钢的表面淬火
表面淬火工艺
淬火.退火.正火工艺◆表面淬火• 钢的表面淬火有些零件在工件时在受扭转和弯曲等交变负荷、冲击负荷的作用下，它的表面层承受着比心部更高的应力。
在受摩擦的场合，表面层还不断地被磨损，因此对一些零件表面层提出高强度、高硬度、高耐磨性和高疲劳极限等要求，只有表面强化才能满足上述要求。
由于表面淬火具有变形小、生产率高等优点，因此在生产中应用极为广泛。
根据供热方式不同，表面淬火主要有感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火、电接触加热表面淬火等。
• 感应加热表面淬火感应加热就是利用电磁感应在工件内产生涡流而将工件进行加热。
感应加热表面淬火与普通淬火比具有如下优点：1.热源在工件表层，加热速度快，热效率高2.工件因不是整体加热，变形小3.工件加热时间短，表面氧化脱碳量少4.工件表面硬度高，缺口敏感性小，冲击韧性、疲劳强度以及耐磨性等均有很大提高。
有利于发挥材料地潜力，节约材料消耗，提高零件使用寿命5.设备紧凑，使用方便，劳动条件好6.便于机械化和自动化7.不仅用在表面淬火还可用在穿透加热与化学热处理等。
• 感应加热的基本原理将工件放在感应器中，当感应器中通过交变电流时，在感应器周围产生与电流频率相同的交变磁场，在工件中相应地产生了感应电动势，在工件表面形成感应电流，即涡流。
这种涡流在工件的电阻的作用下，电能转化为热能，使工件表面温度达到淬火加热温度，可实现表面淬火。
• 感应表面淬火后的性能1.表面硬度：经高、中频感应加热表面淬火的工件，其表面硬度往往比普通淬火高2～3 个单位（HRC）。
2.耐磨性：高频淬火后的工件耐磨性比普通淬火要高。
这主要是由于淬硬层马氏体晶粒细小，碳化物弥散度高，以及硬度比较高，表面的高的压应力等综合的结果。
3.疲劳强度：高、中频表面淬火使疲劳强度大为提高，缺口敏感性下降。
对同样材料的工件，硬化层深度在一定范围内，随硬化层深度增加而疲劳强度增加，但硬化层深度过深时表层是压应力，因而硬化层深度增打疲劳强度反而下降，并使工件脆性增加。
20钢渗碳淬火热处理
20钢渗碳淬火热处理
20钢的渗碳淬火热处理一般采用以下步骤：
1. 渗碳：将20钢放入碳渗碳炉中，在温度约900℃的高温下，渗入一定量的碳，使20钢表面形成一层碳化物；
2. 回火：将渗碳后的20钢放入回火炉中，在温度约650℃的
中温下，使20钢内部碳化物达到一定的均匀度；
3. 淬火：将回火后的20钢放入淬火炉中，在温度约550℃的
低温下，使20钢表面碳化物均匀析出，从而达到淬火的目的；
4. 淬火冷却：将淬火后的20钢放入冷却槽中，以水或油等冷
却剂进行冷却，使20钢内部温度降低，从而达到淬火冷却的
目的。
65mn热处理淬火
65mn热处理淬火65MN钢是一种高强度、高韧性、耐磨性好的合金钢，广泛应用于各种机械零件制造。
热处理淬火是65MN钢制造过程中的一个重要环节，可以提高钢材的硬度和强度，增加耐磨性和抗疲劳性，提高其使用寿命和性能，在制造工艺中起到重要的作用。
淬火是通过将高温钢材迅速降温来改变钢材的结构和性能的一种热处理方法。
淬火是在加热到一定温度后，迅速将钢材冷却到室温以下的过程，这种快速冷却速度可以使钢材的晶粒变细并产生大量的马氏体，从而增加钢材的硬度和强度。
65MN钢热处理的淬火过程一般分为以下几个步骤：1. 加热处理：将65MN钢加热到830-860℃，保温时间为1个小时。
热处理过程中需要注意保证加热均匀，以避免出现不均匀的相变和高温软化现象。
2. 慢冷处理：将加热处理后的钢材放置在垫料或坑内进行慢冷处理。
该过程是利用钢材自然放热慢慢降温的过程，大约需要5-6小时。
3. 淬火处理：将慢冷后的钢材迅速浸入水中进行淬火处理。
淬火后的钢材表面会形成一层厚薄均匀的马氏体组织，在显微镜下呈现为类似于针状的结构。
