表面淬火

　　? 鋼的表面淬火

　　有些零件在工作時,在承受扭轉(zhuǎn)和彎曲等交變負(fù)荷秀姐、沖擊負(fù)荷的作用下，它的表面層承受著比心部更高的應(yīng)力若贮。在受摩擦的場合省有，表面層還不斷地被磨損，因此對一些零件表面層提出高強度谴麦、高硬度蠢沿、高耐磨性和高疲勞極限等要求，只有表面強化才能滿足上述要求匾效。由于表面淬火具有變形小舷蟀、生產(chǎn)率高等優(yōu)點，因此在生產(chǎn)中應(yīng)用極為廣泛面哼。

　　根據(jù)供熱方式不同戈勾，表面淬火主要有感應(yīng)加熱表面淬火、火焰加熱表面淬火筹唠、電接觸加熱表面淬火等户痒。

　　? 感應(yīng)加熱表面淬火

　　感應(yīng)加熱就是利用電磁感應(yīng)在工件內(nèi)產(chǎn)生渦流而將工件進行加熱火毕。感應(yīng)加熱表面淬火與普通淬火比具有如下優(yōu)點：

　　1.熱源在工件表層，加熱速度快聪萨，熱效率高假盼。

　　2.工件因不是整體加熱，變形小盘另。

　　3.工件加熱時間短惋探，表面氧化脫碳量少。

　　4.工件表面硬度高巩荧，缺口敏感性小抗海，沖擊韌性、疲勞強度以及耐磨性等均有很大提高福耐。有利于發(fā)揮材料地潛力葫羡，節(jié)約材料消耗，提高零件使用壽命昌罩。

　　5.設(shè)備緊湊哭懈，使用方便，勞動條件好茎用。

　　6.便于機械化和自動化遣总。

　　7.不僅用在表面淬火還可用在穿透加熱與化學(xué)熱處理等。

　　? 感應(yīng)加熱的基本原理

　　將工件放在感應(yīng)器中轨功，當(dāng)感應(yīng)器中通過交變電流時旭斥，在感應(yīng)器周圍產(chǎn)生與電流頻率相同的交變磁場，在工件中相應(yīng)地產(chǎn)生了感應(yīng)電動勢古涧，在工件表面形成感應(yīng)電流垂券，即渦流。這種渦流在工件的電阻的作用下羡滑，電能轉(zhuǎn)化為熱能菇爪，使工件表面溫度達到淬火加熱溫度，可實現(xiàn)表面淬火柒昏。

　　? 感應(yīng)表面淬火后的性能

　　1.表面硬度：經(jīng)高凳宙、中頻感應(yīng)加熱表面淬火的工件，其表面硬度往往比普通淬火高 2～3 個單位（HRC）卜判。

　　2.耐磨性：高頻淬火后的工件耐磨性比普通淬火要高仔省。這主要是由于淬硬層馬氏體晶粒細(xì)小，碳化物彌散度高众攻，以及硬度比較高红集，表面的高的壓應(yīng)力等綜合的結(jié)果。

　　3.疲勞強度：高、中頻表面淬火使疲勞強度大為提高判懒，缺口敏感性下降袋员。對同樣材料的工件，硬化層深度在一定范圍內(nèi)刀雳，隨硬化層深度增加而疲勞強度增加痘嫉，但硬化層深度過深時表層是壓應(yīng)力，因而硬化層深度增大疲勞強度反而下降粪世，并使工件脆性增加馆义。一般硬化層深δ＝（10～20）％D。較為合適胁塞，其中D咏尝。為工件的有效直徑。

　　◆ 退火工藝

　　退火是將金屬和合金加熱到適當(dāng)溫度啸罢，保持一定時間编检，然后緩慢冷卻的熱處理工藝。退火后組織亞共析鋼是鐵素體加片狀珠光體扰才；共析鋼或過共析鋼則是粒狀珠光體允懂。總之退火組織是接近平衡狀態(tài)的組織衩匣。

　　? 退火的目的

　　1.降低鋼的硬度蕾总，提高塑性，以利于切削加工及冷變形加工舵揭。

　　2.細(xì)化晶粒谤专，消除因鑄躁锡、鍛午绳、焊引起的組織缺陷，均勻鋼的組織和成分映之，改善鋼的性能或為以后的熱處理作組織準(zhǔn)備拦焚。

　　3.消除鋼中的內(nèi)應(yīng)力，以防止變形和開裂颜要。

　　? 退火工藝的種類

　　1.均勻化退火（擴散退火)

　　均勻化退火是為了減少金屬鑄錠荣吻、鑄件或鍛坯的化學(xué)成分的偏析和組織的不均勻性，將其加熱到高溫量奸，長時間保持押辽，然后進行緩慢冷卻，以化學(xué)成分和組織均勻化為目的的退火工藝澄璃。

