《表面淬火方法.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《表面淬火方法.doc（7页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 4.3 表面淬火方法一：感應加熱表面淬火定義：感應加熱表面淬火是利用感應電流通過工件產生的熱效應，使工件表面局部加熱，繼之快速冷卻，以獲得馬氏體組織的工藝。分類：分為高頻淬火，中頻淬火，和高頻脈衝淬火即微感應淬火三類。1：感應加熱基本原理：（1）感應加熱的物理基礎; 當工件放在通有交變電流的感應圈中，在交變電流所產生的交變磁場作用下將產生感應電動勢。電流透人深度隨著工件材料的電阻串的增加而增加，隨工件材料的導磁串及電流頻率的增加而減小。 鋼的電阻率隨著加熱溫度的升高而增大，在800900時，各類鋼的電阻率基本相等，通常把20時的電流透人深度稱為“冷態電流透人深度”，而把800時的電流透入深度
2、。稱為熱態電流透人深度。(2)感應加熱的物理過程 感應加熱開始時，工件處於室溫，電流透入深度很小，僅在此薄層內進行加熱。表面溫度升高，薄層有定深度，且溫度超過磁性轉變點(或轉變成奧氏體)時，此薄層變為順磁體，交變電流產生的磁力線移向與之毗連的內側鐵磁體處，渦流移向內側鐵磁體處，由於表面電流密度下降，而在緊靠順磁體層的鐵磁體處，電流密度劇增，此處迅速被加熱，溫度也很快升高。此時工件截面內最大密度的渦流由表面向心部逐漸推移，同時自表面向心部依次加熱。這種加熱方式稱為透人式加熱、當變成順磁體的高溫層的厚度超過熱態電流進入的深度後，渦流不再向內部推移，而按著熱態特性分佈，繼續加熱時，電能只在熱態電流透
3、人層範圍內變成熱量，此層的溫度繼續升高。與此同時，由於熱傳導的作用，熱量向工件內部傳遞，加熱層厚度增厚，這時工件內部的加熱和普通加熱相同，稱為傳導式加熱。透入式加熱較傳導式加熱有如下特點：(a)表面的溫度超過A2點以後，最大密度的渦流移向內層，表層加熱速度開始變慢，不易過熱，而傳導式加熱隨著加熱時間的延長，表面繼續加熱容易過熱；(b)加熱迅速，熱損失小，熱效率高；(c)熱量分佈較陡，淬火後過渡層較窄，使表面壓應力提高，2 感應加熱表面淬火工藝(1)根據零件尺寸及硬化層深度的要求，合理選擇設備。(a)設備頻率的選擇 主要根據硬化層深度來選擇一般若採用透入式加熱，但所選用頻率不宜過低，否則需用相當
4、大的比功率才能獲得所要求的硬化層深度，且無功損耗太大當現有設備頻率滿足不了上述條件時，可採用下述彌補辦法：在感應加熱前預熱，以增加硬化層厚度，調整比功率或感應器與工件間的間隙等。(b)比功率的選擇 比功率是指感應加熱時工件單位表面積上所吸收的電功率。在頻率一定時，比功率愈大，加熱速度愈快；當比功率一定時，頻率愈高，電流進入愈淺，加熱速度愈快。比功率的選擇主要取決於頻率和要求的硬化層深度。在頻率一定時，硬化層較淺的，選用較大比功率(透入式加熱)；在層深相同情況下，設備頻率較低的可選用較大比功率。因為工件上真正獲得的比功串很難測定，故常用設備比功率來表示設備比功串為設備輸出功率與零件同時被加熱的面
5、積比，在實際生產中，比功率還要結合工件尺寸大小、加熱方式、以及試淬後的組織、硬度及硬化層分佈等作最後的調整。(2) 淬火加熱溫度和方式的選擇 感應加熱淬火溫度與加熱速度和淬火前原始組織有關。由於感應加熱速度快，奧氏體轉變在較高溫度下進行，奧氏體起始晶粒較細，且一般不進行保溫，為了在加熱過程中能使先共析鐵素體時亞共析鋼)等游離的第二相充分溶解，這些都允許並要求感應加熱表面淬火採用較高的淬火加熱溫度。一般高頻加熱淬火溫度可比普通加熱淬火溫度高30200加熱速度較快的，採用較高的溫度淬火前的原始組織不同，也可適當地調整淬火加熱溫度調質處理的組織比正火的均勻，可採用較低的溫度。 當綜合考慮表面淬火前的