4. 回火处理：将淬火后的钢材放置在温度控制的炉中进行回火处理。
回火的目的是通过加热使淬火后的钢材的硬度降低，减少内部应力，从而增加其韧性和耐疲劳性。
回火温度一般在350-500℃之间，持续时间为1-2小时。
总之，65MN钢的热处理淬火工艺，包括加热处理、慢冷处理、淬火处理和回火处理，这一过程可以使钢材的硬度和强度得到大幅提高，增加其耐磨性和抗疲劳性，极大地改善了其使用性能。
对于机械制造业来说，这一技术是极为重要的，能够优化机械部件的性能，提高机械设备的长期稳定性。
第3章 钢的淬火与回火
第3章 钢的淬火与回火钢的淬火与回火是热处理工艺中最重要、也是用途最广的工序。
淬火可以大幅度提高钢的强度与硬度。
淬火后，为了消除淬火钢的残余内应力，得到不同强度、硬度与韧性的配合，需要配以不同温度的回火。
所以，淬火与回火是不可分割的、紧密衔接在一起的两种热处理工艺。
淬火与回火作为各种机器零件及工、模具的最终热处理，是赋予钢件最终性能的关键性工序，也是钢件热处理强化的重要手段之一。
3.1 钢的淬火与分类淬火是将钢加热至临界点（A c1或A c3）以上，保温一定时间后快速冷却，使过冷奥氏体转变为马氏体或贝氏体组织的工艺方法。
图3-1是共析碳钢淬火冷却工艺曲线示意图。
v c 、v c '分别为上临界冷却速度（即淬火临界冷却速度）和下临界冷却速度。
以v >v c 的速度快速冷却（曲线1），可得到马氏体组织；以v c >v >v c '的速度冷却（曲线2），可得到马氏体＋珠光体混合组织；以曲线3冷却则得到下贝氏体组织。
钢淬火后的强度、硬度和耐磨性大大提高。
w c ≈0.5％的淬火马氏体钢经中温回火后，可以具有很高的弹性极限。
中碳钢经淬火和高温回火（调质处理）后，可以有良好的强度、塑性、韧性的配合。
奥氏体高锰钢的水韧处理，奥氏体不锈钢、马氏体 时效钢及铝合金的高温固溶处理，都是通过加热、保温 和急冷而获得亚稳态的过饱和固溶体，虽然习惯上也称 为淬火，但这是广义的淬火概念，它们的直接目的并不 是强化合金，而是抑制第二相析出。
高锰钢的水韧处理 是为了达到韧化的目的。
奥氏体不锈钢固溶处理是为了 提高抗晶间腐蚀能力，铝合金和马氏体时效钢的固溶处 理，则是时效硬化前的预处理过程。
本章讨论钢的一般淬火强化问题，其淬火工艺分类见表3-1。
表3-1 钢的淬火工艺分类图3-1 共析钢的淬火冷却工艺热处理工艺及设备3.2 钢的淬透性一、淬透性的基本概念1．淬硬层与淬透性由于淬火冷却速度很快，所以工件表面与心部的冷却速度不同，表层最快，中心最慢（见图3-2a ）。
弹簧钢淬火的最简单方法
弹簧钢淬火的最简单方法
弹簧钢是一种高强度、高弹性模具钢，多用于制造弹簧和紧固件
等工具。
为了使其具有更好的强度和耐磨性，需要对其进行淬火处理。
本文将介绍弹簧钢淬火的最简单方法。
首先，将弹簧钢放入淬火炉中，使其加热到适宜的淬火温度。
通常，淬火温度应高于其临界点温度，但不要超过弹簧钢的淬火极限温度。
一般来说，弹簧钢的淬火温度在800℃-880℃之间。
接下来，迅速将已经加热的弹簧钢浸入冷却液中。
淬火液可以采
用工业酒精、水或油等，不同的淬火液对弹簧钢淬火后的性能也会产
生差异。
不过要注意不要使用油淬火，因为油浸温度不够高，不能快
速冷却，会导致弹簧钢的表面出现裂纹。
最后，将淬火后的弹簧钢进行回火处理，降温到一个适宜的温度
进行保温。
回火处理时间和温度应根据弹簧钢的不同材质、要求和用
途等因素进行合理的设置。
回火处理的目的是调整弹簧钢的性能并消
除淬火时产生的残余应力。
在所有步骤都完成后，就能够获得经过淬火处理的弹簧钢。
弹簧
钢淬火的最简单方法就是这样。
虽然看起来很简单，但是淬火处理仍
需要专业人士进行，以确保处理效果达标，同时保证操作人员的安全。
钢的淬火和回火