　　均勻化退火的加熱溫度一般為Ac3+（150～200℃）饵忙，即1050～1150℃，保溫時間一般為10～15h，以保證擴散充分進行岖疲，大量消除或減少成分或組織不均勻的目的咏摔。由于擴散退火的加熱溫度高，時間長极阴，晶粒粗大昙百，為此，擴散退火后再進行完全退火或正火碟狞，使組織重新細(xì)化啄枕。

　　2.完全退火

　　完全退火又稱為重結(jié)晶退火，是將鐵碳合金完全奧氏體化族沃，隨之緩慢冷卻射亏，獲得接近平衡狀態(tài)組織的退火工藝。

　　完全退火主要用于亞共析鋼竭业，一般是中碳鋼及低智润、中碳合金結(jié)構(gòu)鋼鍛件、鑄件及熱軋型材未辆，有時也用于它們的焊接構(gòu)件窟绷。完全退火不適用于過共析鋼，因為過共析鋼完全退火需加熱到Acm以上咐柜，在緩慢冷卻時兼蜈，滲碳體會沿奧氏體晶界析出，呈網(wǎng)狀分布拙友，導(dǎo)致材料脆性增大为狸，給最終熱處理留下隱患。

　　完全退火的加熱溫度碳鋼一般為Ac3+（30～50℃）遗契；合金鋼為Ac3+（500～70℃）臭膊；保溫時間則要依據(jù)鋼材的種類、工件的尺寸膊编、裝爐量栏赋、所選用的設(shè)備型號等多種因素確定。為了保證過冷奧氏體完全進行珠光體轉(zhuǎn)變尸钢，完全退火的冷卻必須是緩慢的仙衩，隨爐冷卻到500℃左右出爐空冷。

　　3.不完全退火

　　不完全退火是將鐵碳合金加熱到Ac1～Ac3之間溫度熔厌，達到不完全奧氏體化篇挡，隨之緩慢冷卻的退火工藝。

　　不完全退火主要適用于中誉煎、高碳鋼和低合金鋼鍛軋件等报葬，其目的是細(xì)化組織和降低硬度鹰坐，加熱溫度為Ac1+(40～60)℃，保溫后緩慢冷卻贵健。

　　4.等溫退火

　　等溫退火是將鋼件或毛坯件加熱到高于Ac3（或Ac1）溫度迷啄，保持適當(dāng)時間后，較快地冷卻到珠光體溫度區(qū)間地某一溫度并等溫保持朋蔫，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w型組織罚渐，然后在空氣中冷卻的退火工藝。

　　等溫退火工藝應(yīng)用于中碳合金鋼和低合金鋼驯妄，其目的是細(xì)化組織和降低硬度荷并。亞共析鋼加熱溫度為Ac3+(30～50)℃，過共析鋼加熱溫度為Ac3+(20～40)℃青扔，保持一定時間源织，隨爐冷至稍低于Ar3溫度進行等溫轉(zhuǎn)變，然后出爐空冷微猖。等溫退火組織與硬度比完全退火更為均勻谈息。

　　5.球化退火

　　球化退火是使鋼中碳化物球化而進行的退火工藝。將鋼加熱到Ac1以上20～30℃凛剥，保溫一段時間侠仇，然后緩慢冷卻，得到在鐵素體基體上均勻分布的球狀或顆粒狀碳化物的組織犁珠。

　　球化退火主要適用于共析鋼和過共析鋼逻炊，如碳素工具鋼、合金工具鋼雇牍、軸承鋼等嗅呻。這些鋼經(jīng)軋制、鍛造后空冷乌心，所得組織是片層狀珠光體與網(wǎng)狀滲碳體导劝，這種組織硬而脆，不僅難以切削加工枕泽，且在以后淬火過程中也容易變形和開裂往姆。而經(jīng)球化退火得到的是球狀珠光體組織馒符，其中的滲碳體呈球狀顆粒掰站，彌散分布在鐵素體基體上，和片狀珠光體相比淘砌，不但硬度低涧谓，便于切削加工，而且在淬火加熱時厦浦，奧氏體晶粒不易長大瑟捺，冷卻時工件變形和開裂傾向小。另外對于一些需要改善冷塑性變形（如沖壓、冷鐓等）的亞共析鋼有時也可采用球化退火瓶堕。

　　球化退火加熱溫度為Ac1+(20～40)℃或Acm-(20～30)℃隘道，保溫后等溫冷卻或直接緩慢冷卻。在球化退火時奧氏化是“不完全”的郎笆，只是片狀珠光體轉(zhuǎn)變成奧氏體谭梗，及少量過剩碳化物溶解。因此宛蚓，它不可能消除網(wǎng)狀碳化物激捏，如過共析鋼有網(wǎng)狀碳化物存在，則在球化退火前須先進行正火凄吏，將其消除远舅，才能保證球化退火正常進行。

