表面热处理方法、特点和应用
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: |) F2 H+ p. B5 c& V) L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)，% z a; R2 L/ L5 E+ S6 @! v* @) J
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。
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火焰表面淬火
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' q+ o, x" D. \3 ~: A) X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
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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。1 K! q5 @/ J# J+ q6 c
表面硬度：钢可达HRC65，灰铸铁为HRC40-48，合金铸铁为HRC43-52/ ]/ b) K. F# m' } d4 n: l0 R
7 h1 X3 _' p$ n3 | N% ]3 A3 X2 F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
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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8 ?% j: A+ ]6 u1 Y$ a7 w
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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。
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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。$ Y( f! y" v. ?
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. J( V: e8 x4 T* }# `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。! |# ?/ X* x% |8 r( U" g. e: Q
: J$ ?/ {" n. ?" t. r0 w$ U7 q根据电流频率,感应加热表面淬火,可以分为:, e% ~9 n5 d8 C) }) Z0 q
高频淬火;100-1000kHz. 中频淬火;1-10kHz. 工频淬火;50Hz$ L* O; v6 P' }5 n" s$ V
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1表层硬度比普通淬火高2-3HRC，并具有较低的脆性：
! l% V Y! A" Z3 | X0 W9 Q) K2疲劳强度，冲击韧性都有所提高，一般工件可提高20-30%：
( B" U4 c4 e7 f$ l5 x, Q# h% |3变形小：: @( V; M# z2 R. P3 Y
4淬火层深度易于控制：
9 \+ _' ]' M0 p: y! X5淬火时不易氧化和脱碳：
( @, a: \/ a/ L# Q% t6可采用较便宜的低淬透性钢：
$ h: R* X* @. W+ n8 _2 S6 q$ q7操作易于实现机械化和自动化,生产率高
0 E8 p4 F. f. I0 c3 k% D5 Y' ?8电流频率愈高，淬透层愈薄。1 s3 O1 o4 R: d; o1 _6 R" O9 @
高频淬火一般1-2mm， 中频淬火一般3-5mm， 工频淬火能到>=10-15mm
( [. ]8 V: t4 F$ r, U4 a6 |. Q
. C( W( A2 t' \表面淬火零件的中间热处理是调质0 W& C7 M9 [3 C. I3 z: {" l' y' x4 _9 {
表面淬火 缺点：处理复杂零件比渗碳困难
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$ X2 B9 N1 P* y3 N+ y7 k% m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。
. p: B4 ]" j+ i) }7 c2 o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。$ A9 \, W+ z- A5 R; U. a- k
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；
" d0 y9 G) e7 S. l! [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。$ N6 @& | L9 i
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1，工作于摩擦条件下的零件，如一般小齿轮、轴
- s3 z$ F! q5 A: F0 d2 T" R45、40Cr、42MnVB；高频淬火，淬深1.5-2mm! v5 x) a; r( y
2，承受扭曲、压力负荷的零件，如曲轴、大齿轮、磨床主轴等
/ R4 {7 {5 J, b' I45、40Cr、65Mn、9Mn2V、球墨铸铁；中频淬火，淬深3-5mm
; s3 ]# W- C, r6 I3承受扭曲、压力负荷的大型零件，如冷轧辊等
" c# K1 M( J! Q4 \8 T8 i# n& |9Cr2Mo、9Cr2W；工频淬火，淬深>=10-15mm1 _$ |) m1 b J5 N/ Q: c
+ E& `+ m% }2 [. [& |7 ` 表面淬火、普通淬火后碳钢的疲劳强度比较
9 I5 V8 U* ]( |% q7 [含碳量% 热处理方法 扭转弯曲疲劳强度; V5 Z* m7 z. F' l
0.33 高频表面淬火 6007 Q% @9 _9 D( I2 q7 }9 x
0.33 火焰表面淬火 350' c9 h7 j. g$ }* Y2 V
0.33 电炉内整体加热淬火 902 D# N% P: F! f, {+ q. ~3 P7 s
0.41 高频表面淬火 600
0 ]. |# S- M4 g$ q2 {1 }0.41 电炉内整体加热淬火 110
$ R- @- K5 `( v0.41 正火 130
" R l9 @9 @3 _1 C3 S, [* S3 X0.63 高频表面淬火 360" \3 \6 |2 [* B. W' m4 ]5 O: m
0.63 火焰表面淬火 3909 D# N% j+ U1 Q7 }. Z& w3 w
0.63 电炉内整体加热淬火 150+ v( e: p% ^( g) d& i! I
( r9 a* ^9 Y5 M' t/ [5 [化学热处理(渗碳、渗氮等)内容略。$ g' V$ ~6 q# n" I! E4 c; E
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
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