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表面淬火是指在不改变钢的化学成分及心部组织情况下，利用快速加热将表层奥氏体化后进行淬火以强化零件表面的热处理方法。火焰加热表面淬火5、表面淬火与局部淬火感应加热表面淬火表面淬火的加热方法:火焰、感应、电接触加热等。1）0.4-0.5%C的中碳钢。含碳量过低，则表面硬度、耐磨性下降。含碳量过高，心部韧性下降；2）铸铁：提高其表面耐磨性。机床导轨表面淬火表面淬火齿轮表面淬火的材料1）工艺：对于结构钢为调质或正火。调质用于要求高的重要零件，正火用于要求不高的普通零件。2）目的:①为表面淬火作组织准备；②获得最终的心部组织。回火索氏体索氏体调质正火预备热处理采用低温回火，温度不高于200℃。回火目的：降低内应力，保留淬火高硬度、耐磨性。表层组织为M回，心部为S回(调质)或F+S(正火)。表面淬火后的回火表面淬火+低温回火后的组织（1）火焰加热表面淬火火焰加热表面淬火示意图特点：1）设备简单,操作方便,成本低；2）淬火质量不稳定；3）适于单件、小批量及大型零件的生产。以高温火焰为热源的一种表面淬火法，淬硬层深度一般为2～6mm。（2）感应加热表面淬火感应加热表面淬火原理图1）工作原理：交变电流在工件表面产生感应电流，形成“涡流”，使工件表面迅速加热的方法。涡流的集肤效应与交流电频率有关淬硬层深度(δ)与电流频率(f)的关系:热态δ=500f（淬火热态，800°C）冷态δ=20f（室温，20°C）交流电频率越高，涡流深度越浅，工件的淬透层深度就越小。2）感应加热表面淬火的分类采用电子管或高频设备，常用频率：200～300KHz，淬硬层深度为0.5～2mm，适用于小直径轴类和小模数齿轮的淬火。采用中频发电机组或可控硅变频器，常用频率：2.5～10KHz。淬硬层深度为2～8mm，适用于较大直径的轴和齿轮的淬火。采用工频发电机，常用频率为50Hz，淬硬层深度为10～15mm，适用于大直径轴类的淬火，直径一般在300mm以上，如轧辊、火车轮等。①高频淬火②中频淬火③工频淬火3）感应加热表面淬火的特点①加热速度极快，温度高于一般淬火温度；②奥氏体晶粒不易长大，工件表层易得到细小的隐晶马氏体；③工件表层存在残余压应力，疲劳强度较高；④工件表面质量好；不易氧化、脱碳、心部组织无变化，变形小。⑤生产效率高，便于实现机械化、自动化。淬硬层深度也易于控制。但设备贵，维修调整困难，不适用单件生产。化学热处理是将工件置于特定介质中加热保温，使介质中活性原子渗入工件表层从而改变工件表层化学成分和组织,进而改变其性能的热处理工艺。6、表面化学热处理井式渗碳炉•与表面淬火相比，化学热处理不仅改变钢的表层组织，还改变其化学成分。•化学热处理是获得表层硬度高、心部韧性好的方法之一。•根据渗入的元素不同，化学热处理可分为渗碳、渗氮等。可控气氛渗碳炉渗碳回火炉1）渗剂的分解分解的同时释放出活性原子。如：渗碳2CO→CO2+[C]氮化2NH3→3H2+2[N]2）工件表面的吸收:活性原子向固溶体溶解或与钢中某些元素形成化合物。3）原子向内部扩散。氮化扩散层（1）化学热处理的基本过程•渗碳目的提高工件表面硬度、耐磨性及疲劳强度，同时保持心部良好的韧性。含0.1～0.25%C的低碳钢或低碳合金钢。（2）渗碳•渗碳用钢渗碳后的机车从动齿轮渗碳是将低碳钢置于渗碳介质中，加热至900～950°C保温，使碳原子渗入工件表层的热处理工艺，•常用的渗碳方法气体渗碳固体渗碳气体渗碳法示意图将工件置于密封的气体渗碳炉内，通入渗碳剂并加热到900℃～950℃，使钢在气体渗碳剂中进行渗碳。CH44H+[C]CO22CO+[C]CO+H2H2O+[C]1）气体渗碳含碳气体分解产生CO、CO2、CH4、H2等混合气氛，通过反应产生活性碳原子[C]。形成0.5～2mm的渗碳层气体渗碳易实现机械化，渗碳质量容易控制。