钢材表面热处理的重要性与应用

许多零件，如齿轮、凸轮、曲轴等，不仅要求表面具有高的硬度和耐磨性，还要求心部具有足够的韧性。若要满足这些要求，仅仅依靠选材和采用一般热处理方法是难以实现的，而采用表面热处理工艺则能满足上述要求。表面热处理是仅对工件表层进行热处理，以改善其组织和力学性能的工艺，它包括表面淬火和化学热处理两类。

1.表面淬火

表面淬火是指使工件表面迅速加热到淬火温度，而不等热量传到中心就迅速冷却。表面淬火后，工件的表层获得硬而耐磨的马氏体组织，而心部仍保持原来的韧性较好的组织。为了使淬火工件的表面耐磨，钢中的碳的质量分数应大于0.3%。表面淬火用钢一般是中碳钢或中合金钢。

加热工件的方法主要有感应加热和火焰加热两种。感应加热是利用感应线圈中的交变电磁场，使工件表面产生感应电流，依靠电热效应使表面金属温度迅速升高至淬火温度，然后进行喷水冷却。火焰加热是利用氧-乙炔焰直接加热工件，使其表面迅速升温至淬火温度，然后进行喷水冷却。表面淬火常应用于齿轮、曲轴轴颈、凸轮等零件的表面硬化处理。

2.化学热处理

化学热处理是将工件置于化学介质中加热保温，使工件表面渗入某种元素以改变其化学成分组织和力学性能的热处理工艺。化学热处理包含分解（化学介质在一定温度下分解出活性原子）、吸收（活性原子被工件表面吸收并渗入工件表面）和扩散（渗入的活性原子由表及里的渗透形成扩散层）三个基本过程。最常用的化学热处理方法有渗碳和渗氮两种。(www.xing528.com)

（1）渗碳 渗碳是使介质分解出的活性碳原子渗入工件表层，提高表层组织中的碳的质量分数，经淬火及低温回火使工件表层具有高的硬度和耐磨性，而心部仍保持原来的组织和性能的热处理工艺方法。

渗碳主要用于低碳钢和低碳合金钢，渗碳后工件表层碳的质量分数为0.85%～1.05%，经淬火与低温回火后表面硬度为56～64HRC，而心部仍保持良好的塑性、韧性。按所用的渗碳剂不同，渗碳的方法分为固体渗碳法和气体渗碳法等，目前生产中广泛应用的是气体渗碳法。

（2）渗氮 渗氮是使化学介质分解出的活性氮原子，渗入工件表层形成氮化层的热处理工艺方法。渗氮后的工件表面生成的氮化物，由于结构致密，硬度高，所以能抵抗化学介质的侵蚀，并具有比渗碳更高的表面硬度、耐磨性、热硬性和疲劳强度，不再需要淬火强化。

目前，常用的渗氮方法是气体渗氮，气体渗氮用钢以中碳合金钢为主，使用最广泛的钢为38CrMoAlA。