1、4 外表淬火和外表形變強化技術.教學目的和要求 掌握外表淬火和外表形變強化技術的主要種類，工藝、組織和性能特點。 重點：感應加熱淬火、激光淬火、噴丸強化技術 .前言： 外表淬火和外表形變強化技術是不需求外加其它資料，主要依托資料本身組織與構造轉(zhuǎn)變來進展外表改性的外表工程技術。工藝簡單、效果顯著、運用廣泛。.4.1 外表淬火技術的原理與特點 一、外表淬火技術的原理與分類定義：用特定熱源將鋼鐵資料外表快速加熱到Ac3(對亞共析鋼)或者Ac1(對過共析鋼)之上(奧氏體化)，然后使其快速冷卻并發(fā)生馬氏體相變，構成外表強化層的工藝過程。(Fe-Fe3C相圖)種類：感應加熱淬火、火焰淬火、激光淬火、電子束

2、淬火等。適用對象：中碳鋼、球墨鑄鐵C含量：0.351.20wt%.Fe-Fe3C相圖.二、外表淬火技術與常規(guī)淬火技術的區(qū)別 高加熱速度、高冷卻速度晶粒細化、硬度提高 顯微硬度微觀分布不均勻 需預先熱處置.三、外表淬火層的組織與性能組織： 淬硬區(qū)、過渡區(qū)、心部組織(基材) ( M、M+F/M+P、P/P+F)過渡區(qū)的寬窄對鋼的剩余應力分布有重要影響。過渡區(qū)的寬窄主要決議于溫度梯度。提高加熱速度，可增大溫度梯度，顯著減少過渡區(qū)寬度。外表淬火組織及其分布與鋼的成分、淬火工藝及其參數(shù)、工件尺寸等要素有關。性能： 高硬度、壓應力.4.2 感應加熱淬火技術一、感應加熱淬火技術的根本原理 感應加熱淬火技術是

3、運用最廣泛的外表淬火技術。根本過程(定義)： 工件在感應線圈中，在高頻交流磁場的作用下，產(chǎn)生很大的感應電流，并因集膚效應而集中分布于工件外表，使受熱區(qū)迅速加熱到鋼的相變臨界溫度Ac3或Acm之上(奧氏體化) ，然后在冷卻介質(zhì)中快速冷卻，使工件表層獲得馬氏體。.根本原理： 外表吸收功率P： (單匝線圈、高度為1cm的圓柱形工件) 工件外表不易過熱 電流導入深度淬硬層深度與頻率的關系： 工頻 10-15mm 中頻 2-5mm 高頻 0.2-2mm深度添加頻率降低.特點： (優(yōu)點)加熱迅速、熱效率高、過渡區(qū)較窄、淬火層壓應力大； 可大幅度提高資料外表硬度、耐磨性和疲勞強度。 (缺陷)設備本錢較高；

4、尖角效應； 普通只適宜外形簡單的零件。改良： 高頻感應沖擊淬火加熱方式： 延續(xù)加熱(圖4-2) 同時加熱.三、感應加熱淬火工藝流程回火溫度較低自回火.4.3 火焰加熱外表淬火技術 火焰加熱外表淬火技術是運用歷史最長的外表淬火技術之一。.定義： 將高溫火焰或熄滅著的熾熱氣體噴向工件外表，使其迅速加熱到淬火溫度，然后在一定淬火介質(zhì)中冷卻。特點： (優(yōu)點)設備費用低，方法靈敏，簡便易行，可對大型零件部分實現(xiàn)外表淬火。 (缺陷)消費效率低，淬硬層的均勻性較差，質(zhì)量控制比較困難。組織特征： 過渡區(qū)較寬。.4.4 激光淬火與電子束淬火技術一、激光淬火技術的原理與運用定義：(激光相變硬化) 是利用聚焦后的激

5、光束照射到鋼鐵資料外表，使其溫度迅速升高到相變點以上，當激光移開后，由于仍處于低溫的內(nèi)層資料的快速導熱作用，使表層快速冷卻到馬氏體相變點以下，獲得淬硬層。 (自激冷淬火、自淬火).組織與性能特征： 淬硬區(qū)、過渡區(qū)、心部組織(基材) 單道硬化區(qū)域小 硬度大幅度提高、硬度分布不均勻淬硬區(qū)過渡區(qū)基材.影響淬硬層性能的主要要素： (1)資料成分 淬硬性和淬透性 (2)激光工藝參數(shù) 激光功率、光斑直徑、掃描速度 淬火層寬度：光斑直徑D 淬硬層深度H： HP/(Dv) P/(Dv)_比能量J/cm2 (3)外表預處置形狀 外表組織預備：較細的外表組織 (淬火態(tài)最優(yōu)，細片狀珠光體、回火馬氏體或奧氏體次之，球

6、狀珠光體較差。) 外表“黑化處置：磷化法、氧化法、噴刷涂料法 圖片P激光功率，v掃描速度.特點： (1)優(yōu)點 淬火硬度高，能量密度高，加熱速度快，不需求淬火介質(zhì)，工件變形小，加熱層深度和加熱軌跡易于控制(淬火部位可控)，無氧化、無污染，易于實現(xiàn)自動化。 (2)缺陷 硬度分布不均勻，單道激光淬火區(qū)域小，大面積淬火時容易產(chǎn)生回火軟帶。設備本錢高、消費本錢較高能量轉(zhuǎn)換效率低。淬硬區(qū).二、激光外表熔凝技術原理定義： 采用激光束將基材外表加熱到熔化溫度以上，當激光束移開后由于基材內(nèi)部導熱冷卻而使熔化層外表快速冷卻并凝固結晶的外表處置工藝。 (液相淬火法)關鍵： 使資料外表閱歷了一個快速熔化一凝固過程組織

