热处理知识培训
一、表面热处理分类
表面热处理的目的：提高零件表面的硬度，强化零件表层，而心部保持原有良好综合机械性能。
1. 表面淬火：感应加热、火焰淬火、电接触加热、电解液淬火、激光淬火、电子束
加热等表面热处理方式；
2. 化学热处理：渗碳、氮化、碳氮共渗、氮碳共渗、渗S、渗Cr、渗Al、渗硼等；
3. 表面涂覆：①气相沉积涂覆TiC（硬度可达Hv3000）
②离子涂
③真空溅射TiN
二、感应加热的基本原理
1. 电磁感应、涡流发热
热能来源由两部分组成：
1）闭合回路在交变的磁场中会产生感应电流
工件中有电阻存在，就会发热，称为涡流发热（Q=0.24I2RT），这是感应加热主要热能来源。
2）钢铁（零件）大部分为铁磁性材料，有很大剩磁，在交变磁场中剩磁和退磁反复不断进行，导致磁滞发热，但当铁磁性钢铁材料加热到770℃以上，将失去磁性，μ=1，此时不再存在磁滞发热，感应加热速度变慢。
居里点——770℃
当感应器一施感导
体中流过交变电流时，
在它周围就要产生同样
频率的交变磁场，感应
器内的工件，可以看作
无数个不同直径的金属
圆环所组成的闭合回路，闭合回路在交变磁场中会产生感应电流，所以工件内将产生与感应器中频率相同而方向相反的感应电流——称为涡流，涡流因工件的电阻而转换成热能（涡流发热）。
2. 交变电流的特性
表面效应——集肤效应 Δ——电流透入深度 I 0——工件表面最大电流密度 e=2.71
770℃以下的电流渗透深度为Δ冷 770℃以上的电流渗透深度为Δ热 3. Δ=5030
ρ
μf
（厘米） ρ=ρ0（1+αt ）
其中：ρ——工件材料电阻率（单位：欧姆·厘米） μ——材料导磁率（单位：高斯/奥斯特） f ——电流频率（单位：赫）
ρ0——20℃时的电阻率 α——系数 t ——温度 对于钢铁材料Δ热>Δ冷 Δ冷=
20
f
（mm ） Δ热=500~600f （mm ）
（f 越小，淬加层就越深） 4. 感应加热分类和加热方法 1）根据频率大小分为四类：
2）加热方法分为：
同时加热：用于较小的工件加热，工件自转但不在感应圈中移动。
连续加热：用于较长、较大的工件加热，工件边自转边在感应圈中移动。
同时加热
5. 高频感应加热
1）高频电流特性
A.
相邻两个导体如果电流方向相同，磁力线集中在外表面。
B. 圆环效应：通过感应圈的高频电流集中在感应圈内表面的现象，这一现象对加热
圆柱形表面有利，对加热内孔及平面不利。
C. 尖角效应：有尖角的地方容易集中磁力线，导致工件夹角容易过热。
解决尖角效应的方法：a）增大感应圈和尖角处的距离；
b）工件的尖角或突出部分要倒角。
2）高频淬火前工作组织对高频淬火温度的影响
A. 退火——粗珠光体
B. 调质——细珠光体（温度可以低一点，对于性能要求高的采用调质）
C. 正火——较粗的珠光体（介于以上两者之间）
3）淬硬层的检查
A. 以前——以测至50%的马氏体深度处至表面的距离作为淬硬层深度（δ）（如
图）。
B. 现在——硬度法：从表面向心部用
1Kgf的力打，有效硬化层深度D S=0.8
×H VMS处。
其中：H VMS——技术要求的最低硬度
4）淬硬层的应力状态
表层——压应力
过渡层——拉应力
产生原因：热应力——热胀冷缩。
调质的过渡区<正火的<退火的
5）淬火层深度及表面硬度的确定
A. 随着淬硬层深度的增加，最大拉应力
区域向工件心部推移，能够减少产生
疲劳裂纹的倾向，但是淬硬层加深，
会使表面残余压应力降低，所以过分增加深度，反而会降低疲劳强度和冲击韧性。合理的淬硬层深度为工件直径的10~20%时，工件具有良好的综合机械性能。
B. 表面硬度的确定：对中碳结构钢（45钢、40Cr）
高耐磨性HRC55~60
耐磨性、较好韧性HRC45~55
机床齿轮HRC40~55
6）淬火区的确定
A. 轴类：
a）轴端应保留2~8mm不淬火，以避免端裂（高频淬火会导致端部有裂纹）；
b）花键轴，淬硬层应超过花键尾部10~15mm，避免拉应力留在花键部位；
c）轴上多处淬硬区，相邻淬硬区应保持足够距离以免拉应力叠加；
d）带凸缘的轴和轴颈工件，淬硬区最好包括凸缘和轴颈根部圆角，如圆角处难以淬
到，则淬硬区应与圆角相隔5~8mm，以免圆角处出现拉应力（如图）。
（阴影处为淬火区）
B. 齿轮：应不使淬硬层在齿根部终止（如图为齿轮齿的淬硬层范围）。
最好一般最差
附加：多抗冲力的概念
冲击韧性a k，a k越大，材料韧性越好。a k值基于一次大能量冲击，对于小能量多次冲击，a k不能全面反映材质的韧性好坏。
多抗冲力是在一定能量（载荷）值下破断的冲击次数或者在一定冲击次数下破断的载荷（能量）。
研究发现：
1. 如果是大能量冲击，冲击次数很少的冲击抗力主要决定于材料的一次冲击值（a k）。
2. 材料对小能量冲击次数很多的冲击抗力则主要决定材料的强度，而不决定于它的
冲击韧性a k。
3. 承受常见的小能量多冲载荷时，主要是要求保证材料的强度，其次也要求有一定
大小的韧性相配合。
4. 在中度过载的冲击能量范围内（小于13Kgcm），各种碳钢，多冲抗力的最佳回火
温度。
例：模缎锤杆，尺寸Φ120×200，材料40Cr
初始：热处理工艺，油淬，650℃回火，HB227~238，a k=13
