通過對鋼件表面的加熱、冷卻而改變表層力學(xué)性能的金屬熱處理工藝。表面淬火是表面熱處理的主要內(nèi)容，其目的是獲得高硬度的表面層和有利的內(nèi)應(yīng)力分布，以提高工件的耐磨性能和抗疲勞性能。

    簡介

表面熱處理

surface heat treatment

對工件表面進(jìn)行強(qiáng)化的金屬熱處理工藝。它不改變零件心部的組織和性能 。廣泛用于既要求表層具有高的耐磨性、抗疲勞強(qiáng)度和較大的沖擊載荷，又要求整體具有良好的塑性和韌性的零件，如曲軸、凸輪軸、傳動(dòng)齒輪等。表面熱處理分為表面淬火和化學(xué)熱處理兩大類。

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分類

表面淬火

通過不同的熱源對工件進(jìn)行快速加熱，當(dāng)零件表層溫度達(dá)到臨界點(diǎn)以上（此時(shí)工件心部溫度處于臨界點(diǎn)以下）時(shí)迅速予以冷卻，這樣工件表層得到了淬硬組織而心部仍保持原來的組織。為了達(dá)到只加熱工件表層的目的，要求所用熱源具有較高的能量密度。根據(jù)加熱方法不同，表面淬火可分為感應(yīng)加熱（高頻、中頻、工頻）表面淬火、火焰加熱表面淬火、電接觸加熱表面淬火、電解液加熱表面淬火、激光加熱表面淬火、電子束表面淬火等。工業(yè)上應(yīng)用最多的為感應(yīng)加熱和火焰加熱表面淬火。

化學(xué)熱處理

將工件置于含有活性元素的介質(zhì)中加熱和保溫，使介質(zhì)中的活性原子滲入工件表層或形成某種化合物的覆蓋層，以改變表層的組織和化學(xué)成分，從而使零件的表面具有特殊的機(jī)械或物理化學(xué)性能。通常在進(jìn)行化學(xué)滲的前后均需采用其他合適的熱處理，以便最大限度地發(fā)揮滲層的潛力，并達(dá)到工件心部與表層在組織結(jié)構(gòu)、性能等的最佳配合。根據(jù)滲入元素的不同 ，化學(xué)熱處理可分為滲碳 、滲氮、滲硼、滲硅、滲硫、滲鋁、滲鉻、滲鋅、碳氮共滲、鋁鉻共滲等。

最常用的表面熱處理工藝有感應(yīng)加熱熱處理和火焰淬火。

接觸電阻加熱淬火

通過電極將小于 5伏的電壓加到工件上,在電極與工件接觸處流過很大的電流,并產(chǎn)生大量的電阻熱,使工件表面加熱到淬火溫度,然后把電極移去,熱量即傳入工件內(nèi)部而表面迅速冷卻,即達(dá)到淬火目的。當(dāng)處理長工件時(shí),電極不斷向前移動(dòng),留在后面的部分不斷淬硬。這一方法的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡單，操作方便，易于自動(dòng)化,工件畸變極小,不需要回火，能顯著提高工件的耐磨性和抗擦傷能力，但淬硬層較?。?.15～0.35毫米）。顯微組織和硬度均勻性較差。這種方法多用于鑄鐵做的機(jī)床導(dǎo)軌的表面淬火，應(yīng)用范圍不廣。

電解加熱淬火

將工件置于酸、堿或鹽類水溶液的電解液中，工件接陰極，電解槽接陽極。接通直流電后電解液被電解，在陽極上放出氧，在工件上放出氫。氫圍繞工件形成氣膜，成為一電阻體而產(chǎn)生熱量，將工件表面迅速加熱到淬火溫度，然后斷電,氣膜立即消失,電解液即成為淬冷介質(zhì)，使工件表面迅速冷卻而淬硬。常用的電解液為含 5～18%碳酸鈉的水溶液。電解加熱方法簡單，處理時(shí)間短，加熱時(shí)間僅需5～10秒,生產(chǎn)率高，淬冷畸變小，適于小零件的大批量生產(chǎn)，已用于發(fā)動(dòng)機(jī)排氣閥桿端部的表面淬火。

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用途

激光熱處理

激光在熱處理中的應(yīng)用研究始于70年代初，隨后即由試驗(yàn)室研究階段進(jìn)入生產(chǎn)應(yīng)用階段。當(dāng)經(jīng)過聚焦的高能量密度 (10瓦/厘米)的激光照射金屬表面時(shí)，金屬表面在百分之幾秒甚至千分之幾秒內(nèi)升高到淬火溫度。由于照射點(diǎn)升溫特別快，熱量來不及傳到周圍的金屬，因此在停止激光照射時(shí)，照射點(diǎn)周圍的金屬便起淬冷介質(zhì)的作用而大量吸熱，使照射點(diǎn)迅速冷卻，得到極細(xì)的組織，具有很高的力學(xué)性能。如加熱溫度高至使金屬表面熔化，則冷卻后可以獲得一層光滑的表面，這種操作稱為上光。激光加熱也可用于局部合金化處理，即對工件易磨損或需要耐熱的部位先鍍一層耐磨或耐熱金屬，或者涂覆一層含耐磨或耐熱金屬的涂料，然后用激光照射使其迅速熔化，形成耐磨或耐熱合金層。在需要耐熱的部位先鍍上一層鉻，然后用激光使之迅速熔化，形成硬的抗回火的含鉻耐熱表層，可以大大提高工件的使用壽命和耐熱性。

電子束熱處理

70年代開始研究和應(yīng)用。早期用于薄鋼帶、鋼絲的連續(xù)退火,能量密度最高可達(dá)10瓦/厘米。電子束表面淬火除應(yīng)在真空中進(jìn)行外,其他特點(diǎn)與激光相同。當(dāng)電子束轟擊金屬表面時(shí)，轟擊點(diǎn)被迅速加熱。電子束穿透材料的深度取決于加速電壓和材料密度。例如,150千瓦的電子束在鐵表面上的理論穿透深度大約為0.076毫米；在鋁表面上則可達(dá) 0.16毫米。電子束在很短時(shí)間內(nèi)轟擊表面，表面溫度迅速升高，而基體仍保持冷態(tài)。當(dāng)電子束停止轟擊時(shí)，熱量迅速向冷基體金屬傳導(dǎo)，從而使加熱表面自行淬火。為了有效地進(jìn)行"自冷淬火"，整個(gè)工件的體積和淬火表層的體積之間至少要保持5∶1的比例。表面溫度和淬透深度還與轟擊時(shí)間有關(guān)。電子束熱處理加熱速度快，奧氏體化的時(shí)間僅零點(diǎn)幾秒甚至更短，因而工件表面晶粒很細(xì)，硬度比一般熱處理高，并具有良好的力學(xué)性能。