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表面熱處理分類及需要關(guān)注的問題

表面淬火熱處理

  表面硬化熱處理用于在鋼制工件上產(chǎn)生堅(jiān)硬且耐磨的表面層，而鐵芯的韌性在很大程度上得以保留。您將在本文中找到有關(guān)多種表面熱處理過程及其優(yōu)缺點(diǎn)的更多信息。表面熱處理需要關(guān)注以下問題的答案：
  ? 表面硬化工件有什么特點(diǎn)？
  ? 在火焰硬化過程中如何控制硬化層的深度？
  ? 與火焰淬火相比，感應(yīng)淬火有何優(yōu)勢？
  ? 為什么激光淬火不需要用水淬火？
  ? 表面硬化適用于哪些鋼？表面硬化的零件的機(jī)械性能是什么？
  ? 什么是單淬火，雙淬火和直接淬火？
  ? 與直接淬火相比，單淬火淬火或雙淬火對(duì)哪種鋼淬火？
  ? 氮化與所有其他表面硬化方法有何不同？
  ? 氮化的主要目的是什么？

表面熱處理介紹

  硬質(zhì)表面層對(duì)于提高接觸組件的耐磨性至關(guān)重要。在這些情況下，可以將硬化用作可能的熱處理。然而，缺點(diǎn)是同時(shí)降低了鋼的韌性或脆性，這可能導(dǎo)致不可預(yù)見的材料失效。因此，僅對(duì)工件表面進(jìn)行硬化處理才有意義，以便組件型芯仍保持其韌性（部分硬化）。這稱為表面淬火硬化熱處理，簡稱“表面淬火”，“表面硬化”或者“表面熱處理”。
  通過表面硬化，僅表面層會(huì)硬化以增加耐磨性，從而使組件芯部保持堅(jiān)韌！
  齒輪齒面是使用表面硬化處理的典型情況。但是，曲軸或凸輪軸通常也在淬火和回火后進(jìn)行表面硬化處理。取決于應(yīng)用，已經(jīng)開發(fā)了不同的表面硬化方法。以下幾節(jié)將更詳細(xì)地討論重要內(nèi)容。

圖：齒輪的硬化表面

表面熱處理常用工藝分類

  ? 表面感應(yīng)淬火硬化熱處理（Induction hardening）
  ? 表面滲碳淬火硬化熱處理（Case hardening）
  ? 表面滲氮淬火熱處理（Nitriding）
  ? 表面激光淬火硬化熱處理（Laser hardening）
  ? 表面火焰淬火硬化熱處理（Flame hardening）
  ? 單淬火硬化（Single-quench hardening）
  ? 雙淬火硬化（Double-quench hardening）
  ? 直接硬化（Direct hardening）

  其中前4種在量博公司網(wǎng)站的應(yīng)用與技術(shù)欄目中已經(jīng)詳述，這里著重分析后4種表面熱處理工藝的特點(diǎn)及應(yīng)用。

火焰淬火硬化

  通過火焰淬火硬化，使燃燒器火焰在工件表面上通過以使其硬化，然后進(jìn)行奧氏體化。水嘴直接安裝在燃燒器火焰的后面，然后提供必要的冷卻以形成馬氏體（淬火）。隨后的回火對(duì)于火焰硬化來說并不常見！通常，這也適用于其他表面硬化過程，因?yàn)槲从不男静烤哂凶銐虻捻g性。
  硬化表面層的厚度取決于燃燒器火焰在工件表面上移動(dòng)的速度（稱為進(jìn)給）。速度越慢，熱量可以穿透的深度越深并使奧氏體奧氏體化，淬火后硬化的表面層越厚。同時(shí)，當(dāng)然，還需要確保在較深的邊緣層中形成馬氏體所需的冷卻速度！由于合金元素通常會(huì)降低臨界冷卻速率，因此可以使用高合金鋼來硬化較深的表面層。
  通過火焰硬化，燃燒器火焰在工件上移動(dòng)并通過水噴嘴淬火！硬化深度由進(jìn)給速度控制！
  由于噴嘴的相對(duì)龐大的布置，火焰淬火硬化受到限制，特別是對(duì)于具有復(fù)雜幾何形狀的小型部件。就精度（調(diào)整硬化深度）而言，火焰硬化通常也不如感應(yīng)硬化和激光硬化。
  原則上，應(yīng)盡快進(jìn)行加熱，以將不希望有的區(qū)域上的熱影響區(qū)保持在較小。否則，可能會(huì)有熱應(yīng)力或部件幾何形狀變形（淬火硬化變形）的風(fēng)險(xiǎn)。此外，較長的加熱時(shí)間會(huì)導(dǎo)致結(jié)垢增加，這通常需要特殊的后處理。但是，在快速加熱的情況下，需要注意的是，微觀結(jié)構(gòu)中不再存在熱力學(xué)平衡狀態(tài)。結(jié)果，奧氏體化的轉(zhuǎn)變溫度向更高的溫度轉(zhuǎn)變！

