表面淬火和变形强化课件

第四章第四章 表面淬火和变形强化表面淬火和变形强化1.表面淬火技术的原理和特点表面淬火技术的原理和特点2.感应加热表面淬火感应加热表面淬火3.火焰加热表面淬火火焰加热表面淬火4.激光加热表面淬火激光加热表面淬火 1精选PPT1.表面淬火技术的原理表面淬火技术的原理将将钢钢表表面面快快速速加加热热到到Ac3（亚亚共共析析钢钢）或或Ac1（过过共共析析钢钢）以以上上，然然后后使使之之迅迅速速冷冷却却并并转变为马氏体转变为马氏体。将将钢钢整整体体加加热热到到Ac3（亚亚共共析析钢钢）或或Ac1（过过共共析析钢钢）以以上上，然然后后使使其其表表面面迅迅速速冷冷却却并并转变为马氏体转变为马氏体。第四章第四章 表面淬火表面淬火2精选PPT2.表面淬火技术的加热方式表面淬火技术的加热方式感应加热：中频感应加热、高频感应加热感应加热：中频感应加热、高频感应加热火焰加热火焰加热激光加热激光加热离子束加热离子束加热电子束加热电子束加热第四章第四章 表面淬火表面淬火3精选PPT3.表面淬火对材料的要求表面淬火对材料的要求凡凡是是能能进进行行整整体体淬淬火火强强化化的的材材料料都都可可以以进进行表面淬火。行表面淬火。低低碳碳钢钢或或低低合合金金钢钢需需进进行行表表面面渗渗碳碳或或合合金金化（齿轮渗碳）。化（齿轮渗碳）。表表面面硬硬度度要要求求越越高高，要要求求钢钢碳碳含含量量和和合合金金含含量量越越高高；表表面面硬硬化化层层越越深深，要要求求钢钢淬淬透透性越好。性越好。第四章第四章 表面淬火表面淬火4精选PPT4.与常规淬火技术的区别与常规淬火技术的区别在一定加热速度范围内，在一定加热速度范围内，V加热加热，T临界临界V加热加热，奥氏体成分的不均匀性，奥氏体成分的不均匀性 a.C 成分不均匀成分不均匀,从相图上看与从相图上看与F,K 相邻的浓度相相邻的浓度相 差很大差很大,C 来不及扩散。来不及扩散。b.合金元素不均匀合金元素不均匀 预先热处理（调质、正火、球化退火）预先热处理（调质、正火、球化退火）表面表面淬火淬火V加热加热，奥氏体晶粒细化显著，奥氏体晶粒细化显著 a.过热度大过热度大,相变趋动力增大相变趋动力增大,晶粒形成位置增多晶粒形成位置增多,A在在F 和和K相界上形成，相界上形成，A在在F 亚晶界上形成。亚晶界上形成。b.加热时间短加热时间短,如果加热速度如果加热速度10 7 度度/S,形成时间形成时间10-5S,在如此短时间内奥氏体晶粒来不及长大。在如此短时间内奥氏体晶粒来不及长大。V冷却冷却，表面硬度高，表面硬度高第四章第四章 表面淬火表面淬火5精选PPT5.表面淬火层组织表面淬火层组织全马氏体区全马氏体区 (全淬硬层全淬硬层)马氏体马氏体+铁素体区铁素体区 (过渡层过渡层)硬硬化化层层深深度度由由硬硬度度法法和和金金相相法法评评定定(半半马马氏氏体体区区硬硬度度:国家标准国家标准)图图4-1第四章第四章 表面淬火表面淬火6精选PPT6.表面淬火技术的特点表面淬火技术的特点生产效率高，能耗小。生产效率高，能耗小。加加热热快快，冷冷却却快快：组组织织细细，硬硬度度高高；组组织织均匀性差（渗碳体来不及溶解和扩散）。均匀性差（渗碳体来不及溶解和扩散）。表表面面组组织织细细，硬硬度度高高，中中部部硬硬度度低低，韧韧性性好。好。第四章第四章 表面淬火表面淬火7精选PPT1.1.感应感应加热淬火加热淬火原理原理将将工工件件紧紧靠靠在在有有足足够够功功率率输输出出的的感感应应圈圈附附近近,感感应应圈圈通通电电，在在高高频频(中中频频)交交流流磁磁场场的的作作用用下下（如如果果工工件件与与线线圈圈的的间间隙隙非非常常小小）由由于于集集肤肤效效应应,在在工工件件表表面面产产生生很很大大的的涡涡流，大小与线圈电流相等，方向相反。