表格模板-11材料科学与工程专业金属热处理原理及工艺课件第十一章 表面 精品.ppt
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1、第十一章第十一章 表面热处理表面热处理一、表面淬火一、表面淬火二、二、少无氧化热处理少无氧化热处理三、离子注入三、离子注入四、电子束处理四、电子束处理一、表面淬火一、表面淬火什么是表面淬火什么是表面淬火表面淬火有何特点表面淬火有何特点表面淬火主要解决哪些问题表面淬火主要解决哪些问题表面淬火的发展表面淬火的发展表面心部不同性能要求,高效率生产表面心部不同性能要求,高效率生产不改变表面化学成分,只改变表面组织不改变表面化学成分,只改变表面组织 要点:要点:用快速加热法,使零件表面层很快地达到淬火温用快速加热法,使零件表面层很快地达到淬火温 度(度(A A化),在热量传至内部之前,立即冷却使表化),
2、在热量传至内部之前,立即冷却使表 面层淬硬。面层淬硬。 材料材料:中碳钢及中碳合金钢,如中碳钢及中碳合金钢,如4040、4545、40Cr40Cr。 感应加热感应加热 分类(分类(加热方法)加热方法) 激光加热激光加热火焰加热火焰加热一、表面淬火一、表面淬火(一)感应加热表面淬火(一)感应加热表面淬火1 1、感应加热原理、感应加热原理* * 感应电流感应电流 - - 涡流涡流* * 集肤效应集肤效应* 电流透入深度电流透入深度()与电流频率与电流频率( f )的关系的关系:利用电磁感应原理利用电磁感应原理集肤效应示意图集肤效应示意图感应加热表面淬火示意图感应加热表面淬火示意图零件处于交变磁场(
3、感应线圈产生)中产零件处于交变磁场(感应线圈产生)中产生感应电流(涡流),从而产生热量(零生感应电流(涡流),从而产生热量(零件阻抗通电流产生的热量)使零件被加热,件阻抗通电流产生的热量)使零件被加热,随后冷却淬火。随后冷却淬火。一、表面淬火一、表面淬火f50300f50300工件电阻率工件电阻率工件的相对导磁率工件的相对导磁率f电流频率电流频率可见:可见:1)f愈高,愈高, 越小,淬硬层深度越浅。越小,淬硬层深度越浅。2) 愈大,愈大, 愈小,愈小,越大。越大。2、分类(按电源频率)、分类(按电源频率)工频:工频:50Hz,功率密度,功率密度0.1100W/cm2;中频:中频:10kHz,功
4、率密度,功率密度 5 W/cm2;高频、超高频高频、超高频:20 1000kHz,功率密度,功率密度2 10 W/cm2;一般地一般地:淬火硬化层厚度随感应加热器频率:淬火硬化层厚度随感应加热器频率 而而 ; 但感应电流随感应加热器频率但感应电流随感应加热器频率 而而 ,即表面加热热效率高,即表面加热热效率高(易过热)。(易过热)。 应根据工件尺寸和要求的淬硬层深度选择合理的电流频率。应根据工件尺寸和要求的淬硬层深度选择合理的电流频率。 = 1015mm 2mm = 0.52mm3、高频感应加热表面淬火后的组织和性能、高频感应加热表面淬火后的组织和性能快速加热时钢的相变特点快速加热时钢的相变特
5、点 1)临界温度升高,转变在较宽的温度范围内完成)临界温度升高,转变在较宽的温度范围内完成 2)奥氏体晶粒较细)奥氏体晶粒较细 3)奥氏体成分不均匀)奥氏体成分不均匀高频感应淬火后的组织高频感应淬火后的组织 M M+F 原始组织原始组织高频感应淬火后的性能高频感应淬火后的性能 硬度比普通淬火高硬度比普通淬火高23HRC 疲劳强度提高疲劳强度提高 强度提高强度提高 4 4、感应加热淬火主要工艺因素、感应加热淬火主要工艺因素 预处理:预处理: 表面淬火前,须对零件进行正火或调质处理,以保证表面淬火前,须对零件进行正火或调质处理,以保证零件心部具有良好的综合性能。零件心部具有良好的综合性能。硬化层深
6、度的确定:硬化层深度的确定:抗磨损:抗磨损:1 16.5mm6.5mm抗疲劳:抗疲劳:2 212mm12mm感应加热淬火温度感应加热淬火温度 由于感应加热速度快,但组织转变又具有热滞后,为使组织由于感应加热速度快,但组织转变又具有热滞后,为使组织转变充分,所以感应加热温度应比常规加热温度提高转变充分,所以感应加热温度应比常规加热温度提高3050。加热比功率(单位面积加热功率加热比功率(单位面积加热功率W/cm2 ) 比功率大,加热熔化充分、相对晶粒较大。因此:比功率大,加热熔化充分、相对晶粒较大。因此:大加热比功率:原始组织较细、硬化层较深、移动式连续加热;大加热比功率:原始组织较细、硬化层较
7、深、移动式连续加热; 小加热比功率:原始组织较粗、零件形状复杂、同时加热。小加热比功率:原始组织较粗、零件形状复杂、同时加热。感应器(感应线圈)感应器(感应线圈) 感应器一般为中空、内通冷却介质的纯铜管制造而成。感应器一般为中空、内通冷却介质的纯铜管制造而成。(加热方式、感应器形状、应用状况等(加热方式、感应器形状、应用状况等P133P133图图4 48 8) 后处理:后处理: 表面淬火后,一般要对零件进行低温(表面淬火后,一般要对零件进行低温(160200 )回)回火处理,以降低淬火应力和脆性。火处理,以降低淬火应力和脆性。 冷却:冷却: 水,油,有机溶液水,油,有机溶液 喷射冷却,浸淬喷射
8、冷却,浸淬5 5、工艺特点、工艺特点加热速度快,热效率高达加热速度快,热效率高达60%60%以上,生产率高;以上,生产率高;产品质量高,工件变形小,不易氧化及脱碳;产品质量高,工件变形小,不易氧化及脱碳;易实现批量产品的机械化和自动化,清洁无污染。易实现批量产品的机械化和自动化,清洁无污染。设备投资大设备投资大, ,不适于复杂形状零件和小批量生产。不适于复杂形状零件和小批量生产。6、感应加热淬火举例、感应加热淬火举例 45钢曲轴的热处理工艺。钢曲轴的热处理工艺。调质处理:淬火加高温回火调质处理:淬火加高温回火 淬火加热温度淬火加热温度810 830,回火加热温度,回火加热温度560, 获得回火
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