金属的表面淬火
精选表面工程学三表面淬火
表面淬火中的软带问题
特大轴承表面淬火的软带问题
利用高能束（激光束、电子束、等离子束）在被处理工件表面的能量转换加热工件，使其快速加热到Ac3或Acm相变温度以上，然后利用自身快速冷却，在材料表面获得硬化层。
第四节 高能束表面淬火技术
第七章 气相沉积技术
5.4.1 高能束表面改性
图4－3 钢的磁导率、电阻率与加热温度的关系
感应加热淬火技术的基本原理（3）
以齿轮加工为例锻打毛坯→正火处理(~220HB)→粗加工→调质处理（~250HB）→精加工（滚齿）→感应加热淬火→回火（~55HRC）→磨削
二、 感应加热表面淬火工艺流程
齿轮高频淬火
热效率高、加热时间短； 工件表面氧化、脱碳比较轻，变形小； 比普通热处理具有更优异的机械性能； 设备易于实现机械化自动生产，生产效率高； 零件棱边易过热，形状复杂的零件难以保证温度均匀； 设备投资较大。
(图中所示为一个半导体二极管激光器和五美元钞票大小的对比。)如今，这样的芯片随处可见，比如说CD播放器、蓝光播放器、红色激光笔并构成了全球电信网络的骨干。
在工业上，激光被用作永远不会变钝的锯和钻头。最初人们使用激光来加工硬度很高的材料，如钻石，或非常柔软的材料，例如婴儿奶瓶的奶嘴。 低功率激光可以切割和焊接塑料；高功率激光可以切割和焊接金属。早期的工业激光器，必须要有非常庞大的体形，才能产生足够的能量，但新型固态激光器却非常小巧，给人印象深刻：如今一段细光纤或几分之一毫米厚、扑克大小的盘片就能产生千瓦级的能量，足以切开几厘米厚的金属片。
硬化层的厚度可用金相法和硬度法测定。
表面淬火层的组织和硬度分布
硬度法测定硬化层的厚度
金相法测定硬化层的厚度
（1） 表面硬度：经高频加热淬火的工件其表面硬度比普通淬火高2～5个HRC。这是由于表面淬火晶粒细化和高的残余压应力。
高温淬火的作用
高温淬火的作用高温淬火是一种金属加热处理技术，其作用是通过将工件加热到高温，然后迅速冷却，以改善和调节金属材料的性能和组织结构。
以下是高温淬火的作用及相关参考内容：1. 改善硬度和强度：高温淬火可以使金属的硬度和强度得到明显提高。
通过加热至高温，使金属的晶界和位错运动活跃，然后在快速冷却中锁定，形成细小、均匀的晶粒，从而增加材料的硬度和强度。
相关参考内容可从金属热处理手册、金属材料学教科书或相关学术论文中获得。
2. 提高耐磨性：高温淬火可以使金属材料的表面形成坚硬、耐磨的表面层，以提高其耐磨性能。
相关参考内容可在金属表面工程和金属摩擦学领域的专业书籍或研究论文中找到。
3. 改善韧性和塑性：尽管高温淬火增加了金属材料的硬度和强度，但研究表明，适当的高温淬火处理可以改善金属材料的韧性和塑性。
这是因为恰当的淬火工艺可以调整晶粒尺寸和晶体定向，从而改善金属材料的断裂韧性和塑性。
这方面的相关参考内容可在金属材料学、金属加工和力学性能测试等领域的教科书和研究论文中找到。
4. 降低残余应力：高温淬火通过快速冷却可导致金属材料的残余应力降低。
这是因为快速冷却过程中，晶体结构锁定，固溶体在表面和内部形成压应力，从而在一定程度上平衡了冷却过程中产生的拉应力。
相关参考内容可在金属材料学、应力分析和热处理工艺等领域的书籍和论文中找到。
5. 改善耐腐蚀性：高温淬火可以通过形成坚硬的表面氧化层来提高金属材料的耐腐蚀性。
通过控制加热和冷却速度，可以在金属材料表面形成致密的氧化层，从而阻止腐蚀介质的进一步侵蚀。
相关参考内容可在金属腐蚀和表面保护领域的专业书籍和研究论文中找到。
综上所述，高温淬火作为一种金属加热处理技术，有着多种作用和改善金属性能的机制。
深入了解高温淬火原理和工艺，可以在材料设计和工程应用中发挥重要作用。
相关参考内容可以通过查阅金属材料学、热处理技术和金属工程等领域的专业书籍和学术论文来获得。
表面淬火方法
表面淬火方法一:感应加热表面淬火定义:感应加热表面淬火是利用感应电流通过工件产生的热效应，使工件表面局部加热，继之快速冷却，以获得马氏体组织的工艺。