流，大小与线圈电流相等，方向相反。涡涡流流产产生生热热量量，将将工工件件表表面面加加热热迅迅速速加加热热到到淬淬火火温温度度，并并用用冷冷却却介介质质快快速速冷冷却却，达达到对工件表面淬火的目的。到对工件表面淬火的目的。第四章第四章 表面淬火表面淬火4.2 4.2 感应加热表面淬火技术感应加热表面淬火技术8精选PPT1.1.感应感应加热加热原理原理对于圆柱型工件，表面吸收的功率对于圆柱型工件，表面吸收的功率P P为：为：P=1.2510P=1.2510-3-3R R0 0I I2 2(f)(f)1/21/2 式式中中：R R0 0为为工工件件半半径径（mmmm），I I为为感感应应器器通通入入电电流流（A A），为为工工件件材材料料电电阻阻（.m.m），为为导导磁磁率率（H/mH/m），f f为为电电流流频率（频率（HzHz）。）。功率功率P P的大小决定了加热速度。的大小决定了加热速度。加加热热到到奥奥氏氏体体时时，迅迅速速下下降降，即即吸吸收收功率功率P P迅速下降迅速下降 表面不容易过热。表面不容易过热。第四章第四章 表面淬火表面淬火9精选PPT中频淬火中频淬火加热线圈冷水圈第四章第四章 表面淬火表面淬火10精选PPT电流导入深度：电流导入深度：=5.03104（/f）1/2（mm）式中：式中：为工件材料电阻（为工件材料电阻（.m.m），），为导磁率（为导磁率（H/mH/m），），f f为电流频率（为电流频率（HzHz）。）。电流导入深度与电流导入深度与电流频率成反比，也就电流频率成反比，也就是淬火深度与电流频率成反比。是淬火深度与电流频率成反比。第四章第四章 表面淬火表面淬火11精选PPT工艺流程工艺流程 预先调质处理预先调质处理确定加热温度与加热方确定加热温度与加热方式式选择比功率选择比功率设计感应加热器设计感应加热器确确定冷却方式定冷却方式制定回火参数制定回火参数加热方式：同时加热、连续加热加热方式：同时加热、连续加热（图（图4-5）第四章第四章 表面淬火表面淬火12精选PPT高频高频200300KHz，淬火深度，淬火深度0.52mm中频中频25008000Hz，淬火深度，淬火深度25mm工频工频50Hz，淬火深度，淬火深度1015mm双频加热，提高淬火深度（双频加热，提高淬火深度（3050mm）。）。第四章第四章 表面淬火表面淬火分类分类13精选PPT感应加热淬火技术特点感应加热淬火技术特点效率高效率高变形小变形小深度可控深度可控需要制作特定的线圈需要制作特定的线圈电源功率大电源功率大“尖角尖角”效应效应第四章第四章 表面淬火表面淬火14精选PPT感应加热淬火技术应用感应加热淬火技术应用高频淬火：轴类零件，磨损量小，但精高频淬火：轴类零件，磨损量小，但精度要求高的零件度要求高的零件中频淬火：齿轮、活塞环槽，有明显磨中频淬火：齿轮、活塞环槽，有明显磨损量，精度要求较高的零件损量，精度要求较高的零件工频或双频：轧辊，磨损量大工频或双频：轧辊，磨损量大表面淬火在粗加工或半精加工后进行，表面淬火在粗加工或半精加工后进行，最后只留磨量。最后只留磨量。第四章第四章 表面淬火表面淬火15精选PPT齿轮齿轮活塞活塞柱塞杆柱塞杆轴轴第四章第四章 表面淬火表面淬火16精选PPT火焰淬火（火焰淬火（flame quenchingflame quenching）原理：）原理：用火焰快速将工件表面加热到淬火温度，用火焰快速将工件表面加热到淬火温度，并快速冷却，使工件表面得到淬火组织。并快速冷却，使工件表面得到淬火组织。