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表面热处理分类及需要关注的问题

表面淬火热处理

  表面硬化热处理用于在钢制工件上产生坚硬且耐磨的表面层，而铁芯的韧性在很大程度上得以保留。您将在本文中找到有关多种表面热处理过程及其优缺点的更多信息。表面热处理需要关注以下问题的答案：
  • 表面硬化工件有什么特点？
  • 在火焰硬化过程中如何控制硬化层的深度？
  • 与火焰淬火相比，感应淬火有何优势？
  • 为什么激光淬火不需要用水淬火？
  • 表面硬化适用于哪些钢？表面硬化的零件的机械性能是什么？
  • 什么是单淬火，双淬火和直接淬火？
  • 与直接淬火相比，单淬火淬火或双淬火对哪种钢淬火？
  • 氮化与所有其他表面硬化方法有何不同？
  • 氮化的主要目的是什么？

表面热处理介绍

  硬质表面层对于提高接触组件的耐磨性至关重要。在这些情况下，可以将硬化用作可能的热处理。然而，缺点是同时降低了钢的韧性或脆性，这可能导致不可预见的材料失效。因此，仅对工件表面进行硬化处理才有意义，以便组件型芯仍保持其韧性（部分硬化）。这称为表面淬火硬化热处理，简称“表面淬火”，“表面硬化”或者“表面热处理”。
  通过表面硬化，仅表面层会硬化以增加耐磨性，从而使组件芯部保持坚韧！
  齿轮齿面是使用表面硬化处理的典型情况。但是，曲轴或凸轮轴通常也在淬火和回火后进行表面硬化处理。取决于应用，已经开发了不同的表面硬化方法。以下几节将更详细地讨论重要内容。

图：齿轮的硬化表面

表面热处理常用工艺分类

  • 表面感应淬火硬化热处理（Induction hardening）
  • 表面渗碳淬火硬化热处理（Case hardening）
  • 表面渗氮淬火热处理（Nitriding）
  • 表面激光淬火硬化热处理（Laser hardening）
  • 表面火焰淬火硬化热处理（Flame hardening）
  • 单淬火硬化（Single-quench hardening）
  • 双淬火硬化（Double-quench hardening）
  • 直接硬化（Direct hardening）

  其中前4种在量博公司网站的应用与技术栏目中已经详述，这里着重分析后4种表面热处理工艺的特点及应用。

火焰淬火硬化

  通过火焰淬火硬化，使燃烧器火焰在工件表面上通过以使其硬化，然后进行奥氏体化。水嘴直接安装在燃烧器火焰的后面，然后提供必要的冷却以形成马氏体（淬火）。随后的回火对于火焰硬化来说并不常见！通常，这也适用于其他表面硬化过程，因为未硬化的芯部具有足够的韧性。
  硬化表面层的厚度取决于燃烧器火焰在工件表面上移动的速度（称为进给）。速度越慢，热量可以穿透的深度越深并使奥氏体奥氏体化，淬火后硬化的表面层越厚。同时，当然，还需要确保在较深的边缘层中形成马氏体所需的冷却速度！由于合金元素通常会降低临界冷却速率，因此可以使用高合金钢来硬化较深的表面层。
  通过火焰硬化，燃烧器火焰在工件上移动并通过水喷嘴淬火！硬化深度由进给速度控制！
  由于喷嘴的相对庞大的布置，火焰淬火硬化受到限制，特别是对于具有复杂几何形状的小型部件。就精度（调整硬化深度）而言，火焰硬化通常也不如感应硬化和激光硬化。
  原则上，应尽快进行加热，以将不希望有的区域上的热影响区保持在较小。否则，可能会有热应力或部件几何形状变形（淬火硬化变形）的风险。此外，较长的加热时间会导致结垢增加，这通常需要特殊的后处理。但是，在快速加热的情况下，需要注意的是，微观结构中不再存在热力学平衡状态。结果，奥氏体化的转变温度向更高的温度转变！

