钢铁表面淬火工艺优化探究

表面淬火是指在不改变钢的化学成分及芯部组织的情况下，利用快速加热，将表层加热到奥氏体化温度后进行淬火，使表层获得硬而耐磨的马氏体组织，而芯部组织仍然不变的热处理工艺。目前生产中广泛应用的是感应加热表面淬火和火焰加热表面淬火。

资源3-7　钢的表面淬火概述

（1）感应加热表面淬火

1）感应加热表面淬火的原理。如图3-13所示，将工件放入铜管制成的感应器（线圈）中，并通入一定频率的交流电，在感应器周围将产生一个频率相同的交变磁场，于是在工件表面就会产生频率相同、方向相反的感应电流，这个电流在工件内形成的回路称为涡流。涡流在工件内分布是不均匀的，表层电流密度大，芯部电流密度小，这种现象称为“集肤效应”。由于钢本身具有电阻，因而集中于工件表层的涡流将产生电阻热，使工件表层迅速加热到淬火温度，然后立即喷水快速冷却，工件表层即被淬硬，从而达到表面淬火的目的。

感应加热表面淬火后，要进行180～200℃的低温回火，以降低淬火应力，保持高硬度和高耐磨性。

2）感应加热淬火的种类及应用范围。根据所用电流频率的不同，可分为高频感应加热、中频感应加热和工频感应加热三种，见表3-4。

图3-13　感应加热表面淬火的原理

3）感应加热表面淬火的特点。与普通淬火相比，感应加热淬火具有加热速度快、加热温度高、淬火质量好、生产效率高等特点，但感应加热设备较贵，维修调整较困难，形状复杂的零件不易制作感应器，不适于单件生产。

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资源3-8　感应加热表面淬火的工艺路线和案例

表3-4　感应加热淬火的种类及应用范围

感应淬火最适宜的钢种是中碳钢和中碳合金钢，也可用于高碳工具钢、低合金工具钢及铸铁等。一般表面淬火前应对工件进行正火或调质，以保证芯部有良好的力学性能。

（2）火焰加热表面淬火

火焰加热表面淬火是利用氧—乙炔或煤气—氧的混合气体燃烧的火焰，将工件表层快速加热到淬火温度，然后立即喷水快速冷却的热处理工艺，如图3-14所示。火焰加热表面淬火的淬硬层深度一般为2～8 mm。

图3-14　火焰加热表面淬火示意图

资源3-9　火焰加热表面淬火的定义与原理

火焰加热表面淬火具有操作简便、设备简单、成本低等优点，但加热温度不够均匀，淬火质量较难控制，适用于单件、小批生产以及大型零件的表面淬火。