5 试分析下列说法是否正确：（1）钢中合金元 素的含量愈多，则淬火后硬度愈高； （ 2 ）同一钢材在相同加热条件下，水淬比油淬 的淬透性好，小件比大件的淬透性好。 6 指出φ10mm的45钢(退火态)经下列温度加热 并水冷后获得的组织：700℃、760℃、840℃。 (知Ac1＝724℃，Ac3＝780℃，D水冷＝20mm) 7 今有Cr15钢，制成轴承套，试述其预备热处 理及最终热处理的名称、目的、工艺、获得的 组织和性能。
VC ′
若T > Acm ： ① C%↑，MS↓；AR↑ ② 粗大M， ③ 氧化脱碳↑ 变形开裂↑
A(C↑)
AC3
A+F
ACm
A+Fe3C
AC1
M+AR+ Fe3C M+F M+AR (↑)
低合金钢： AC3 或AC1 +50~100 ℃ 高合金钢： AC3 或AC1 +300~400 ℃
（2）工件尺寸、形状、淬 火介质、晶粒长大倾向等 2 保温时间 τ保温= τ升温+ τ热透+τ转
﹡﹡ 调质处理：淬火+高温回火
五 钢的淬、回火缺陷
1 种类： 变形、开裂、氧化、脱碳、 硬度不足、软点、过热、过烧。 过热：晶粒粗大——重结晶 过烧：晶界熔化或氧化
2 变形与淬火应力 变形方式：体积变化、弯曲翘曲。 产生原因：加热或冷却中热胀冷缩、 组织转变不同步→内应力
种类：热应力、组织应力
改进方法——分级淬火、等温淬火
2 回火种类
回火温度↑，内应力↓； 强硬度↓；塑韧性↑。 ——根据温度不同划分回火种类1）低温回火（150~250℃）
组织：回火马氏体（与淬火马氏体比较）
高碳钢：淬火片状M→回火M (片状过饱和α+ε碳化物，共格) 性能：保持高强硬度；微裂纹焊合； 内应力和脆性↓；韧性略↑。 但低碳钢：板条M，只有C的偏聚 应用： ① 工、模具钢； ② 低碳马氏体钢
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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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。
钢的淬火知识
将钢加热到临界点Ac3（亚共析钢）或Ac1（过共析钢）以上某一温度，保温一段时间，使之全部或部分奥氏体化，然后以大于临界淬火速度的速度冷却，使过冷奥氏体转变为马氏体或下贝氏体组织的热处理工艺称为淬火。
淬火的目的是使过冷奥氏体进行马氏体或贝氏体转变，得到马氏体或下贝氏体组织，然后配合以不同温度的回火，以大幅提高钢的强度、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性等，从而满足各种机械零件和工具的不同使用要求。
也可以通过淬火满足某些特种钢材的铁磁性、耐蚀性等特殊的物理、化学性能。
钢件在有物态变化的淬火介质中冷却时，其冷却过出一般分为以下三个阶段： 蒸汽膜阶段、沸腾阶段、对流阶段。
淬硬性和淬透性是表征钢材接受淬火能力大小的两项性能指标，它们也是选材、用材的重要依据。
1.淬硬性与淬透性的概念淬硬性是钢在理想条件下进行淬火硬化所能达到的最高硬度的能力。
决定钢淬硬性高低的主要因索是钢的含碳量，更确切地说是淬火加热时固溶在奥氏体中的含碳量，含碳量越离，钢的淬硬性也就越高。
而钢中合金元素对淬硬性的影响不大，但对钢的淬透性却有重大影响。
淬透性是指在規定条件下，决定钢材淬硬深度和硬度分布的特性。
即钢淬火时得到淬硬层深度大小的能力，它是钢材固有的一种属性。
淬透性实际上反映了钢在淬火时，奥氏体转变为马氏体的容易程度。
它主要和钢的过冷奥氏体的稳定性有关，或者说与钢的临界淬火冷却速度有关。
还应指出：必须把钢的淬透性和钢件在具体淬火条件下的有效淬硬深度区分开来。
