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表面熱處理方法、特點與應(yīng)用
表面熱處理是通過改變零件表層組織，以獲得硬度很高的馬氏體，而保留心部韌性和塑性(即表面淬火),或同時改變表層的化學(xué)成分，以獲得耐蝕、耐酸、耐堿性,及表面硬度比前者更高(即化學(xué)熱處理)的方法。
火焰表面淬火：用乙炔-氧或煤氣-氧的混合氣體燃燒的火焰，噴射到零件表面上，快速加熱，當(dāng)達到淬火溫度后，立即噴水或用乳化液進行冷卻。
淬透層深度一般為2-6mm，過深往往引起零件表面嚴(yán)重過熱，易產(chǎn)生淬火裂紋。
表面硬度：鋼可達HRC65，灰鑄鐵為HRC40-48，合金鑄鐵為HRC43-52
這種方法簡便，無需特殊設(shè)備，但易過熱，淬火效果不穩(wěn)定，因而限制了它的應(yīng)用
適用于單件或小批生產(chǎn)的大型零件和需要局部淬火的工具或零件，如大型軸類、大模數(shù)齒輪等
常用鋼材為中碳鋼，如35、45及中碳合金結(jié)構(gòu)鋼(合金元素<3%)，如40Cr，65Mn等，還可用于灰鑄鐵、合金鑄鐵件。
碳含量過低，淬火后硬度低，而碳和合金元素過高，則易碎裂，因此，以含碳量右0.35-0.5%之間的碳素鋼最適宜。
感應(yīng)加熱表面淬火：將工件放入感應(yīng)器中,使工件表層產(chǎn)生感應(yīng)電流,在極短的時間內(nèi)加熱到淬火溫度后,立即噴水冷卻,使工件表層淬火,從而獲得非常細小的針狀馬氏體組織。
根據(jù)電流頻率,感應(yīng)加熱表面淬火,可以分為:
高頻淬火;100-1000kHz. 中頻淬火;1-10kHz. 工頻淬火;50Hz
1表層硬度比普通淬火高2-3HRC，并具有較低的脆性：
2疲勞強度，沖擊韌性都有所提高，一般工件可提高20-30%：
3變形小：
4淬火層深度易于控制：
5淬火時不易氧化和脫碳：
6可采用較便宜的低淬透性鋼：
7操作易于實現(xiàn)機械化和自動化,生產(chǎn)率高
8電流頻率愈高，淬透層愈薄。
高頻淬火一般1-2mm， 中頻淬火一般3-5mm， 工頻淬火能到>=10-15mm
高頻感應(yīng)加熱：電流頻率在100～500 kHz（千赫），有效淬硬深度為0.5～2 mm（毫米），主要用于要求淬硬層較薄的中、小型零件，如小模數(shù)齒輪、中小型軸等。
中頻感應(yīng)加熱：電流頻率在500～10000 Hz（赫），有效淬硬深度為2～10 mm（毫米），主要用于要求淬硬層要求較深的零件，如中等模數(shù)的齒輪、大模數(shù)齒輪、直徑較大的軸等。
表面淬火零件的中間熱處理是調(diào)質(zhì)
表面淬火 缺點：處理復(fù)雜零件比滲碳困難
常用中碳鋼(0.4-0.5%C)和中碳合金結(jié)構(gòu)鋼，也可用高碳工具鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼，以及鑄鐵。
一般零件淬透層深度為半徑的1/10左右時，可得到強度、耐疲勞性和韌性的最好配合。
對于小直徑10-20mm的零件，建議用較深的淬透層深度,即可達半徑的1/5；
對于截面較大的零件可取較淺的淬透層深度，即小于半徑1/10以下。
1，工作于摩擦條件下的零件，如一般小齒輪、軸、45、40Cr、42MnVB；高頻淬火，淬深1.5-2mm
2，承受扭曲、壓力負荷的零件，如曲軸、大齒輪、磨床主軸等、45、40Cr、65Mn、9Mn2V、球墨鑄鐵；中頻淬火，淬深3-5mm
3承受扭曲、壓力負荷的大型零件，如冷軋輥等、9Cr2Mo、9Cr2W；工頻淬火，淬深>=10-15mm
表面淬火、普通淬火后碳鋼的疲勞強度比較
含碳量% 熱處理方法 扭轉(zhuǎn)彎曲疲勞強度
0.33 高頻表面淬火 600
0.33 火焰表面淬火 350
0.33 電爐內(nèi)整體加熱淬火 90
0.41 高頻表面淬火 600
0.41 電爐內(nèi)整體加熱淬火 110
0.41 正火 130
0.63 高頻表面淬火 360
0.63 火焰表面淬火 390
0.63 電爐內(nèi)整體加熱淬火 150
摘至化學(xué)工業(yè)出版社、成大先主編<機械設(shè)計手冊第三版第1卷>1-306頁