第四章 表面淬火和变形强化
1. 表面淬火技术的原理和特点 2. 感应加热表面淬火 3. 火焰加热表面淬火 4. 激光加热表面淬火
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第四章 表面淬火
1. 表面淬火技术的原理
将钢表面快速加热到Ac3（亚共析钢）或 Ac1 （过共析钢）以上，然后使之迅速冷 却并转变为马氏体。
将 钢 整 体 加 热 到 Ac3 （ 亚 共 析 钢 ） 或 Ac1 （过共析钢）以上，然后使其表面迅速冷 却并转变为马氏体。
涡流产生热量，将工件表面加热迅速加热 到淬火温度，并用冷却介质快速冷却，达 到对工件表面淬火的目的。
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第四章 表面淬火
1. 感应加热原理
对于圆柱型工件，表面吸收的功率P为：
P=1.25×10-3R0I2(ρμf)1/2
式中：R0为工件半径（mm），I为感应器 通入电流（A）， ρ为工件材料电阻 （Ω.m），μ为导磁率（H/m），f为电流 频率（Hz）。
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第四章 表面淬火
6. 表面淬火技术的特点 生产效率高，能耗小。 加热快，冷却快：组织细，硬度高；组织 均匀性差（渗碳体来不及溶解和扩散）。 表面组织细，硬度高，中部硬度低，韧性 好。
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第四章 表面淬火
4.2 感应加热表面淬火技术
1. 感应加热淬火原理
将工件紧靠在有足够功率输出的感应圈附 近,感应圈通电，在高频(中频)交流磁场 的作用下（如果工件与线圈的间隙非常小） 由于集肤效应,在工件表面产生很大的涡 流，大小与线圈电流相等，方向相反。
功率P的大小决定了加热速度。
加热到奥氏体时， μ迅速下降，即吸收
功率P迅速下降
表面不容易过热。
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第四章 表面淬火
加热线圈
冷水圈
中频淬火
.10第四章 表源自淬火电流导入深度：δ=5.03×104（ρ/μf）1/2（mm）
式中：ρ为工件材料电阻（Ω.m），μ 为导磁率（H/m），f为电流频率（Hz）。
适用于各种形状的小批量零件或大型零 件的局部淬火 导槽、模具、凸轮轴（凸台）
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第四章 表面淬火
4.4 激光加热淬火技术
激光加热原理:
用激光束加热材料表面，使之迅速生高到 相变温度以上。
PRC-2000型CO2工业激光器
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第四章 表面淬火
激光加热的特点：能量密度高，加热速度 快、温度高，且容易控制。激光加热可有 多种用途:
电流导入深度与电流频率成反比，也就 是淬火深度与电流频率成反比。
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第四章 表面淬火
➢ 工艺流程 预先调质处理—确定加热温度与加热方 式—选择比功率—设计感应加热器—确 定冷却方式——制定回火参数
➢ 加热方式：同时加热、连续加热 （图4-5）
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第四章 表面淬火
分类
高频200~300KHz，淬火深度0.5~2mm 中频2500~8000Hz，淬火深度2~5mm 工频50Hz，淬火深度10~15mm 双频加热，提高淬火深度（30~50mm）。
（5）激光熔覆：用镀敷或喷涂技术，将陶瓷 涂敷在金属表面，用激光照射，使陶瓷和 金属基体表层熔化，并形成冶金结合。
激光加热还有大量其他用途：激光切割、 激光刻字、激光打孔等
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第四章 表面淬火
激光淬火（Laser Quenching）原理: 用激光束加热材料表面，使之迅速生到相 变点温度以上但不熔化，当激光束移开后 表层自行快速冷却，并转变为马氏体。
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第四章 表面淬火
4.3 火焰加热表面淬火技术
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第四章 表面淬火
4.3 火焰加热表面淬火技术
优点：
缺点：
设备简单
• 生产效率低
操作灵活
• 难以控制，需要丰
操作简单
富的经验。
适用于各种形状的 • 淬火层的均匀性差
小批量零件或大型 • 变形大
零件的局部淬火
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4.3 火焰加热表面淬火技术
F 和K相界上形成，A在F 亚晶界上形成。
b.加热时间短,如果加热速度10 7 度/S,形成时间10-
5S,在如此短时间内奥氏体晶粒来不及长大。
➢ V冷却↑，表面硬度高
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第四章 表面淬火
5. 表面淬火层组织 全马氏体区
图4-1
(全淬硬层)
马氏体+铁素体区
(过渡层)
硬化层深度由硬 度法和金相法评 定(半马氏体区硬 度:国家标准)
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第四章 表面淬火
轴 柱塞杆
齿轮
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活塞
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第四章 表面淬火
4.3 火焰加热表面淬火技术
火焰淬火（flame quenching）原理： 用火焰快速将工件表面加热到淬火温度， 并快速冷却，使工件表面得到淬火组织。 控制参数：火焰大小、火焰与工件的相 对距离和相对移动速度 淬火深度：钢淬透性、加热深度和冷却 条件等
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第四章 表面淬火
2. 表面淬火技术的加热方式 感应加热：中频感应加热、高频感应加热 火焰加热 激光加热 离子束加热 电子束加热
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第四章 表面淬火
3. 表面淬火对材料的要求
凡是能进行整体淬火强化的材料都可以进 行表面淬火。
低碳钢或低合金钢需进行表面渗碳或合金 化（齿轮渗碳）。
表面硬度要求越高，要求钢碳含量和合金 含量越高；表面硬化层越深，要求钢淬透 性越好。
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第四章 表面淬火
4.与常规淬火技术的区别
➢ 在一定加热速度范围内，V加热↑，T临界↑ ➢ V加热↑，奥氏体成分的不均匀性↑
a. C 成分不均匀,从相图上看与F,K 相邻的浓度相
差很大,C 来不及扩散。
b. 合金元素不均匀
预先热处理（调质、正火、球化退火）——表面
淬火
➢ V加热↑，奥氏体晶粒细化显著 a.过热度大,相变趋动力增大,晶粒形成位置增多,A在
（1）激光淬火：加热材料表面到相变点以上 温度，自行快速冷却转变为马氏体。
（2）激光重熔：加热材料表面使之熔化，表 层快速冷却，形成白口组织或高硬度相。
（3）激光非晶态处理：用激光束熔化材料表 面，然后快速冷却，形成非晶态组织。
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第四章 表面淬火
（4）激光合金化：用镀敷或喷涂技术，将需 要的合金元素涂敷在金属表面，用激光照 射，使表层熔化，合金元素和基体混合， 形成所需要的成分和组织。
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第四章 表面淬火
感应加热淬火技术特点 效率高 变形小 深度可控 需要制作特定的线圈 电源功率大 “尖角”效应
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第四章 表面淬火
感应加热淬火技术应用
高频淬火：轴类零件，磨损量小，但精 度要求高的零件
中频淬火：齿轮、活塞环槽，有明显磨 损量，精度要求较高的零件
工频或双频：轧辊，磨损量大
表面淬火在粗加工或半精加工后进行， 最后只留磨量。