7、： 熔凝層(鑄態(tài)組織) 相變硬化層 熱影響區(qū) 基材.性能特點(與激光淬火層相比 )： 總硬化層深度更深，硬度更高、耐磨性更好缺陷： 外表粗糙度較大，后續(xù)加工量大且加工難度高。 激光熔凝處置特別適宜于灰口鑄鐵和球墨鑄鐵的外表強化。.對于一些特定成分的資料來說，激光熔凝處置可以得到非晶態(tài)層，使基材外表的耐磨性、耐蝕性大幅度提高。 (激光上釉) 激光熔凝技術還可以用來細化金屬資料的外表組織。.三、激光沖擊淬火技術定義： 采用功率密度極高的激光束(107W/cm2以上)在極短時間內(nèi)(低于1ms)作用于金屬外表，使金屬外表發(fā)生部分猛烈蒸發(fā)，產(chǎn)生高達105atm的壓力，該壓力使金屬外表發(fā)生劇烈的塑性變形，

8、構成高密度的位錯、孿晶，使資料外表強度與硬度顯著提高。特點： (優(yōu)點)適宜那些無法經(jīng)過相變硬化進展外表強化的資料等。 (缺陷)所需求的能量密度過高，加工本錢太高。.四、激光淬火技術的工業(yè)運用主要運用于部分外表強化。.五、電子束淬火技術定義： 采用高能量密度電子束對資料外表進展相變硬化的熱處置工藝。 (其淬火原理與激光淬火的類似)特點： 工件對電子束的吸收率高 淬硬層深度更高，無氧化、無污染 必需在真空環(huán)境下進展電子束淬火技術逐漸被激光淬火技術所取代，工業(yè)運用較少。.電子束與激光束的特點比較：.4.5 電阻加熱外表淬火技術定義： 在工件中通以低壓大電流，利用工件外表或緊靠工件外表的周圍介質(zhì)中構成

9、高電阻而產(chǎn)生的熱效應將工件外表快速加熱到相變溫度以上并淬火的工藝方法。種類： 電接觸加熱法：工業(yè)電經(jīng)變壓器降壓后加在滾輪電極紫銅兩端，電流經(jīng)過壓緊在工件外表的滾輪與工件構成回路，實現(xiàn)快速加熱，滾輪移去后即實現(xiàn)自激冷淬火。 電解液加熱法：將工件放入含有電解質(zhì)的電解槽中，在槽與工件之間通上直流電，電解液電離后在陽極上析出氧氣，在工件(陰極)上析出氫氣，包圍住工件的氫氣膜電阻很高，當電流密度足夠高時，將使外表溫度急劇升高到相變溫度以上，斷電后就在電解液中實現(xiàn)自行淬火。均為自淬火.特點： (優(yōu)點)工藝簡單，設備費用低，工件變形小。 (缺陷)淬硬層薄，對外形復雜電阻接觸加熱法、尺寸很大電解液加熱法的工件

10、不適用。電解液加熱外表淬火原理圖電接觸加熱外表淬火原理圖.4.6 幾種典型外表淬火工藝的特點比較感應加熱淬火不斷是運用最為廣泛的外表淬火工藝。激光淬火運用越來越多。.4.7 外表形變強化技術一、受控噴丸強化技術1受控噴丸技術原理受控噴丸技術定義： 利用高速放射的細小彈丸在室溫下撞擊受噴工件的外表，使表層資料在再結晶溫度之下產(chǎn)生彈、塑性變形，并呈現(xiàn)較大的剩余壓應力，從而提高工件外表強度、疲勞強度和抗應力腐蝕才干的外表工程技術。 (噴丸強化技術)根本原理： 工件外表吸收高速運動彈丸的動能后產(chǎn)生塑性流變和加工硬化位錯與孿晶，同時使工件外表保管剩余壓應力。.工藝(設備)種類： 葉輪式拋丸式 緊縮空氣式

11、(干噴式和濕噴式) 彈丸種類： 鑄鐵丸、鑄鋼丸、不銹鋼丸、鋼絲切割丸、玻璃丸和陶瓷丸等。曲軸噴丸強化機曲軸噴丸強化機曲 軸 噴 丸 強 化 機拋 丸 處 理.噴砂與噴丸：目的：處置后的外表形貌：形變層深：噴料動能來源：噴料種類及尺寸：自動化程度：.2受控噴丸對資料外表形貌 與性能的影響 (1)對資料外表硬度的影響 外表硬度可大幅度提高。 (2)對外表粗糙度的影響 外表粗糙度對其疲勞壽命影響很大，降低外表粗糙度可以添加零件的疲勞強度。 受控噴丸以后的外表痕跡沒有方向性，有利于添加零件的疲勞強度。 (3)對疲勞壽命與抗應力腐蝕才干的影響 可大幅度提高疲勞壽命和抗應力腐蝕才干。.3受控噴丸技術的典型運用 主要運用于那些需求改善疲勞強度和抗應力腐蝕才干零件上。 .航空發(fā)動機葉片轂噴丸強化.二、外表滾壓技術定義： 在一定的壓力下用輥輪、滾球或者輥軸對被加工零件外表進展?jié)L壓或擠壓，使其發(fā)生塑性變形，構成強化層的工藝過程。可降低外表粗糙度光整.根本原理： 由于塑性變形產(chǎn)生加工硬化，并產(chǎn)生很大的剩余壓應力。 (與噴丸強