钢材表面热处理技术详解

某些在冲击载荷、交变载荷及摩擦条件下工作的零件，如活塞销、曲轴、齿轮等，其性能要求是表面具有高强度、高硬度和耐磨性，而芯部要有足够的塑性和韧性。为了满足上述性能要求，生产中常采用表面淬火和化学热处理的方法。

一、钢的表面淬火

表面淬火是不改变工件的化学成分，仅对工件表层进行淬火的热处理工艺。主要方法有火焰加热表面淬火和感应加热表面淬火。

1.火焰加热表面淬火

火焰加热表面淬火是应用氧－乙炔（或其他可燃气体）火焰对零件表面进行快速加热，随之快速冷却的工艺。火焰淬火的淬硬层深度一般为2～6mm。该方法加热温度及淬硬层深度不易控制，质量不稳定，适于单件或小批量生产。

2.感应加热表面淬火

（1）感应加热表面淬火的工艺：把工件放入空心铜管绕成的感应圈内，感应圈中通入一定频率的交流电，以产生交变磁场，于是工件内部就会产生频率相同、方向相反的感应电流（涡流）。由于涡流的集肤效应，工件表面电流密度大，芯部电流密度小，工件表层迅速加热到淬火温度，随即喷水冷却，使工件表层淬硬。

（2）感应加热表面淬火的分类。

根据选用电流频率的不同，感应加热表面淬火常有以下几种：

①高频感应加热表面淬火。常用频率为200～300kHz，淬硬层深度一般为1～2mm，主要用于中小模数齿轮、小型轴等的表面淬火。

②中频感应加热表面淬火。常用频率为2500～8000Hz，淬硬层深度一般为2～10mm，主要用于要求淬硬层较深的零件，如较大直径的轴类和较大模数的齿轮的表面淬火。(www.xing528.com)

③工频感应加热表面淬火。所用频率50Hz为工业用电频率，其淬硬层深度一般为10～20mm，主要用于要求淬硬层深的大直径零件，如轧辊的表面淬火等。

（3）感应加热表面淬火的特点。

由于感应加热表面淬火加热速度快、时间短，因此与普通淬火相比有以下特点：硬度较高而脆性较低，疲劳强度高，耐磨性好，生产率高，适合于大批量生产，淬硬层深度可精确控制，容易实现自动化，但感应淬火加热设备费用高。

二、化学热处理

钢的化学热处理是将工件置于一定的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入工件表层，以改变其化学成分，从而使工件获得所需组织和性能的热处理工艺。化学热处理有渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗金属等。

1.钢的渗碳

将工件置于渗碳介质中加热并保温，使碳原子渗入工件表层的化学热处理工艺称为渗碳。其目的是提高工件表层的含碳量。经淬火、低温回火，使零件表面获得高硬度和耐磨性，而芯部仍保持一定强度及较高的塑性和韧性，常用于汽车齿轮、活塞销、套筒等零件。一般低碳钢经渗碳淬火后表层硬度可达60～64HRC，芯部为30～40HRC，渗碳层深度一般为0.5～2.5mm，表面含碳量一般为0.85%～1.05%。

2.钢的渗氮

在一定温度下，使活性氮原子渗入工件表面的化学热处理工艺称为渗氮。其目的是提高零件表面的硬度、耐磨性、耐蚀性及疲劳强度。渗氮层的深度一般为0.30～0.50mm，其特点是工件渗氮后不需淬火，渗氮层具有很高的硬度、耐磨性和热硬性；渗氮温度低（一般约570℃），工件变形小；渗氮零件具有很好的耐蚀性；渗氮层薄而脆，不宜承受集中的重载荷。渗氮主要用来处理重要和复杂的精密零件，如精密丝杠、排气阀、镗床机床的主轴等。