6、原始組織和加熱速度的影響時，每種鋼都有最佳加熱規範，這可參見有關手冊。常用感應加熱有兩種方式： 一種稱同時加熱法，即對工件需淬火表面同時加熱，一般在設備功率足夠、生產批量比較大的情況下採用； 另一種稱連續加熱法，即對工件需淬火部位中的一部分同時加熱，通過感應器與工件之間的相對運動，把已加熱部位逐漸移到冷卻位置冷卻，待加熱部位移至感應器中加熱，如此連續進行，直至需硬化的全部部位淬火完畢如果工件是較長的圓柱形，為了使加熱均勻，還可使工件繞其本身軸線旋轉。一般在單件、小批量生產中，軸類、杆類及尺寸較大的平面加熱，採用連續加熱法。通常借控制加熱時間來控制加熱溫度在用同時加熱法時，控制一次加熱時間。在大
7、批量生產條件下可用設備上的時間繼電器自動控制。在連續加熱條件下，通過控制工件與感應圈相對位移速度來實現。(請觀看視頻演示） (3) 冷卻方式和冷卻介質的選擇 最常用的冷卻方式是噴射冷卻法和漫液冷卻法。噴射冷卻法即當感應加熱終了時把工件置於噴射器之中，向工件噴射淬火介質進行淬火冷卻。其冷卻速度可以通過調節液體壓力、溫度及噴射時間來控制漫液淬火法即當工件加熱終了時，浸入淬火介質中進行冷卻。對細，薄工件或合金鋼齒輪，為減少變形、開裂，可將感應器與工件同時放入油槽中加熱，斷電後冷卻，這種方法稱為埋油淬火法 常用的淬火介質有水、聚乙烯醇水溶液、聚丙烯醇水溶液，乳化液和油聚乙烯醇水溶液的冷卻能力隨濃度增大
8、而降低，通常使用的濃度為0.050.30若濃度0.3，則使用溫度最好為3243，不宜低於15。聚乙烯醇在淬火時于工件表面形成薄膜，從而降低水的冷速，在使用中應不斷補充，以保持其要求濃度。(4) 回火工藝 感應加熱淬火後一般只進行低溫回火。其目的是為了降低殘餘應力和脆性，而又不致降低硬度。一般採用酶回火方式有爐中回火、自回火和感應加熱回代爐中回火溫度一般為150180，時間為12小時，自回火就是當淬火後尚未完全冷卻，利用在工件內殘留的熱量進行回火由於自回火時間短，在婆到同樣硬度條件下回火溫度比爐中回火要高80左右自回火不僅簡化了工藝，而且對防止高碳鋼及某些高合金鋼產生淬火裂紋也很有效。自回火的主
9、要缺點是工藝不易掌握，消除淬火應力不如爐中回火用感應加熱回火時，為了降低過渡層的拉應力，加熱層的深度應比硬化層深一些，故常用中頻或工頻加熱回火。感應加熱回火比爐中回火加熱時間短，顯微組織中碳化物彌散度大，因此得到的鋼件耐磨性高，衝擊韌性較好，而且容易按排在流水線上。感應加熱回火要求加熱速度小於1520/S。高頻脈衝加熱粹火與普通高頻淬火主要區別在於高頻電能是以一瞬間的脈衝形式輸入工件，需淬火的工件在毫秒時間範圍內幾乎可以加熱到熔化溫度，並通過自冷卻進行粹火。3 感應器設計簡介 感應器是將高頻電流轉化為高頻磁場對工件實行感應加熱的能量轉換器。它直接影響工件加熱淬火的品質和設備的效率。良好的感應圈
10、應能保證工件有符合要求的均勻分佈的硬化層，高的電效率，足夠的機械強度，以及容易製造和操作方便。 感應器中的電流密度大，故所用材料的電阻率必須盡可能小一般感應器材料採用電解銅，通常是用紫銅管制成。在要求極高的情況下，例如脈衝淬火，感應器由銀製成。有的感應器用紫銅製成，但外表面鍍銀。感應圈卡上導磁體後增大了內側的電感，所以改變了電流分佈，使高頻電流沿著電感較小的缺口部位通過感應加熱時為了避免引起相鄰部位的加熱，可以採用遮罩的方法。磁阻較工件小，逸散的磁力線優先通過磁短路環而達到遮罩目的.(查看flash播放）二，火焰加熱表面淬火1：定義： 用一種火焰在一個工件表面上若干尺寸範圍內加熱，使其奧氏體化