控制参数：火焰大小、火焰与工件的相控制参数：火焰大小、火焰与工件的相对距离和相对移动速度对距离和相对移动速度淬火深度：钢淬透性、加热深度和冷却淬火深度：钢淬透性、加热深度和冷却条件等条件等第四章第四章 表面淬火表面淬火4.3 4.3 火焰加热表面淬火技术火焰加热表面淬火技术17精选PPT4.3 4.3 火焰加热表面淬火技术火焰加热表面淬火技术第四章第四章 表面淬火表面淬火18精选PPT优点：优点：设备简单设备简单操作灵活操作灵活操作简单操作简单适用于各种形状的适用于各种形状的小批量零件或大型小批量零件或大型零件的局部淬火零件的局部淬火4.3 4.3 火焰加热表面淬火技术火焰加热表面淬火技术缺点：缺点：生产效率低生产效率低难以控制，需要丰难以控制，需要丰富的经验。富的经验。淬火层的均匀性差淬火层的均匀性差变形大变形大第四章第四章 表面淬火表面淬火19精选PPT适用于各种形状的小批量零件或大型零适用于各种形状的小批量零件或大型零件的局部淬火件的局部淬火导槽、模具、凸轮轴（凸台）导槽、模具、凸轮轴（凸台）4.3 4.3 火焰加热表面淬火技术火焰加热表面淬火技术20精选PPT4.4 4.4 激光加热淬火技术激光加热淬火技术激光加热原理激光加热原理:用用激激光光束束加加热热材材料料表表面面，使使之之迅迅速速生生高高到到相变温度以上。相变温度以上。PRC-2000型型CO2工业激光器工业激光器第四章第四章 表面淬火表面淬火21精选PPT 激激光光加加热热的的特特点点：能能量量密密度度高高，加加热热速速度度快快、温温度度高高，且且容容易易控控制制。激激光光加加热热可可有有多种用途多种用途:（1）激激光光淬淬火火：加加热热材材料料表表面面到到相相变变点点以以上上温度，自行快速冷却转变为马氏体。温度，自行快速冷却转变为马氏体。（2）激激光光重重熔熔：加加热热材材料料表表面面使使之之熔熔化化，表表层快速冷却，形成白口组织或高硬度相。层快速冷却，形成白口组织或高硬度相。（3）激激光光非非晶晶态态处处理理：用用激激光光束束熔熔化化材材料料表表面，然后快速冷却，形成非晶态组织。面，然后快速冷却，形成非晶态组织。第四章第四章 表面淬火表面淬火22精选PPT（4）激激光光合合金金化化：用用镀镀敷敷或或喷喷涂涂技技术术，将将需需要要的的合合金金元元素素涂涂敷敷在在金金属属表表面面，用用激激光光照照射射，使使表表层层熔熔化化，合合金金元元素素和和基基体体混混合合，形成所需要的成分和组织。形成所需要的成分和组织。（5）激激光光熔熔覆覆：用用镀镀敷敷或或喷喷涂涂技技术术，将将陶陶瓷瓷涂涂敷敷在在金金属属表表面面，用用激激光光照照射射，使使陶陶瓷瓷和和金属基体表层熔化，并形成冶金结合。金属基体表层熔化，并形成冶金结合。激激光光加加热热还还有有大大量量其其他他用用途途：激激光光切切割割、激光刻字、激光打孔等激光刻字、激光打孔等第四章第四章 表面淬火表面淬火23精选PPT激光淬火（激光淬火（Laser Quenching）原理）原理:用用激激光光束束加加热热材材料料表表面面，使使之之迅迅速速生生到到相相变变点点温温度度以以上上但但不不熔熔化化，当当激激光光束束移移开开后后表层自行快速冷却，并转变为马氏体。表层自行快速冷却，并转变为马氏体。第四章第四章 表面淬火表面淬火24精选PPT4.4 4.4 激光加热淬火技术激光加热淬火技术特点特点 能能量量密密度度高高，加加热热速速度度快快、温温度度高高，不不需需要淬火冷却介质。要淬火冷却介质。控制参数控制参数（1）淬淬火火层层深深度度：激激光光功功率率、光光斑斑直直径径和和扫扫描速度决定。淬火层深度一般在描速度决定。