2、对奥氏体晶粒度影响
提高相变区加热速度使奥氏体起始晶粒度显著细化。 原因： ◆奥氏体形核不仅在铁素体与碳化物相界，而且在α 相亚结构边界形核；晶核尺寸仅为亚结构边界宽度 1/10—1/5，形成极细的起始晶粒。 ◆在高速加热条件下，起始晶粒度不易长大，从而细 化晶粒。 ◆所形成的奥氏体晶粒内部受热应力和组织应力的作 用，形成许多位错胞。
▲感应圈形状与结构 感应圈的几何形状主要根据工件硬化部位 感应圈的几何形状主要根据工件硬化部位 的几何形状、尺寸及选择的加热方式来确定。 的几何形状、尺寸及选择的加热方式来确定。 设计时应注意以下几种效应： ▲临近效应：（采用旋转加热方法） 临近效应： ▲环状效应：（有利于圆柱体外表面） 环状效应：（有利于圆柱体外表面） ▲尖角效应：（调节线圈与零件间的间隙或改 尖角效应：（调节线圈与零件间的间隙或改 进感应圈的结构来改善）
透入式加热与传导式加热相比较有如下特点： 透入式加热与传导式加热相比较有如下特点： ●表面的温度超过A2点以后，最大密度的涡流 表面的温度超过A 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； ●加热迅速，热损失小，热效率高； ●热量分布较陡，淬火后过渡层较窄，使表面 压应力提高
求最小表面硬度的函数： HV） （HV）HL ＝0.8 （HV）HS HV） 式中（HV） 式中（HV）HS为零件要求最小表面硬度。
3、表面淬火后性能 ◆表面硬度：快速加热，激冷淬火的工件表面 表面硬度：快速加热，激冷淬火的工件表面 硬度往往比普通淬火高2 硬度往往比普通淬火高2～5个百分点 ◆耐磨性：快速加热表面淬火后工件的耐磨性 耐磨性：快速加热表面淬火后工件的耐磨性 优于普通淬火 ◆疲劳强度：采用正确的表面淬火工艺可以显 疲劳强度：采用正确的表面淬火工艺可以显 著提高零件的抗疲劳性能 ◆残余应力分布：表面淬火后的残余应力大小 残余应力分布：表面淬火后的残余应力大小 和分布与钢种、零件尺寸、硬化层深度及加 热冷却等多种因素有关
面硬度为48～55HRC，齿轮承受较大载荷且 面硬度为48～55HRC，齿轮承受较大载荷且 具有较好接触疲劳性能。如何处理？采用 整体淬火，整个齿部都会淬硬，使用过程 中易发生脆断，怎么办？
第四章：表面淬火
● 表面淬火作为强化金属零件的手段之一，具有以下 表面淬火作为强化金属零件的手段之一， 特点： 特点： 1、经表面处理零件不仅提高表面硬度和耐磨性，而且 与适当预先处理的心部组织相结合，可以获得高的 疲劳强度和强韧性。 2、表面淬火工艺简单，强化效果显著，热处理后变形 小。 3、生产过程易于自动化，生产效率高。
2、感应加热表面淬火工艺 （1）根据零件尺寸及硬化层深度要求，合理选择设备。 （a）设备频率选择
150 2500 〈f〈 2 2 δ x δ x
（b）比功率的选择：
f最佳
600 = 2 δ x
比功率是指感应加热时工件单位表面积上所吸收的 比功率是指感应加热时工件单位表面积上所吸收的 电功率。比功率选择主要决定于频率和要求硬化层 深度 设备比功率 ：设备输出功率与零件同时被加热的面 积比
残余应力和脆性，又不致降低硬度，
●一般采用的回火方式有炉中回火、自回火和感应
加热回火。
3、感应器设计简介 感应器是将高频电流转化为高频磁场对工件实行 感应器 感应加热的能量转换器。 ▲材料 感应器中电流密度可达6000A/m㎡，故所用的 材料的电阻率必须尽可能小，一般采用电解铜，通 常用紫铜制作。 ▲组成： 有效线圈（又称施感导体）；汇流接线板；汇 流条；冷却装置等
（1）降低过冷奥氏体的稳定性 （2）改变马氏体点（Ms、Mf）及马氏体组织形态 ）改变马氏体点（Ms、Mf）及马氏体组织形态
二、表面淬火的组织与性能
1、组织：淬火后可分为淬硬层、过渡层以及心部原 、组织：淬火后可分为淬硬层、过渡层以及心部原 始组织。不同原始组织表面淬火后金相组织： （1）对于退火状态共析钢： （2）对于正火态45钢，原始组织为F+P： ）对于正火态45钢，原始组织为F+P：
3、奥氏体成分均匀化影响
奥氏体成分不均匀性随着加热速度的增加而增加 原因：
◆快速加热条件下形成的奥氏体，其含C量随加热速 快速加热条件下形成的奥氏体，其含C
度提高而偏离其平衡成分
◆大部分合金元素在碳化物中富集，从而使合金元素
在快速加热时更难固溶于奥氏体并不易均匀化
◆原始组织对奥氏体均匀化有很大影响 4、对过冷奥氏体转变及回火的影响
T AC1f AC1s
T A C3 AC1f AC1s
M
P+ M P
M +F
M + F+ P
M
F+ P
离表面距离 共析钢表面淬火沿截面温度分布 及淬火后金相组织
离表面距离 45钢表面淬火沿截面温度分布 45钢表面淬火沿截面温度分布 及淬火后金相组织
