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表面熱處理分類及需要關注的問題

表面淬火熱處理

  表面硬化熱處理用于在鋼制工件上產生堅硬且耐磨的表面層，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多種表面熱處理過程及其優缺點的更多信息。表面熱處理需要關注以下問題的答案：
  ? 表面硬化工件有什么特點？
  ? 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，感應淬火有何優勢？
  ? 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

  硬質表面層對于提高接觸組件的耐磨性至關重要。在這些情況下，可以將硬化用作可能的熱處理。然而，缺點是同時降低了鋼的韌性或脆性，這可能導致不可預見的材料失效。因此，僅對工件表面進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，僅表面層會硬化以增加耐磨性，從而使組件芯部保持堅韌！
  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行表面硬化處理。取決于應用，已經開發了不同的表面硬化方法。以下幾節將更詳細地討論重要內容。

圖：齒輪的硬化表面

表面熱處理常用工藝分類

  ? 表面感應淬火硬化熱處理（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種在量博公司網站的應用與技術欄目中已經詳述，這里著重分析后4種表面熱處理工藝的特點及應用。

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，因為未硬化的芯部具有足夠的韌性。
  硬化表面層的厚度取決于燃燒器火焰在工件表面上移動的速度（稱為進給）。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，當然，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并通過水噴嘴淬火！硬化深度由進給速度控制！
  由于噴嘴的相對龐大的布置，火焰淬火硬化受到限制，特別是對于具有復雜幾何形狀的小型部件。就精度（調整硬化深度）而言，火焰硬化通常也不如感應硬化和激光硬化。
  原則上，應盡快進行加熱，以將不希望有的區域上的熱影響區保持在較小。否則，可能會有熱應力或部件幾何形狀變形（淬火硬化變形）的風險。此外，較長的加熱時間會導致結垢增加，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，微觀結構中不再存在熱力學平衡狀態。結果，奧氏體化的轉變溫度向更高的溫度轉變！

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行中間加工的零件。在此過程中，鋼在滲碳后緩慢冷卻。對于實際的硬化過程，然后在單獨的過程步驟中再次加熱鋼。γ-α相變會產生再結晶效應，從而導致滲碳過程中粗晶粒的晶粒細化。
  可以選擇硬化溫度，以使奧氏體化主要發生在邊緣區域（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低！）這種奧氏體化狀態約為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構。預計鐵芯中會殘留鐵素體。在這種情況下，硬化溫度優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，以便對鐵心進行特殊的奧氏體化。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，預期在表層中形成粗針狀微觀結構。在這種情況下，溫度控制優選地適應于期望的芯部性能，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節芯部性能。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較高。
  通過雙淬火硬化，首先要調整芯部的所需特性（芯部硬化），然后再調整表面的特性（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耗費能量和時間，因此很昂貴。但是，優點是通過γ-α轉變實現了晶粒細化。而且，對于一開始就不易形成粗大晶粒的鋼（例如鉻鉬鋼），在經濟上更明智的做法是在從已經加熱的狀態滲碳后直接淬火。細晶粒鋼也適用于這種直接淬火工藝，下一節將對此進行詳細說明。
  通常在具有粗大晶粒形成趨勢的鋼上進行單次和兩次淬火硬化，因為在γ-α相變過程中會發生再結晶作用！

直接硬化

  直接硬化是一種特殊的強化情況。在此過程中，鋼在滲碳后從已經加熱的狀態直接淬火。與單淬火和雙淬火淬火相比，直接淬火耗時少且能耗大，因此價格便宜，因為不需要再加熱。當鋼不易形成粗大晶粒時，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或芯部性質。為此，將部件在滲碳后冷卻至芯部硬化溫度，或使其達到表面硬化溫度。淬火后，再次在低溫下進行回火。
  在直接淬火中，加熱后的鋼直接從滲碳狀態淬火！

表面熱處理零部件的硬度和有效硬化深度無損檢測技術

  3MA（微磁、多參數、微觀結構和應力分析）多功能無損測試技術的優勢在于可以同時檢測諸如硬度，硬度梯度曲線和有效硬化深度之類的不同目標。詳見上海量博企業網站—產品中心—3MA系列多功能無損測量系統的相關介紹。

  如果您對表面淬火質量、淬火硬度、有效硬化層深度測量等有技術疑問，上海量博實業有限公司經驗豐富的客戶服務團隊會在工作時間內為您解答有關我們產品，價格，訂購和其他信息的問題。