表面热处理技术

00引言
许多零件在扭转、弯曲等交变载荷下工作，有时表面还要受摩擦、冲击等，因此，要求零件表面要有足够的强度、硬度和耐磨性，同时，心部还要有足够的塑性和韧性，这样就发展了表面热处理技术。
01表面淬火

     表面淬火是利用快速加热的方法，只使工件表面奥氏体化，然后淬火。它只改变表层的组织和性能，使表层得到强化和硬化，而心部仍保留原有的组织和性能，多用于中碳调质钢。表面淬火的加热方法很多，有感应加热、火焰加热、激光加热、离子束加热等。这里主要介绍感应加热法。

感应淬火是将工件置于感应器(线圈)内，当感应器中通入一定频率的交变电流时，周围产生交变磁场的电磁感应，使工件内产生封闭的感应电流(即涡流)。感应电流在工件截面上的分布很不均匀，表层电流密度很高，向内逐渐减小，这种现象称为集肤效应。工件表层高密度电流的电能转变为热能，使表层温度升高而实现了表面加热。电流频率越高，工件表层与内部的电流密度差越大，加热层就越薄。在加热层温度超过钢的临界点温度后迅速冷却(淬火冷却介质常用水或高分子聚合物水溶液),即可实现表面淬火。

根据交变电流的频率高低，感应淬火热处理可分为超高频、高频、超声频、中频、工频五类。超高频感应淬火所用的电流频率高达27MHz,淬火层极薄，仅约0.15mm,可用于形状复杂工件的薄层表面淬火。高频感应淬火所用的电流频率通常为200kHz~300kHz,淬硬深度为0.5mm~2mm,可用于齿轮、气缸套、凸轮、轴等零件的表面淬火。超声频感应淬火所用的电流频率一般为20kHz~40kHz,用超声频感应电流对小模数齿轮加热，加热层大致沿齿廓分布，淬火后使用性能较好。中频感应淬火所用的电流频率一般为2.5kHz~10kHz,淬硬深度为2mm~8mm,多用于大模数齿轮、直径较大的轴类和冷轧辊等工件的表面淬火。工频感应淬火所用的电流频率为50Hz~60Hz,淬硬深度可达10mm~15mm,主要用于大直径钢材的穿透加热和要求淬硬层较深的工件。
03感应淬火的主要优点是：

①不必整体加热，工件变形小，电能消耗小。


②加热速度快，工件表面氧化脱碳较轻。

③表面淬硬层可根据需要进行调整，易于控制。

④加热设备可以安装在机械加工生产线上，易于实现机械化和自动化，便于管

可减少运输，节约人力，提高生产率。

⑤淬硬层马氏体组织较细，硬度、强度、韧性都较高。

⑥表面淬火后，工件表层有较大压缩内应力，工件抗疲劳能力较强。

感应淬火的缺点是：感应加热设备较复杂，而且适应性较差，对某些形状复杂的难以保证质量。

感应淬火广泛用于齿轮、轴、曲轴、凸轮、轧辊等工件的表面淬火，目的是提高件的耐磨性和抗疲劳的能力。汽车后半轴采用感应淬火，设计载荷下的疲劳循环次数调质处理约提高10倍。感应淬火的工件材料一般为中碳钢。为适应某些工件的特殊需研制出供感应淬火专用的低淬透性钢。高碳钢和铸铁制造的工件也可采用感应淬火。

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