單淬火硬化

  單淬火淬火是一種特殊情況的淬火工藝。它適用于在滲碳過程中易于形成粗大晶粒的鋼，或適用于在硬化之前仍需進(jìn)行中間加工的零件。在此過程中，鋼在滲碳后緩慢冷卻。對(duì)于實(shí)際的硬化過程，然后在單獨(dú)的過程步驟中再次加熱鋼。γ-α相變會(huì)產(chǎn)生再結(jié)晶效應(yīng)，從而導(dǎo)致滲碳過程中粗晶粒的晶粒細(xì)化。
  可以選擇硬化溫度，以使奧氏體化主要發(fā)生在邊緣區(qū)域（由于滲碳表面，完全奧氏體化所需的溫度在那里要比低碳核區(qū)低?。┻@種奧氏體化狀態(tài)約為750°C然后將其淬火，以在表層中形成所需的馬氏體。
  然而，由于較低的表面硬化溫度，低碳核沒有被完全奧氏體化，因此在淬火之后沒有形成完全的馬氏體核結(jié)構(gòu)。預(yù)計(jì)鐵芯中會(huì)殘留鐵素體。在這種情況下，硬化溫度優(yōu)選地適合于表面層的期望性能，以便獲得期望的表面性能。這就是為什么該過程也被稱為表面硬化或從表面硬化溫度開始的單淬火硬化的原因。
  原則上，也可以選擇硬化溫度，以便對(duì)鐵心進(jìn)行特殊的奧氏體化。然而，由于較低的碳含量，較高的溫度大約為900°C以上。然后該芯部硬化溫度用于淬火。然而，由于高溫，在芯部硬化期間，預(yù)期在表層中形成粗針狀微觀結(jié)構(gòu)。在這種情況下，溫度控制優(yōu)選地適應(yīng)于期望的芯部性能，以便獲得期望的芯部性能。這就是為什么該過程也稱為芯部硬化或從芯部硬化溫度開始的單淬火硬化的原因。
  一次淬火硬化會(huì)特別影響表面（表面硬化）或核心（核心硬化）的特性！

雙淬火硬化

  原則上，芯部和表面硬化的組合也是可能的。滲碳后，首先將工件緩慢冷卻，然后再加熱至型芯硬化溫度，或在滲碳后立即冷卻至型芯硬化溫度。然后將材料淬火以調(diào)節(jié)芯部性能。隨后，將材料重新加熱到表面硬化溫度，然后淬火以獲得更佳的表面性能。然而，由于溫度的持久變化，這種雙重淬火硬化中的淬火變形相對(duì)較高。
  通過雙淬火硬化，首先要調(diào)整芯部的所需特性（芯部硬化），然后再調(diào)整表面的特性（表面硬化）！
  單淬火和雙淬火硬化過程中的再加熱使這些過程相對(duì)耗費(fèi)能量和時(shí)間，因此很昂貴。但是，優(yōu)點(diǎn)是通過γ-α轉(zhuǎn)變實(shí)現(xiàn)了晶粒細(xì)化。而且，對(duì)于一開始就不易形成粗大晶粒的鋼（例如鉻鉬鋼），在經(jīng)濟(jì)上更明智的做法是在從已經(jīng)加熱的狀態(tài)滲碳后直接淬火。細(xì)晶粒鋼也適用于這種直接淬火工藝，下一節(jié)將對(duì)此進(jìn)行詳細(xì)說明。
  通常在具有粗大晶粒形成趨勢的鋼上進(jìn)行單次和兩次淬火硬化，因?yàn)樵讦?α相變過程中會(huì)發(fā)生再結(jié)晶作用！

直接硬化

  直接硬化是一種特殊的強(qiáng)化情況。在此過程中，鋼在滲碳后從已經(jīng)加熱的狀態(tài)直接淬火。與單淬火和雙淬火淬火相比，直接淬火耗時(shí)少且能耗大，因此價(jià)格便宜，因?yàn)椴恍枰偌訜?。?dāng)鋼不易形成粗大晶粒時(shí)，直接淬火總是合適的，因此無需單淬或雙淬。
  取決于表面層或芯部中的溫度，淬火期間可以特別影響工件的表面層性質(zhì)或芯部性質(zhì)。為此，將部件在滲碳后冷卻至芯部硬化溫度，或使其達(dá)到表面硬化溫度。淬火后，再次在低溫下進(jìn)行回火。
  在直接淬火中，加熱后的鋼直接從滲碳狀態(tài)淬火！

表面熱處理零部件的硬度和有效硬化深度無損檢測技術(shù)

  3MA（微磁、多參數(shù)、微觀結(jié)構(gòu)和應(yīng)力分析）多功能無損測試技術(shù)的優(yōu)勢在于可以同時(shí)檢測諸如硬度，硬度梯度曲線和有效硬化深度之類的不同目標(biāo)。詳見上海量博企業(yè)網(wǎng)站—產(chǎn)品中心—3MA系列多功能無損測量系統(tǒng)的相關(guān)介紹。

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