固体渗碳示意图将工件和固体渗碳剂装入渗碳箱中，用盖子和耐火泥封好，然后放在炉中加热至900℃～950℃，保温足够长时间，得到一定厚度的渗碳层。2）固体渗碳零件渗碳剂试棒盖泥封渗碳箱固体渗碳剂通常由木炭与催渗剂（BaCO3或Na2CO3）组成BaCO3BaO+CO2CO2+C（木炭）2CO2COCO2+[C]（渗入钢中）反应如下：与气体渗碳相比，因体渗碳生产率低，质量不易控制。固体渗碳设备简单，投资少，容易实现，常件小批量生产。3）渗碳层成分、组织及厚度渗碳层一面的含碳量在0.85～1.05%范围内渗碳后的组织：P+Fe3CⅡPP+FF+P过共析组织共析组织亚共析组织原始组织渗碳后的组织示意图表层心部4）渗碳后的热处理①直接淬火法：操作简单，成本低，生产率高，仅用于本质细晶粒钢或性能要求不高的零件。②一次淬火法：心部组织可细化，适用于本质细晶粒钢，较重要的零件。淬火后热处理示意图该工艺复杂、成本高、效率低、变形大，仅用于要求表面高耐磨性和心部高韧性的重要零件。第一次淬火加热至心部的Ac3以上30～50°C，目的是细化心部组织，同时消除表层的网状碳化物。二次淬火加热至表面的Ac1以上30～50°C，使渗层获得细小粒状碳化物和隐晶马氏体，以保证获得高强度和高耐磨性。③二次淬火法：温度/°C淬火后热处理示意图热处理后的组织和性能渗碳淬火后的表层组织渗碳淬火后的心部组织表层：高碳回火马氏体＋碳化物＋残余奥氏体，58～64HRC心部：铁素体＋屈氏体＋低碳回火马氏体，30～45HRC（3）渗氮渗氮是将氮元素渗入工件表层的化学热处理方法，主要有气体渗氮和离子渗氮。1）气体渗氮：将氮化零件置于专用的炉内，并通人氨气，加热后氨气产生如下反应产生活性氮原子。2NH3→3H2+2[N]氮化处理温度约为500～570℃，活性氮原子被钢件表层吸收，并与合金元素形成各种氮化物，保温20h～50h，可获得0.3～0.5mm的氮化层。氮化层呈白亮色。氮化层组织①氮化件表面硬度高（1000-1200HV），耐磨性高。②表面存在压应力，疲劳强度高。③氮化温度低，氮化后不需进行热处理。工件变形小。经氮化的缝纫机零件经氮化的机车曲轴氮化的缺点：工艺复杂，成本高，氮化层薄。2）氮化的特点及应用④表层形成的氮化物化学稳定性高。。耐蚀性好。（1）淬透性的概念淬透性是指钢在淬火时获得马氏体的能力。其大小是用规定条件下获得的淬硬层深度来表示。淬硬层深度是指由工件表面到半马氏体区(50%M+50%非M)的深度。四、影响热处理效果的因素1、淬透性及其影响因素心部、表层组织与冷却速度的关系淬火件的组织与硬度沿截面的分布淬透性与实际工件的淬透层深度的区别：•淬透性是在规定条件下测定的，反映了钢材的一种固有的属性。•实际工件的淬透层深度，除取决于钢的淬透性外，还与工件尺寸、冷却速度等因素有关。淬透性不同的钢力学性能的分布淬透性对力学性能的影响：•钢的淬透性好，整个截面都为M，回火后得到均匀一致的力学性能。•钢的淬透性差，淬火后只有表层为M，回火后表层与心部的性能相差较大。（2）影响淬透性的因素•钢的淬透性取决于临界冷却速度(Vc），Vc越小，淬透性越高。•Vc取决于C曲线的位置，C曲线越靠右，Vc越小。1）含碳量的影响：随C%增加，亚共析钢淬透性增大，过共析钢淬透性下降，共析钢的淬透性最好。2）合金元素的影响：除Co、Al外，所有合金元素均提高淬透性。3）奥氏体化条件的影响：A越稳定，淬透性越好。凡是影响C曲线的因素都是影响淬透性的因素。vcvc’2、淬硬性及其影响因素钢淬火后能够达到的最高硬度叫钢的淬硬性，又叫可硬性。它主要决定于马氏体的含碳量，奥氏体中固溶的碳越多，淬火后马氏体的硬度也就越高。淬透性和淬硬性的含义是不同的。淬硬性高的钢，其淬透性不一定高。钢种淬硬性淬透性碳素结构钢（45）低差碳素工具钢（T10）高差低碳合金结构钢（18Cr2Ni4WA）低好高碳高合金工具钢（Cr12MOV）高好