分类:分为高频淬火，中频淬火，和高频脉冲淬火即微感应淬火三类。
1:感应加热基本原理:(1)感应加热的物理基础;当工件放在通有交变电流的感应圈中，在交变电流所产生的交变磁场作用下将产生感应电动势。
电流透人深度随着工件材料的电阻串的增加而增加，随工件材料的导磁串及电流频率的增加而减小。
钢的电阻率随着加热温度的升高而增大，在800-900?时，各类钢的电阻率基本相等，通常把20?时的电流透人深度称为"冷态电流透人深度"，而把800?时的电流透入深度。
称为热态电流透人深度。
(2)感应加热的物理过程感应加热开始时，工件处于室温，电流透入深度很小，仅在此薄层内进行加热。
表面温度升高，薄层有-定深度，且温度超过磁性转变点(或转变成奥氏体)时，此薄层变为顺磁体，交变电流产生的磁力线移向与之毗连的内侧铁磁体处，涡流移向内侧铁磁体处，由于表面电流密度下降，而在紧靠顺磁体层的铁磁体处，电流密度剧增，此处迅速被加热，温度也很快升高。
此时工件截面内最大密度的涡流由表面向心部逐渐推移，同时自表面向心部依次加热。
这种加热方式称为透人式加热、当变成顺磁体的高温层的厚度超过热态电流进入的深度后，涡流不再向内部推移，而按着热态特性分布，继续加热时，电能只在热态电流透人层范围内变成热量，此层的温度继续升高。
与此同时，由于热传导的作用，热量向工件内部传递，加热层厚度增厚，这时工件内部的加热和普通加热相同，称为传导式加热。
透入式加热较传导式加热有如下特点:(a)表面的温度超过A2点以后，最大密度的涡流移向内层，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;(b)加热迅速，热损失小，热效率高;(c)热量分布较陡，淬火后过渡层较窄，使表面压应力提高，2.感应加热表面淬火工艺(1)根据零件尺寸及硬化层深度的要求，合理选择设备。
表面淬火定义
表面淬火定义表面淬火是一种金属热处理技术，通过控制金属材料的加热和冷却过程，使其表面形成一层具有较高硬度和耐磨性的淬火层。
这种技术广泛应用于各种机械零件和工具的制造中，能够提高其使用寿命和性能。
表面淬火的过程可以分为加热、保温和冷却三个阶段。
首先，将金属材料加热到适当的温度，以激活材料内部的晶体结构。
然后，通过保温使材料中的晶体结构重新排列，形成一种具有高硬度的相态结构。
最后，通过迅速冷却来固定这种相态结构，使其在表面形成一层淬火层。
表面淬火的关键是控制加热和冷却的速度。
加热温度和时间的选择需要根据金属材料的性质和要求进行调整。
过高的温度和时间可能导致材料内部的晶体结构发生变化，影响淬火效果；过低的温度和时间则无法激活和重组晶体结构。
冷却过程一般采用水、油或盐浴等介质，通过迅速吸热来实现快速冷却。
冷却介质的选择取决于材料的类型和形状。
表面淬火的优点是能够在保持材料的韧性和强度的同时，提高其硬度和耐磨性。
淬火层的硬度一般远高于材料的基体，能够有效抵抗磨损和变形。
因此，表面淬火广泛应用于汽车发动机零件、工具刀具、轴承等高负荷和高磨损的零件制造中。
然而，表面淬火也存在一些局限性和注意事项。
首先，淬火层的深度一般较浅，只有几个毫米左右，对于需要较深淬火层的零件不适用。
其次，淬火过程中会产生应力，可能导致材料的变形和开裂。
因此，在淬火后需要进行适当的回火处理，以减缓应力并提高材料的韧性。
最后，表面淬火的工艺要求较高，需要严格控制加热和冷却的参数，以保证淬火效果的稳定性和一致性。
表面淬火是一种能够提高金属材料硬度和耐磨性的热处理技术。
通过控制加热和冷却的过程，能够在材料表面形成一层具有高硬度的淬火层。
这种技术在机械制造和工具制造中得到广泛应用，能够提高零件的使用寿命和性能。
然而，表面淬火也存在一些局限性和注意事项，需要在实际应用中进行合理选择和控制。
四种淬火方式
四种淬火方式淬火是一种金属加工工艺，通过加热金属至一定温度，然后迅速冷却，使金属的组织结构发生改变，从而提高金属的硬度、强度和耐磨性。