钢的淬透性是钢材本身所固有的属性，它只取决于其本身的内部因素，而与外部因素无关；而钢的有效淬硬深度除取决于钢材的淬透性外，还与所采用的冷却介质、工件尺寸等外部因索有关，例如在同样奥氏体化的条件下，同一种钢的淬透性是相同的，但是水淬比油淬的有效淬硬深度大，小件比大件的有效淬硬深度大，这决不能说水淬比油淬的淬透性髙。
也不能说小件比大件的淬透性高。
可见评价钢的淬透性，必须排除工件形状、尺寸大小、冷却介质等外部因素的影响。
轴承钢淬火的最简单方法
轴承钢淬火的最简单方法轴承是机械设备的重要组成部分，而轴承钢是轴承的核心材料。
钢材在热处理中通过淬火达到一定的硬度和韧性，从而达到更好的机械性能。
淬火是钢材加工中的一个重要技术，特别是对于制造轴承来说更为重要。
但是，淬火过程需要精确控制时间、温度和冷却速度等多个参数，并且需要注意操作的安全性和稳定性。
大多数人可能会觉得淬火很难，但实际上有最简单的方法可以做到，下面我们一起来看看吧。
一、准备工作1. 准备淬火设备：淬火加热炉、水箱或油槽、可测量温度的温度计、隔热手套等。
2. 准备合适的钢材：常用的轴承钢有GCr15、GCr9、GCr9SiMn等，可以在材料市场选购，并检查其材质和表面质量。
3. 准备淬火介质：一般使用水或油作为淬火介质，选择合适的淬火介质可以获得不同的硬度。
二、操作步骤1. 先将钢材进行加热，一般加热温度为800℃至1000℃，视具体材质而定。
可通过温度计进行检测。
2. 等待钢材加热到适当温度后，放入淬火介质中。
水的淬火速度快，油的淬火速度较慢，具体选择要根据所需硬度和韧性进行选择。
3. 把钢材浸入淬火介质中并持续浸泡，时间一般需要15-30秒，直到钢材表面冷却颜色变为深蓝色或浅金黄色为止。
4. 轻轻晃动轴承钢，让其逐渐从淬火介质中升起，确保钢材全部浸过，并且冷却均匀。
5. 用无尘布将钢材表面擦干，然后再将其放回加热炉中进行回火，回火温度一般为250℃至350℃，时间需要视具体材质而定，通常需要30分钟到2小时。
6. 冷却后的钢材可以适当打磨，吸尘除尘、油清洗等操作以获得更好的表面质量。
三、注意事项1. 淬火时需佩戴防护手套和口罩，以免受伤并防止烟尘吸入呼吸道。
2. 淬火介质的使用需谨慎，水的淬火速度快，危险性较大，需要特别注意安全。
3. 加热炉和回火炉的使用需严格按照说明书进行操作，防止发生设备故障。
4. 不同材质的钢材淬火条件会有所不同，要视实际情况加以调整。
综上所述，轴承钢淬火虽然是一个重要的工艺环节，但是其实并不难，只需要按照正确的步骤和掌握准确的淬火技术，不仅可以确保轴承钢的优质质量，同时也可以提高轴承在使用过程中的性能表现，得到更好的使用效果。
钢的淬火临界尺寸标准
钢的淬火临界尺寸标准钢的淬火临界尺寸标准是指钢材在进行淬火处理时，能够保证材料的组织结构得到充分的变质，从而达到所要求的力学性能和物理性能。
淬火临界尺寸标准是根据不同类型的钢材来设定的，下面将分别介绍碳钢、合金钢和不锈钢的淬火临界尺寸标准。
1. 碳钢的淬火临界尺寸标准碳钢是一种含有一定量碳元素的钢材，根据碳的含量不同，碳钢可以分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。
对于碳钢的淬火临界尺寸标准，通常以钢材的截面尺寸来进行确定。
根据相关标准，对低碳钢、中碳钢和高碳钢的淬火临界尺寸标准如下：- 低碳钢：一般指碳含量小于0.25%的钢材，其淬火临界尺寸一般为截面尺寸小于30 mm；- 中碳钢：一般指碳含量在0.25%~0.60%之间的钢材，其淬火临界尺寸一般为截面尺寸小于20 mm；- 高碳钢：一般指碳含量大于0.60%的钢材，其淬火临界尺寸一般为截面尺寸小于15 mm。
2. 合金钢的淬火临界尺寸标准合金钢是一种通过在钢材中添加合金元素来改变钢材性能的钢材。
合金元素可以是铬、镍、钼、锰、硅等元素。
合金钢的淬火临界尺寸标准也是根据钢材的截面尺寸来进行确定，但也会考虑合金元素的含量以及钢材的具体用途。