11、並淬火的工藝稱為火焰表面淬火。火焰淬火必須供給表面的熱量大於自表面傳給心部及散失的熱量，以便達到所謂“蓄熱效應”，才有可能實現表面淬火。2：特點： 火焰加熱表面淬火的優點是：(1)設備簡單、使用方便、成本低；(2)不受工件體積大小的限制，可靈活移動使用；(3)淬火後表面清潔，無氧化、脫碳現象，變形也小。 其缺點是： (1）：表面容易過熱；（2)較難得到小於2mm的淬硬層深度，只適用於火焰噴射方便的表層上；(3)所採用的混合氣體有爆炸危險。3： 火焰的結構及其特性 火焰淬火可用下列混合氣體作為燃料：(1)煤氣和氧氣(1：06)；(2)天然氣和氧氣(1：12至1：23)；(3)丙烷和氧氣(1：41
12、：5)；(4)乙炔和氧氣(1：11：15)。不同混合氣體所能達到的火焰溫度不同，最高為氧，乙炔焰，可達3100，最低為氧、丙烷氧、丙烷焰，可達2650通常用氧、乙炔焰，簡稱氧炔焰。乙炔和氧氣的比例不同，火焰的溫度不同。乙炔與氧氣的比例不同，火焰的性質也不同，可分為還原焰、中性焰或氧化焰。火焰分三區：焰心、還原區及全然區。其中還原區溫度最高(一般距焰心頂端23mm處溫度達最高值)，應儘量利用這個高溫區加熱工件。三、其他表面淬火法1 電解液加熱表面淬火 將工件放入盛有515碳酸鈉水溶液的電解槽中，工件為陰極，電解槽為陽極，兩極間加一定直流電壓，使電解淬電解，在陽極上放出氧氣，陰極工件上析出氫氣包圍
13、工件的氫氣膜使工件與電解液隔開，氫氣膜具有很大電阻，當有很大電流通過時，將產生大量的熱，達到很高的溫度，工件浸入電解液部分迅速被加熱，當工件表面被加熱到淬火溫度時，停止送電，氫氣膜立即破裂，包圍工件的電解液使工件迅速冷卻淬火。電壓在150300V之間調整，加熱時間由試驗確定。電解液加熱淬火工藝簡單，生產率高，變形小，可納入生產流水線，如內燃機閥杆的頂端粹火等。但對形狀複雜，尺寸較大的工件不宜採用。(請觀看視頻演示）2 電接觸加熱表面淬火 借一特製的可移動的電極與工件表面接觸，並通以低電壓大電流，借接觸電阻加熱工件表面而淬火的方法稱為電接觸加熱表面淬火。 加熱後可以水冷，也可以利用工件本身向未加
14、熱部位傳熱冷卻淬火3 鐳射和電子束加熱表面淬火 鐳射和電子束加熱表面淬火是70年代初發展起來的兩種新技術。由於它們加熱上的一些顯著特點，為金屬的表面熱處理帶來了一些新的概念和特點(1) 鐳射熱處理的基本原理 鐳射是一種亮度極高，單色性和方向性極強的光源。鐳射加熱和一般加熱方式不同，它是利用雷射光束由點到線，由線到面地以掃描方式來實現。常用掃描方式有兩種：一種是以輕微散焦的雷射光束進行橫掃描，它可以單程掃描，也可以交疊掃描，另一種是用尖銳聚焦的雷射光束進行往復擺動掃描，表面淬火時最主要的是控制表面溫度和加熱深度，因而用鐳射掃描加熱時關鍵是控制掃描速度和功率密度。如果掃描速度太慢，溫度可能迅速上升
15、到超過材料的熔點；如果功率密度太小，材料又得不到足夠的熱量，以致達不到淬火所需要的相變溫度，或者停留時間過長，加熱深度過深，以致不能自行冷卻淬火。 由於鐳射加熱是一種光輻射加熱，因而工件表面吸收熱量除與光的強度有關外，還和工件表面黑度有關。一般工件表面光潔度很高，反射串很大，吸收串幾乎為零。為了提高吸收率，通常都要對表面進行黑化處理，即在欲加熱部位塗上一層對光束有高吸收能力的薄膜塗料。常用塗料有磷酸鋅鹽膜，磷酸錳鹽膜、碳黑、氧化鐵粉等，但以磷酸鹽膜為最好。(2) 鐳射熱處理的特點、發展和應用 鐳射熱處理的特點如下： (a)加熱速度快，淬火不用冷卻劑。因為鐳射具有很高的能量密度，故可使金屬表面在百分之幾甚至千分之幾秒內升高到所需淬火溫度。由於升溫快加熱集中，因而停止照射時可以把熱量迅速傳至周圍未被加熱金屬，被加熱處可以迅速冷卻，達到自行淬火的效果。由於加熱速度極快，故可以得到超細晶粒。(b)可以進行局部的選擇性淬火。由於鐳射具有高的方向性和相干性，可控性能特別好，它可用光屏系統傳播和聚焦因此，可以按任何複雜的幾何圖形進行局部選擇性加熱淬火，而不影響鄰近部位的組織和光潔度。對一些拐角、狹窄的溝槽、齒條、齒輪、深孔、盲孔表面