淬火方式有很多种，下面将介绍四种常见的淬火方式。
一、水淬火水淬火是最常见的淬火方式之一，也是最简单的淬火方式之一。
水淬火的原理是利用水的高热容和高导热性，使金属迅速冷却，从而使金属的组织结构发生改变。
水淬火适用于低碳钢、合金钢、工具钢等材料的淬火。
水淬火的优点是淬火速度快，淬火效果好，能够提高金属的硬度和强度。
但是水淬火也有一些缺点，比如淬火过程中会产生大量的氢气，容易引起氢脆性，从而导致金属的脆性增加。
二、油淬火油淬火是一种比水淬火温和的淬火方式，适用于一些对金属脆性要求较高的材料。
油淬火的原理是利用油的低热容和低导热性，使金属缓慢冷却，从而使金属的组织结构发生改变。
油淬火适用于高碳钢、合金钢、工具钢等材料的淬火。
油淬火的优点是淬火过程中产生的氢气较少，不容易引起氢脆性，从而不会导致金属的脆性增加。
但是油淬火的淬火速度较慢，淬火效果也不如水淬火。
三、盐浴淬火盐浴淬火是一种比较特殊的淬火方式，适用于一些对金属表面要求较高的材料。
盐浴淬火的原理是利用盐浴的高热容和高导热性，使金属迅速冷却，从而使金属的组织结构发生改变。
盐浴淬火适用于高速钢、不锈钢、高温合金等材料的淬火。
盐浴淬火的优点是淬火速度快，淬火效果好，能够提高金属的硬度和强度。
同时，盐浴淬火还能够使金属表面变得光滑、均匀，提高金属的表面质量。
但是盐浴淬火的成本较高，需要特殊的设备和工艺。
四、气体淬火气体淬火是一种比较新颖的淬火方式，适用于一些对金属表面要求较高的材料。
气体淬火的原理是利用气体的高热容和高导热性，使金属迅速冷却，从而使金属的组织结构发生改变。
气体淬火适用于高速钢、不锈钢、高温合金等材料的淬火。
气体淬火的优点是淬火速度快，淬火效果好，能够提高金属的硬度和强度。
同时，气体淬火还能够使金属表面变得光滑、均匀，提高金属的表面质量。
表面淬火定义
表面淬火定义表面淬火是一种金属材料处理技术，旨在提高金属材料的硬度和耐磨性。
在表面淬火过程中，金属材料的表面被快速加热到高温，然后迅速冷却，使其细化晶粒并形成马氏体组织，从而获得优异的机械性能。
表面淬火是一种常用的金属材料处理方法，广泛应用于机械制造、汽车制造、航空航天等领域。
通过表面淬火处理，可以显著提高金属材料的硬度和耐磨性，增加其使用寿命和耐久性。
同时，表面淬火还可以改善金属材料的表面质量，提高其抗腐蚀性能，增强其抗拉强度和抗压强度。
表面淬火的基本原理是利用金属材料的相变规律。
当金属材料被加热到一定温度时，其晶体结构会发生变化，从而产生新的组织结构。
在表面淬火过程中，金属材料的表面被加热到临界温度以上，使其达到奥氏体相区，然后迅速冷却，使其迅速转变为马氏体组织。
马氏体组织具有高硬度和优异的耐磨性，可以显著提高金属材料的机械性能。
表面淬火可以采用多种方法进行，常见的方法包括火焰淬火、电火花淬火、激光淬火等。
不同的淬火方法适用于不同的金属材料和工件形状。
火焰淬火是一种较常用的表面淬火方法，它通过将金属材料的表面加热到高温并迅速冷却，使其形成马氏体组织。
电火花淬火利用电火花放电的高温和高能量特性，将金属材料的表面加热到临界温度以上，并通过迅速冷却形成马氏体组织。
激光淬火则利用激光的高能量和高密度特性，将金属材料的表面加热到临界温度以上，并通过迅速冷却形成马氏体组织。
表面淬火不仅可以提高金属材料的硬度和耐磨性，还可以改善其表面质量。
在表面淬火过程中，金属材料的表面会发生相变，原有的晶粒会细化并形成马氏体组织。
这种细化的晶粒结构可以显著提高金属材料的表面质量，使其更加光滑、均匀，减少表面缺陷和气孔的产生。
同时，表面淬火还可以提高金属材料的抗腐蚀性能，使其更加耐腐蚀和耐磨损。
表面淬火是一种有效的金属材料处理方法，可以显著提高金属材料的硬度和耐磨性，改善其表面质量，增强其机械性能和抗腐蚀性能。
在工业生产中，表面淬火被广泛应用于各个领域，为产品的质量和性能提供了有力支撑。
表面淬火参数要求