　　球化退火工藝方法很多痕钢，最常用的兩種工藝是普通球化退火和等溫球化退火图柏。普通球化退火是將鋼加熱到Ac1以上20～30℃，保溫適當(dāng)時間任连，然后隨爐緩慢冷卻爆办，冷到500℃左右出爐空冷。等溫球化退火是與普通球化退火工藝同樣的加熱保溫后嚎脖，隨爐冷卻到略低于Ar1的溫度進行等溫鬼痹，等溫時間為其加熱保溫時間的1.5倍。等溫后隨爐冷至500℃左右出爐空冷勤鼓。和普通球化退火相比榕吨，球化退火不僅可縮短周期，而且可使球化組織均勻涎舔，并能嚴(yán)格地控制退火后的硬度甲盘。

　　6.再結(jié)晶退火（中間退火）

　　再結(jié)晶退火是經(jīng)冷形變后的金屬加熱到再結(jié)晶溫度以上，保持適當(dāng)時間哮互，使形變晶粒重新結(jié)晶成均勻的等軸晶粒臣镜，以消除形變強化和殘余應(yīng)力的熱處理工藝。

　　7.去應(yīng)力退火

　　去應(yīng)力退火是為了消除由于塑性形變加工题晌、焊接等而造成的以及鑄件內(nèi)存在的殘余應(yīng)力而進行的退火工藝洁馒。

　　鍛造、鑄造儡皮、焊接以及切削加工后的工件內(nèi)部存在內(nèi)應(yīng)力柱锹，如不及時消除，將使工件在加工和使用過程中發(fā)生變形丰包，影響工件精度禁熏。采用去應(yīng)力退火消除加工過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力十分重要壤巷。

　　去應(yīng)力退火的加熱溫度低于相變溫度A1，因此瞧毙，在整個熱處理過程中不發(fā)生組織轉(zhuǎn)變胧华。內(nèi)應(yīng)力主要是通過工件在保溫和緩冷過程中消除的。為了使工件內(nèi)應(yīng)力消除得更徹底宙彪，在加熱時應(yīng)控制加熱溫度撑柔。一般是低溫進爐，然后以100℃/h左右得加熱速度加熱到規(guī)定溫度您访。焊接件得加熱溫度應(yīng)略高于600℃铅忿。保溫時間視情況而定，通常為2～4h灵汪。鑄件去應(yīng)力退火的保溫時間取上限檀训，冷卻速度控制在（20～50）℃/h，冷至300℃以下才能出爐空冷姆赔。

　　◆ 正火工藝

　　正火工藝是將鋼件加熱到Ac3（或Acm）以上30～50℃阅窝，保溫適當(dāng)?shù)臅r間后，在靜止的空氣中冷卻的熱處理工藝豆凛。把鋼件加熱到Ac3以上100～150℃的正火則稱為高溫正火坞龙。

　　對于中、低碳鋼的鑄缸舱、鍛件正火的主要目的是細(xì)化組織蚀稻。與退火相比，正火后珠光體片層較細(xì)把意、鐵素體晶粒也比較細(xì)小府塘，因而強度和硬度較高。

　　低碳鋼由于退火后硬度太低绿捶，切削加工時產(chǎn)生粘刀的現(xiàn)象棚疏，切削性能差，通過正火提高硬度婆精，可改善切削性能继溯，某些中碳結(jié)構(gòu)鋼零件可用正火代替調(diào)質(zhì)，簡化熱處理工藝沈条。

　　過共析鋼正火加熱刀Acm以上需忿，使原先呈網(wǎng)狀的滲碳體全部溶入到奧氏體，然后用較快的速度冷卻拍鲤，抑制滲碳體在奧氏體晶界的析出贴谎，從而能消除網(wǎng)狀碳化物，改善過共析鋼的組織季稳。

　　焊接件要求焊縫強度的零件用正火來改善焊縫組織擅这，保證焊縫強度。

　　在熱處理過程中返修零件必須正火處理景鼠，要求力學(xué)性能指標(biāo)的結(jié)構(gòu)零件必須正火后進行調(diào)質(zhì)才能滿足力學(xué)性能要求仲翎。中、高合金鋼和大型鍛件正火后必須加高溫回火來消除正火時產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力铛漓。

　　有些合金鋼在鍛造時產(chǎn)生部分馬氏體轉(zhuǎn)變溯香，形成硬組織。為了消除這種不良組織采取正火時浓恶，比正常正火溫度高20℃左右加熱保溫進行正火玫坛。

　　正火工藝比較簡便，有利于采用鍛造余熱正火沙涎，可節(jié)省能源和縮短生產(chǎn)周期傅慈。

　　正火工藝與操作不當(dāng)也產(chǎn)生組織缺陷，與退火相似疼磺，補救方法基本相同碘淘。

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