淬火层深度一般在0.11.0mm（2）能能量量密密度度（J/cm2）：决决定定加加热热温温度度和和深度深度。25精选PPT激光淬火激光淬火 第四章第四章 表面淬火表面淬火26精选PPT4.4 4.4 激光加热淬火技术激光加热淬火技术优点：优点：工件变形小工件变形小能量集中，热影响区小能量集中，热影响区小加热深度和轨迹容易控制加热深度和轨迹容易控制适用于表面重熔，甚至可以熔化陶瓷。适用于表面重熔，甚至可以熔化陶瓷。为为了了不不使使材材料料熔熔化化，激激光光淬淬火火时时能能量量密密度度一一般般为为10006000 J/cm2。缺点：缺点：存存在在回回火火软软化化带带，对对要要求求大大面面积积均均匀匀硬硬化化层层的的工工件不利件不利27精选PPT4.4 4.4 激光加热淬火技术激光加热淬火技术Cr12MoV钢激光淬火钢激光淬火组织和硬度分布组织和硬度分布28精选PPT4.4 激光加热淬火技术激光加热淬火技术应用应用（1）高精度零件处理）高精度零件处理 汽车大梁，汽车油泵，空压机、发动机的汽车大梁，汽车油泵，空压机、发动机的汽缸，汽车凹轮轴，热锻模大型内齿圈汽缸，汽车凹轮轴，热锻模大型内齿圈质量优势质量优势技术特点技术特点适用材料适用材料实际应用实际应用淬火零件不变形热循环过程快中碳钢大型轴类激光淬火不开裂精确定量的数控淬火冷作模具钢模具、刃具对局部沟、槽淬火定位准确中碳合金钢减震器（内槽）清洁、高效不需要冷却介质铸铁材料发动机汽缸硬度高淬火层组织细密、强韧性好高碳合金钢大型轧辊29精选PPT4.4 激光加热淬火技术激光加热淬火技术应用应用（2）管材内表面改性）管材内表面改性例：例：管内机器人激光表面改性技术，对管内机器人激光表面改性技术，对细长管材内表面硬化处理，提高耐磨性，细长管材内表面硬化处理，提高耐磨性，延长寿命，减少管材的使用量。延长寿命，减少管材的使用量。外径外径60mm，壁厚，壁厚8mm，长，长2300mm的细长空心轴，淬火后振摆变的细长空心轴，淬火后振摆变形小于形小于0.2mm30精选PPT4.5 4.5 变形强化变形强化变形强化机理：变形强化机理：塑性变形塑性变形位错运动位错运动位错增殖位错增殖位错交位错交结结强度提高强度提高塑性变形塑性变形马氏体相变马氏体相变强度提高强度提高最常用来表示金属材料变形强化的公式是最常用来表示金属材料变形强化的公式是Hollomon公式：公式：S=Ken 式中：式中：S为真应力；为真应力；e为真应变；为真应变；n为变形为变形强化指数；强化指数；K材料硬化系数。材料硬化系数。31精选PPT4.5 4.5 变形强化变形强化（1 1）喷喷丸丸或或抛抛丸丸强强化化:钢钢丸丸高高速速撞撞击击工工件件表表面，使表层材料产生大量的塑性变形。面，使表层材料产生大量的塑性变形。（2 2）滚滚压压强强化化：用用钢钢球球、辊辊轮轮或或辊辊轴轴滚滚压压工工件表面，使工件表面产生大量的位错。件表面，使工件表面产生大量的位错。产产生生大大量量的的位位错错，如如有有奥奥氏氏体体相相，促促使使马马氏体相变氏体相变，提高材料的，提高材料的表面强度表面强度。较大的较大的残余压应力残余压应力。提高材料的强度，特别是提高材料的强度，特别是疲劳强度疲劳强度的方法。的方法。32精选PPT4.5.1 4.5.1 喷（抛）丸强化喷（抛）丸强化钢丸钢丸 喷丸强化喷丸强化 33精选PPT4.5.1 4.5.1 喷丸强化喷丸强化 喷喷丸丸强强化化：压压缩缩空空气气带带动动钢钢丸丸高高速速撞撞击击工件。工件。喷丸强化喷丸强化 飞机叶轮喷丸强化飞机叶轮喷丸强化 喷丸强化喷丸强化 34精选PPT4.5.1 4.5.1 喷丸强化喷丸强化 喷丸强化：撞击点集中，易于控制。