表面淬火参数要求表面淬火是一种金属材料的热处理方法，通过控制材料的加热温度和保温时间，使其表面形成具有一定硬度和耐磨性的淬硬层，同时保持材料的韧性和韧性。
表面淬火是一项关键的工艺，在许多工业领域广泛应用，如汽车制造、机械制造、航空航天等。
表面淬火的参数要求主要包括加热温度、保温时间、冷却介质和冷却速度等。
首先，加热温度是表面淬火的关键参数之一。
加热温度的选择应根据材料的组织结构和化学成分来确定。
一般来说，对于低碳钢材料，加热温度应控制在800-900摄氏度范围内，以保证材料的完全奥氏体化。
对于高碳钢材料，加热温度应控制在800-1000摄氏度范围内，以避免过多的奥氏体转变为珠光体。
保温时间也是表面淬火的重要参数之一。
保温时间的选择应根据材料的厚度和加热温度来确定。
一般来说，保温时间应根据表面淬火的要求来确定，以确保材料的表面完全奥氏体化。
对于较薄的材料，保温时间一般为几分钟至十几分钟；对于较厚的材料，保温时间可能需要几十分钟至几个小时。
冷却介质和冷却速度也是表面淬火的关键参数。
冷却介质的选择应根据材料的组织结构和化学成分来确定。
一般来说，水是常用的冷却介质，可以快速冷却材料的表面，形成较硬的淬硬层。
而油和盐水则可以提供较慢的冷却速度，适用于一些对韧性要求较高的材料。
在进行表面淬火时，还需要注意一些其他的参数要求。
首先，材料的净化和预处理是非常重要的。
在进行表面淬火前，应确保材料表面清洁无杂质，并进行适当的预处理，如去毛刺、除锈等。
其次，淬火过程中应控制好加热温度和保温时间，以避免材料的过热和过长的保温时间造成组织的异常变化。
最后，淬火后应进行适当的回火处理，以消除淬火应力和提高材料的韧性。
表面淬火的参数要求是非常重要的。
通过合理选择加热温度、保温时间、冷却介质和冷却速度等参数，可以控制材料的组织结构和性能，达到表面硬化的效果。
在实际应用中，我们需要根据具体材料和工艺要求来确定适当的参数，以确保表面淬火的效果和质量。
表面淬火
3、高频感应加热表面淬火后的组织和性能
快速加热时钢的相变特点
1）临界温度升高，转变在较宽的温度范围内完成 2）奥氏体晶粒较细 3）奥氏体成分不均匀
ρ—工件电阻率 μ——工件的相对导磁率 f——电流频率 可见： 1）f愈高， δ小，淬硬层深度越浅。 2） ρ愈大， μ愈小，δ越大。
工频：50Hz，功率密度0.1～100W/cm2； 中频：＜10kHz，功率密度＜ 5 W/cm2；
3.3、表面淬火
3.3 、表面淬火 3.3、表面淬火
• 要点：用快速加热法，使零件表面层很快地达到淬火温 度（A化），在热量传至内部之前，立即冷却使表 面层淬硬。 • 材料：中碳钢及中碳合金钢，如40、45、40Cr。 感应加热 • 分类（加热方法） 火焰加热 激光加热
（一）感应加热表面淬火
感应加热表面淬火示意图
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集肤效应示意图
表面淬火的发展
感应淬火原
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金属热处理工艺 , SMSE,CUMT
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返
回
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2、分类（按电源频率）
预处理： 表面淬火前，须对零件进行正火或调质处理，以保证 零件心部具有良好的综合性能。 硬化层深度的确定： 抗磨损：1～6.5mm 抗疲劳：2～12mm 感应加热淬火温度 由于感应加热速度快，但组织转变又具有热滞后，为使组织 转变充分，所以感应加热温度应比常规加热温度提高30～50℃。 后处理： 表面淬火后，一般要对零件进行低温（160～200 ℃）回火 处理，以降低淬火应力和脆性。
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金属的表面淬火
