工件大小的限制，适用性广，操作简便。
2. 优点
二、火焰加热表面淬火
（1）不易稳定地控制质量。
（2）大部分是手工操作和凭肉眼观察来掌握温度。表面容易烧化、过热与淬裂，很难达到均匀的淬火层与高的表面硬度。
（3）实现机械化流水生产较为困难。
（4）火焰加热的均匀性很难保证，因此很容易在对中高碳和合金钢的表淬时发生开裂。
3. 缺点
感应加热表面淬火
一、基本原理
将工件放在用空心铜管绕成的感应器内，感应器内通入交变电流，产生交变磁场。由于电磁感应，在工件内将产生和感应器内的电流频率相同，方向相反的感应电流-涡流。由于肌肤效应，涡流在工件截面上的分布是不均匀的，表面的电流密度越大，中心的电流密度越小。
交变电流的频率越高，趋肤效应越显著，感应加热的深度越浅，由于工件本身有电阻，根据焦耳-楞次定律，集中于工件表层的涡流产生的电阻热，使工件表面迅速被加热（几秒钟内即可升温800～1000℃，心部仍接近室温），后立即喷水冷却（或浸油淬火)，使工件表面层淬硬，感应加热表面淬火示意图如图示。
一、基本原理
二、加热频率的选用
室温时感应电流流入工件表层的深度δ（mm）与电流频率f（Hz）的关系为频率升高，电流透入深度降低，淬硬层降低。
常用的电流频率有：
1. 高频加热
100～500KHz，常用200～300KHz，为电子管式高频加热，淬硬层深为0.5～2.5mm，适于中小型零件。
二、加热频率的选用
2. 中频加热
电流频率为500～10000Hz，常用2500～8000Hz，电源设备为机械式中频加热装置或可控硅中频发生器。淬硬层深度～10 mm。适于较大直径的轴类、中大齿轮等。
3. 工频加热
电流频率为50Hz。采用机械式工频加热电源设备，淬硬层深可达10～20mm，适于大直径工件的表面淬火。
三、感应加热表面淬火的特点
感应加热表面淬火的特点：
1. 加热速度极快，可扩大A体转变温度范围，缩短转变时间。
2. 淬火后工件表层可得到极细的隐晶马氏体，硬度稍高（2～3HRC）。脆性较低及较高疲劳强度。
3. 经该工艺处理的工件不易氧化脱碳，甚至有些工件处理后可直接装配使用。
4. 淬硬层深，易于控制操作，易于实现机械化，自动化。
电接触加热表面淬火
一、电接触加热表面淬火原理
电接触加热表面淬火是利用电触头和工件间的接触电阻使工件表面加热，并借助工件其他部分冷却实现自冷淬火。
电接触加热表面淬火的原理：变压器次级线圈产生低电压大电流，在电极（铜滚轮或碳棒）与工件表面接触处产生局部电阻加热，使接触处达到奥氏体化温度，当铜滚轮滚过或碳棒离开后，表面层就被淬硬。
二、电接触加热表面淬火的特点和应用
电接触加热表面淬火的特点：
设备简单、操作方便、工件变形小、淬火后不需回火；但淬硬层较薄，金相组织和硬度均匀性较差。
电接触加热表面淬火的应用：
电接触加热表面淬火大都在精加工后进行，表面粗糙度要求在Ra＝1.6μm以下。电接触加热淬火机的电极用铜滚轮，手工操作用碳棒。轮周上根据淬火层图案要求可选S形、锯齿形、鱼鳞形等，滚轮最好有冷却系统，通常采用压缩空气冷却。
二、电接触加热表面淬火的特点和应用
滚轮直径一般50~60mm，轮周花纹宽度0.8~1.0mm，滚轮移动速度2~3 m/min，电流400~600 A，次级开路电压小于5 V（负载电压0.5~0.6 V），加在滚轮上压力40~60N。
采用上述工艺参数处理机床导轨可获得0.20～0.25 mm的淬硬层，显微组织是隐晶马氏体和少量莱氏体及残余奥氏体。
电接触加热表面淬火能显著提高工件的耐磨性和抗擦伤能力，但淬硬层较薄（0.15～0.3mm），金相组织和硬度均匀性较差，目前多用于机床铸铁导轨的表面淬火，也可用于汽缸套、曲轴、工模具等零件。
激光加热淬火
一、激光加热淬火的原理
激光加热表面淬火处理是以高能量激光束扫描工件表面，使工件表面快速加热到钢的临界点以上，利用工件基体的热传导实现自冷淬火，实现表面相变硬化。
激光加热表面淬火加热速度极度快（105～106℃／s），因此过热度大，相变驱动力大，奥氏体形核数目剧增，扩散均匀化来不及进行，珠光体组织通过无扩散转化为奥氏体组织；由于快速冷却，奥氏体组织通过无扩散转化为马氏体组织，同时残余奥氏体量增加，碳来不及扩散，使过冷奥氏体碳含量增加，马氏体中碳含量增加，硬度提高。
二、激光加热淬火的特点
1. 激光淬火马氏体晶粒更细、位错密度更高，硬度更高，耐磨性更好。
2. 变形极小，甚至无变形，适合于高精度零件处理，部分场合可作为材科和零件的最后处理工序。
3. 无需回火，淬火表面得到压应力，不易产生裂纹。
4. 适用范围广，可方便地处理大尺寸工件和沟、槽、深孔、内孔、盲孔等局部区域；适合的材料，包括各种中高碳钢、工具钢、模具钢以及铸铁材料等。
5. 加工过程自动化控制，工期短，质量稳定。
6. 低碳环保，无需冷却介质，无废气废水排放。
三、激光加热淬火的应用
激光淬火现已成功地应用到冶金行业、机械行业、石油化工行业中易损件的表面强化，特别是在提高轧辊、导轨、齿轮、剪刃等易损件的使用寿命方面，效果显著，取得了很大的经济效益与社会效益。近年来在模具、齿轮等零部件表面强化方面也得到越来越广泛的应用。
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