一般来说，合金钢的淬火临界尺寸要小于碳钢，以保证合金元素的充分固溶和弥散。
具体的淬火临界尺寸标准可按照以下原则进行确认：- 根据合金元素的种类和含量，参考相关的合金钢标准来确定淬火临界尺寸；- 考虑钢材的具体用途和力学性能要求，根据经验确定合适的淬火临界尺寸。
3. 不锈钢的淬火临界尺寸标准不锈钢含有铬等合金元素，以提高钢材的耐腐蚀性能，具有很高的抗氧化性和美观性。
不锈钢的淬火临界尺寸标准一般较高，一方面由于不锈钢的合金元素含量较高，需要较长的时间进行固溶；另一方面，不锈钢的耐腐蚀性能对淬火工艺的设计和控制要求更高。
一般来说，不锈钢的淬火临界尺寸标准较碳钢和合金钢更小，以保证合金元素充分固溶和弥散的同时，尽量减少钢材表面的氧化和腐蚀。
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热传导
热量从系统的 一部分传到另一部 分或由一个系统传 到另一个系统的现 象叫热传导
第六节 钢的表面淬火
一、表面淬火以后的工件能不能直接应用？
不能，需及时回火
二、表面淬火以后应该进行何种类型的回火处理？
低温回火处理
三、如对心部有一定的机械性能要求，如何处理？
先进行整体热处理
第六节 钢的表面淬火 二、感应加热表面淬火 （2）感应加热表面淬火的常用工艺路线
淬火后的回火： 低温回火 材料的选用： ωc=0.4-0.5% 预备热处理： 调质或正火
常用工艺路线：锻造-退火或正火——粗机械加工——正火或调质——半 精机械加工——感应加热淬火——低温回火——磨削。
（1）表面淬火的目的 （2）感应加热表面淬火的基本原理 （3）感应加热淬火件的常用工艺路线
思考与练习
第六节 钢的表面淬火
第六节 钢的表面淬火 上节回顾
退火
备热处理 最终热处理
引入：车床传动齿轮的性能要求分析 齿轮传动受力分析
引入：车床传动齿轮的性能要求分析
引入:车床传动齿轮的性能要求分析
表面硬度:58-62HRC 心部硬度:33-38HRC
引入:车床传动齿轮的性能要求分析
第六节 钢的表面淬火 二、感应加热表面淬火 （1）感应加热表面淬火的原理
集肤效应
当交变电流通过导体 时，电流将集中在导体表 面流过，这种现象叫集肤 效应。是电流或电压以频 率较高的电子在导体中传 导时，会聚集于总导体表 层，而非平均分布于整个 导体的截面积中。
第六节 钢的表面淬火 二、感应加热表面淬火 （1）感应加热表面淬火的原理
1、调质处理后的40钢齿轮，经高频加热后的温度分布如图所示，试分析高 频水淬后，轮齿由表面到中心各区(1，Ⅱ，Ⅲ)的组织变化。
思考与练习
2、选择下列零件的热处理方法，并编写简明的工艺路线（各零件均选用 锻造毛坯，并且钢材具有足够的淬透性）： （1）某机床变速箱齿轮（模数m=4），要求齿面耐磨，心部强度和韧性要 求不高，材料选用45钢； （2）某机床主轴，要求有良好的综合机械性能，轴径部分要求耐磨（HRC 50-55），材料选用45钢；
火焰加热
感 应
加
热
第六节 钢的表面淬火 二、感应加热表面淬火 （1）感应加热表面淬火的原理
利用交变电流在工件表面感应巨 大涡流，使工件表面迅速加热的方 法。电磁感应 集肤效应 热传导
第六节 钢的表面淬火 二、感应加热表面淬火 （1）感应加热表面淬火的原理
电磁感应
放在变化磁通量中的 导体，会产生电动势。此 电动势称为感应电动势或 感生电动势，若将此导体 闭合成一回路，则该电动 势会驱使电子流动，形成 感应电流。
高碳钢：淬火+低温回火
中碳钢： 调质
低碳钢： 淬火
第六节 钢的表面淬火 一、表面淬火的目的及分类
表面淬火是一种不改变钢表层化学成分，但改变表层组织的局部热 处理工艺。通过快速加热使钢的表层奥氏体化，然后急冷，使表层形成 马氏体组织，而心部仍保持不变。表面淬火加工的方法有感应加热、火
等。 焰加热、电接触加热法、三束加热表面淬火等。