——激光加热表面淬火
摘要
摘要正文：激光加热表面淬火为热源加热，具有高能量密度，可以在金属表面获得非结晶组织，显著提高零件的疲劳强度和耐磨性。
激光加热表面淬火是以高能量的激光束作为热源的热处理。
处理过程是将激光束扫描金属零件表面，其红外能量被零件表面吸收而迅速形成很高的温度，使金属发生相变。
关键词：激光加热表面淬火强度
随着经济与现代生产技术的飞速发展，淬火工艺在现代机械制造工业得到广泛的应用。
机械中重要零件，尤其在汽车、飞机、火箭中应用的钢件几乎都经过淬火处理。
表面淬火的目的在于获得高硬度，高耐磨性的表面，而心部仍然保持原有的良好韧性，常用于机床主轴，齿轮，发动机的曲轴等。
表面淬火是将钢件的表面层淬透到一定的深度，而心部分仍保持未淬火状态的一种局部淬火的方法。
表面淬火时通过快速加热，使钢件表面很快到淬火的温度，在热量来不及穿到工件心部就立即冷却，实现局部淬火。
表面淬火的方法很多，有感应加热表面淬火，火焰加热表面淬火，盐浴加热表面淬火，电解液加热表面淬火，激光加热表面淬火，电子束加热表面淬火等。
其中，激光加热表面淬火为热源加热，具有高能量密度，可以在金属表面获得非结晶组织，显著提高零件的疲劳强度和耐磨性。
激光的特点是高亮度、高方向性、高单色性和高相干性。
高亮度和高方向性对激光加热淬火就有决定性的意义。
高亮度即激光束的能量高，在很小的面积上
形成高达kW/的功率密度。
高方向性可使激光束容易控制，不仅可以将激光束引向任何位置，还可以将能量传到很远而不致衰减。
激光加热表面淬火是以高能量的激光束作为热源的热处理。
处理过程是将激光束扫描金属零件表面，其红外能量被零件表面吸收而迅速形成很高的温度，使金属发生相变。
随着激光束离开金属表面，零件表面的热量，依靠金属本身热传导迅速向内部传递，而形成极大的冷却速度，可以靠自激冷却使零件表面淬火，使其硬化。
激光加热表面淬火在提高轧辊、导卫、齿轮、剪刃等易损件的使用寿命方面效果显著，取得了很大的经济效益与社会效益。
近年来在模具、齿轮等零部件表面强化方面也得到越来越广泛的应用。
激光加热表面淬火强化的铸铁发动机汽缸，其硬度从HB230提高到HB680，使用寿命提高了2~3倍。
与常规的热处理相比，激光加热表面淬火具有很多优势：1、加热速度极快，工件热变形极小。
由于激光功率密度高，0.5s内就可以将零件表面从室温加热
到750C，因而热影响去小，热变形小。
2、由于激光束加热面积很小，可十分精确地对形状复杂的工件进行处理或局部处理，也可根据需要在同一零件的不同部位进行不同的处理。
3、不需要加热介质，有利于保护环境。
4、节约能源，并且表面清洁，处理后不需要修磨，可以作为零件精加工的最后一道程序。
激光加热表面淬火过程按照激光强度和辐照时间分为几个阶段：吸收光束、能量传递、材料组织改变（包括熔化、气化）和激光作用后的冷却。
激光加热表面淬火过程的进展和材料的性能有关，如材料表面的反射率、热扩撒系数、热导率、相变潜热、密度、熔点和汽化点等。
目前，用于激光淬火的设备主要激光器，该激光器的工作气体沿着与光轴垂直的方向快速流过放电区以维持腔内有较低的气体温度，从而保证高功率输出，光束模式为多模输出。
效率可达18％，是目前输出功率最大的一种激光器。
同时，在金属表面涂黑色物质可大大提高激光加热的效率。
现如今，激光加热表面淬火技术已经在工业方面得到广泛的应用，但目前激光表面处理专家系统的研制和开发有待提高，一边该技术的进一步推广。
参考文献
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[2] 刘江龙．激光表面淬火强化技术的工艺基础．表面技术1994
[3] 李松瑞周善出．金属热处理．中南大学出版社 2003
[4] 盘邻．表面改性热处理技术与应用．机械工业出版社 2006
[5] 康俊远．模具材料与表面处理．北京理工大学出版社 2012。