单淬火硬化

  单淬火淬火是一种特殊情况的淬火工艺。它适用于在渗碳过程中易于形成粗大晶粒的钢，或适用于在硬化之前仍需进行中间加工的零件。在此过程中，钢在渗碳后缓慢冷却。对于实际的硬化过程，然后在单独的过程步骤中再次加热钢。γ-α相变会产生再结晶效应，从而导致渗碳过程中粗晶粒的晶粒细化。
  可以选择硬化温度，以使奥氏体化主要发生在边缘区域（由于渗碳表面，完全奥氏体化所需的温度在那里要比低碳核区低！）这种奥氏体化状态约为750°C然后将其淬火，以在表层中形成所需的马氏体。
  然而，由于较低的表面硬化温度，低碳核没有被完全奥氏体化，因此在淬火之后没有形成完全的马氏体核结构。预计铁芯中会残留铁素体。在这种情况下，硬化温度优选地适合于表面层的期望性能，以便获得期望的表面性能。这就是为什么该过程也被称为表面硬化或从表面硬化温度开始的单淬火硬化的原因。
  原则上，也可以选择硬化温度，以便对铁心进行特殊的奥氏体化。然而，由于较低的碳含量，较高的温度大约为900°C以上。然后该芯部硬化温度用于淬火。然而，由于高温，在芯部硬化期间，预期在表层中形成粗针状微观结构。在这种情况下，温度控制优选地适应于期望的芯部性能，以便获得期望的芯部性能。这就是为什么该过程也称为芯部硬化或从芯部硬化温度开始的单淬火硬化的原因。
  一次淬火硬化会特别影响表面（表面硬化）或核心（核心硬化）的特性！

双淬火硬化

  原则上，芯部和表面硬化的组合也是可能的。渗碳后，首先将工件缓慢冷却，然后再加热至型芯硬化温度，或在渗碳后立即冷却至型芯硬化温度。然后将材料淬火以调节芯部性能。随后，将材料重新加热到表面硬化温度，然后淬火以获得更佳的表面性能。然而，由于温度的持久变化，这种双重淬火硬化中的淬火变形相对较高。
  通过双淬火硬化，首先要调整芯部的所需特性（芯部硬化），然后再调整表面的特性（表面硬化）！
  单淬火和双淬火硬化过程中的再加热使这些过程相对耗费能量和时间，因此很昂贵。但是，优点是通过γ-α转变实现了晶粒细化。而且，对于一开始就不易形成粗大晶粒的钢（例如铬钼钢），在经济上更明智的做法是在从已经加热的状态渗碳后直接淬火。细晶粒钢也适用于这种直接淬火工艺，下一节将对此进行详细说明。
  通常在具有粗大晶粒形成趋势的钢上进行单次和两次淬火硬化，因为在γ-α相变过程中会发生再结晶作用！

直接硬化

  直接硬化是一种特殊的强化情况。在此过程中，钢在渗碳后从已经加热的状态直接淬火。与单淬火和双淬火淬火相比，直接淬火耗时少且能耗大，因此价格便宜，因为不需要再加热。当钢不易形成粗大晶粒时，直接淬火总是合适的，因此无需单淬或双淬。
  取决于表面层或芯部中的温度，淬火期间可以特别影响工件的表面层性质或芯部性质。为此，将部件在渗碳后冷却至芯部硬化温度，或使其达到表面硬化温度。淬火后，再次在低温下进行回火。
  在直接淬火中，加热后的钢直接从渗碳状态淬火！

表面热处理零部件的硬度和有效硬化深度无损检测技术

  3MA（微磁、多参数、微观结构和应力分析）多功能无损测试技术的优势在于可以同时检测诸如硬度，硬度梯度曲线和有效硬化深度之类的不同目标。详见上海量博企业网站—产品中心—3MA系列多功能无损测量系统的相关介绍。

  如果您对表面淬火质量、淬火硬度、有效硬化层深度测量等有技术疑问，上海量博实业有限公司经验丰富的客户服务团队会在工作时间内为您解答有关我们产品，价格，订购和其他信息的问题。