喷丸强化：撞击点集中，易于控制。齿轮齿轮 飞机叶轮飞机叶轮 喷丸强化喷丸强化 35精选PPT4.5.1 4.5.1 抛丸强化抛丸强化 抛抛丸丸强强化化：叶叶轮轮高高速速旋旋转转，钢钢丸丸在在离离心心力力的的作作用用下下，沿沿叶叶片片切切线线方方向向以以45m45ms s75m75ms s速速度度飞飞出出，高高速速撞撞击击工工件件，使使工工件件表表面面产产生生塑塑性性变变形形和和内内应应力力，达达到到强化的目的。强化的目的。36精选PPT4.5.1 4.5.1 抛丸强化抛丸强化 抛抛丸丸强强化化撞撞击击面面大大，生生产产效效率率高高。用用于于弹弹簧簧钢钢板板、圆圆弹弹簧簧、大大型型工工件件、车轮以及大批量生产的零件等。车轮以及大批量生产的零件等。37精选PPT4.5.1 4.5.1 喷（抛）丸强化喷（抛）丸强化 喷（喷（抛）丸强化后抛）丸强化后表层残余应力分布表层残余应力分布疲疲劳劳破破坏坏时时，表表面面产产生生拉拉应应力力，表表面面残残余余压压应应力力可可以以抵抵消消部部分分拉拉应应力力，降降低低应应力力峰峰值值，从从而而提高疲劳强度。提高疲劳强度。38精选PPT4.5.1 4.5.1 喷（抛）丸强化喷（抛）丸强化合适的工艺参数下，在合适的工艺参数下，在0.20.20.4mm0.4mm表层，表层，产生数百兆帕的压应力产生数百兆帕的压应力。1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti、2020钢、钢、4545钢、钢、40Cr40Cr、60Si2Mn60Si2Mn喷（抛）丸强化后疲劳强度可喷（抛）丸强化后疲劳强度可提高提高141447%47%。；铝合金的临界腐蚀应力。；铝合金的临界腐蚀应力提高提高1 1倍；汽车渗碳齿轮疲劳寿命提高倍；汽车渗碳齿轮疲劳寿命提高4 4倍；弹簧钢板疲劳寿命可延长倍；弹簧钢板疲劳寿命可延长5 5倍。倍。39精选PPT控制要点：控制要点：（1）钢丸直径：取决于工件表面质量要求）钢丸直径：取决于工件表面质量要求（2）钢丸硬度：取决于工件材料）钢丸硬度：取决于工件材料（3）钢丸材料：）钢丸材料：不易破碎不易破碎 不能有尖角、碎丸：降低疲劳强度不能有尖角、碎丸：降低疲劳强度 不锈钢工件不能用普通钢丸：生锈不锈钢工件不能用普通钢丸：生锈（4）喷（抛）丸强度：用试片检测。）喷（抛）丸强度：用试片检测。（5）表面覆盖率（）表面覆盖率（%）4.5.1 4.5.1 喷（抛）丸强化喷（抛）丸强化40精选PPT在在一一定定的的压压力力作作用用下下，用用钢钢球球、辊辊轮轮或或辊辊轴轴滚滚压压工工件件表表面面，使使工工件件表表面面产产生生大大量量的的位位错错和和较较大大的的残残余余压压应应力力，从从而而提提高高材材料料的的表表面面强强度度，特特别别是是疲疲劳劳强强度度的的方法。方法。表面滚压的强化原理与喷丸和抛丸相同。表面滚压的强化原理与喷丸和抛丸相同。4.5.2 4.5.2 滚压强化滚压强化41精选PPT滚滚压压强强化化适适用用于于轴轴类类零零件件和和沟沟槽槽类类零零件件，不不能能用用于于复复杂杂零零件件。滚滚压压改改性性层层深深度度可可达达5mm5mm以以上上，球球墨墨铸铸铁铁曲曲轴轴滚滚压压疲疲劳劳强强度度可提高可提高202033%33%滚滚压压强强化化使使零零件件产产生生变变形形，必必须须进进行行矫矫正处理。正处理。4.5.2 4.5.2 滚压强化滚压强化42精选PPT此课件下载可自行编辑修改，供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！