2、表面淬火后有效硬化层深度测定 国际上统一采用ISO3754标准 国际上统一采用ISO3754标准 我国制订国标GB5617我国制订国标GB5617-85 标准规定：在感应加热或火焰加热后有效硬 标准规定：在感应加热或火焰加热后有效硬 化层深度（DS）从零件表面到维氏硬度（HV） 化层深度（DS）从零件表面到维氏硬度（HV） 等于规定的硬度值的那一层之间的距离。硬 度测量是在9.8N的负荷下进行。 度测量是在9.8N的负荷下进行。 ● 极限硬度（HV）HL（即规定硬度）是零部件所要 极限硬度（HV）
主要内容
1、表面淬火目的 2、表面淬பைடு நூலகம்基本条件 3、快速加热时组织转变特点及 组织结构与性能关系 4、几种表面淬火方法
§4-1：表面淬火目的及分类
一、表面淬火目的 在工件表面一定深度范围内获得马氏 体组织，而心部仍保持表面淬火前的组织 状态（调质或正火状态）以获得表面层硬 而耐磨，心部又有足够塑性、韧性的工件。
δ的大小与金属的电阻率（ρ），相对磁导 的大小与金属的电阻率（ ），相对磁导 率Ur=u/u0和电流频率（f）有关： 和电流频率（ 2ρ δ= ωu 0 u 对钢而言简化为： uf 由式可见：电流透入深度随着工件材料电阻 由式可见：电流透入深度随着工件材料电阻 率的增加而增加，随材料的导磁率及电流频 率的增加而减小。 频率越高，电流透入深度越浅；当频率不 变时，温度超过居理点以后，电流透入深度 显著增加。
1、感应加热表面淬火(Induction hardening) 2、火焰加热淬火(Flame / Torch hardening) 3、电接触表面加热淬火(Contact hardening) 4、激光表面加热淬火(Laser hardening) 5、电子束表面加热淬火等(Electron-beam hardening )
§4-3：表面淬火方法
一、感应加热表面淬火 工件在交变磁场作用下产生了较高的感 应电势并在表面形成涡流，利用感应电流 应电势并在表面形成涡流，利用感应电流 在零件表面产生的热效应而使零件加热称 为感应加热；将感应加热后的零件快速冷 感应加热；将感应加热后的零件快速冷 却的淬火工艺称为感应加热淬火。 却的淬火工艺称为感应加热淬火。
离表面x 离表面x处的涡流强度为：
I x = I 0e
−
x ∆
式中Io——表面最大的涡流强度（ 式中Io——表面最大的涡流强度（A） x——到零件表面的距离（cm） ——到零件表面的距离（cm） c p ∆= 2π µf 与材料物理性质有关的系数
从式中看出：x=0时， 从式中看出：x=0时， Ix=I0 x >0时，Ix<I0 >0时，I x=Δ时 x=Δ时, Ix=I0/e＝0.368I0 /e＝ 工程上规定：当涡流强度从表面向内层降低 工程上规定：当涡流强度从表面向内层降低 到表面最大涡流强度的36.8％即I /e时，该 到表面最大涡流强度的36.8％即I0/e时，该 处到表面的距离∆称为电流透入深度，用δ 处到表面的距离∆称为电流透入深度，用δ 表示。
实验表明： ●在工件直径一定的情况下，随着硬化层深度 的增厚，表面残余压应力先增大，达到一定 值后，继续增加硬化层厚度，表面残余压应 力反而减少。 ●残余应力与沿硬化层深度的硬度分布有关。 过渡区硬度降落愈陡，表面压应力虽较大， 但紧靠过渡区的张应力峰值也最大；过渡区 硬度降得愈平缓，过渡区愈宽，张应力峰值 内移且减少，表面的残余压应力也减少。 ●残余应力的分布和钢中的含碳量有关。含碳 量愈高，残余压应力愈大
例一：有一个φ20×700mm的轴，材料为45 ：有一个φ20×700mm的轴，材料为45
钢，要求表面具有较高的耐磨性（50～ 钢，要求表面具有较高的耐磨性（50～ 55HRC），沿轴方向尺寸变形不能超过1mm， 55HRC），沿轴方向尺寸变形不能超过1mm， 采用淬火能否达到要求？不能怎么办？
例二：有一45钢制的φ200mm齿轮，要求表 有一45钢制的φ200mm齿轮，要求表
二、表面淬火分类
要实现表面加热必须给工件以极高的能量密度来加热，使工 件表面的热量来不及向心部传导，造成极大温差。一般认为 一般认为 若加热装置能提供≥ W/CM2能量密度就可实现表面加热 能量密度就可实现表面加热。 若加热装置能提供≥102W/CM2能量密度就可实现表面加热 （按加热装置不同可分为）
dΦ e = −K ⋅ dt
涡流——零件在感应电势的作用下产生的电流。 涡流——零件在感应电势的作用下产生的电流。
e e If = = Z R2 + X 2 L
（b）表面效应（集肤效应） 表面效应（集肤效应）
Q = 0.24 I f ⋅ R ⋅ t
2
定义：涡流强度随高频电磁场强度由零件表面向内层逐渐减小 而相应减小的规律。
根据设备输出频率高低，感应加热的种类如下表所示：
加热方法 工频 中频 高频、超音频 超高频脉冲
频率（KHz） 频率（KHz） 50 <10 20～1000 20～ 27120