火焰淬火

LOGO火焰加热表面淬火引言表面热处理是不改变零件的化学成分，只通过改变表面的组织状态而改变表面性能的热处理方法。其主要目的是使零件表面获得高硬度和耐磨性，而心部仍然保持足够的塑性和韧性。如曲轴、凸轮轴、传动齿轮等。只有表面组织结构变化的相变热处理表面成分变化的化学热处理合金元素向基体中扩散或是表面组织结构转变的覆层技术表面改性热处理分类表面相变热处理化学热处理表面覆层技术火焰加热表面淬火渗碳热浸镀浴炉加热表面淬火渗氮机械能镀渗感应加热表面淬火渗金属物理气相沉积电解液加热表面淬火碳氮共渗化学气相沉积高能束加热表面淬火渗非金属接触电阻加热表面淬火高能束表面合金化表面改性热处理1表面加热淬火相变特点（1）快速加热改变钢中临界点的温度。在平衡或较慢速度下加热，钢的奥氏体化过程是一个受碳扩散控制的相变过程，但在高速加热条件下，可以实现无扩散地完成奥氏体相交，在这个过程中，各临界点普遍升高。（2）快速加热使奥氏体成分的不均匀性增加。快速加热使得奥氏体转变的孕育期缩短及马氏体点改变，可能导致淬火产物中出现不同形态的马氏体组织。特别是对合金钢进行快速热，由于合金元素的扩散系数远远小于碳的扩散系统，更难实现成分均匀化。（3）快速加热将使奥氏体晶粒显著细化。这是由于加热速度的提高，形成奥氏体的临界尺寸减小，并且在高速加热的条件下起始晶粒也不易长大所造成的。2表面加热淬火组织与性能特点1表面加热淬火组织特点经表面加热淬火后，工件截面一般可分为淬硬层、过渡层和心部组织三部分。温度高于Ac3的部分加热淬火后得到全部马氏体称为淬硬层（第Ⅰ区）；温度在Ac3～Ac1间，淬火后得到马氏体＋铁素体组织，称为过渡层（第Ⅱ区）；加热温度低于Ac1为原始组织（第Ⅲ区）。表面加热淬火后的组织及其分布还与钢的化学成分、淬火规范和工件尺寸等因素有关。2表面加热淬火性能特点（1）表面硬度。经高、中频感应加热喷射冷却的工件，其表面硬度比普通淬火高2～5HRC。这种高硬度现象是由于奥氏体成分不均匀、奥氏体晶粒细化以及快速冷却表层产生高压应力共同作用所形成的。不同加热速度下表面硬化与温度关系（2）耐磨性。表面加热淬火的淬硬层中马氏体晶粒极力细小，碳化物弥散度较大，硬度较高，并存在压应力状态，从而大幅度提高了材料的耐磨性。（3）疲劳强度。表面加热淬火显著提高工件的疲劳强度。1火焰表面淬火基本原理火焰表面淬火工艺是利用可燃气体与氧气混合的火焰所产生的高温将钢铁工件表面加热到淬火温度(一般超过临界点Acs)，随后急速用水或其它冷却介质进行冷却的过程。淬火结果，使工件表面获得很高的硬度(一般在HRC50以上)和耐磨性，从而提高了工件的机械性能，延长了它们的使用寿命。2火焰表面淬火的特点火焰表面淬火有如下几个特点：1.设备简单，投资费用低，维修简易，便于推广。2.操作方法灵活，特别适用于超大、异形工件，并可进行现场处理，这是其他淬火方法难以实现的。3.淬火后，工件变形小，表面清洁，无氧化和脱碳现象。4.通过调整喷枪的行进速度及喷嘴与工件淬火表面的距离，可获得较力平缓的淬硬层，并可在一定程度上调整淬硬层深度(2～10mm)。5.多为手工操作，机械化、自动化程度较低，高噪声、潮湿、易燃、易爆、劳动环境恶劣，工人操作时注意力要高度集中，容易疲劳，且随操作技术水平的高低，产品质量波动较大。6.只适用于喷射方向的表面，薄壁零件不适合火焰加热表面淬火。7.火焰加热使用的混合气有爆炸的危险，应特别注意。3火焰加热所用的燃料与装置由于火焰加热表面淬火要求具有较快的加热速度（一般达1000℃/min以上），所以用于火焰表面加热的燃料必须具有较高的发热值，且来源容易，价格低廉，在贮存和使用中安全、可靠、污染小。乙炔、煤气、天然气、丙烷或者煤油都可用来作力火焰加热表面淬火的燃料，但目前国内仍普遍用氧—乙炔火焰来实施火焰加热。氧—乙炔火焰温度较高（达3100O℃），比较适宜浅层表面淬火，深层加热时工件表面容易过热。气体加热值火焰温度/℃氧与燃料气常用比率氧与燃料混合气比热值/MJ·m-3正常燃烧速率/mm·s-1燃烧强度/mm·MJ·(s·m-3)空气与燃料气常用比率氧助燃空气助燃乙炔53.45310523251.026.753514284—煤气11.2～33.525401985①①①①①天然气37.3270518751.7513.628038089.0丙烷93.9263519254.018.8305573525.0①随加热值和成分而异3.1氧乙炔火焰的性质氧乙炔火焰的燃烧是由乙炔和氧气，通过喷枪的混合经点火后而生成的。氧乙快火焰的外形和构造以及火焰的温度分布，是根据氧气体积与乙快体积的混合比值(C)而决定的，根据混合比值的大小，可得到性质不同的三种火焰。C=1.1～1.2中性焰C1.1碳化焰C1.2氧化焰2222225.8CHCHKJ22222222.7CHOCOHKJ222221.52809.1COHOCOHOKJ以中性焰为例焰区心：内焰区：外焰区：氧-乙炔中性焰的组成及沿火焰长度温度分布1—焰心2—内焰3—外焰3.2火焰加热装置4火焰表面淬火分类静止火焰淬火法（固定火焰淬火法）旋转火焰淬火法（旋架火焰淬火法）摆动火焰淬火法连续移动火焰淬火法（连续推进火焰淬火法）旋转连续火焰淬火法（联合火焰淬火）火焰表面淬火分类周边连续火焰淬火（1）静止火焰淬火法零件与喷嘴都不动，零件放在淬火台架上加热到淬火温度后，关闭气体，移开火焰喷嘴，放上喷水器上立即冷却。此法为同时加热淬火，用于较小面积的淬火，喷嘴尺寸应与零件局部淬火形状相配合。这种方法适合于较大生产批量来处理淬火部位不大的零件的局部表面淬火，便于实现自动化。（2）旋转火焰淬火法利用一个或者两个不移动的火焰喷嘴，对以一定速度绕轴旋转（一般为75～150r/min）的零件表面做一定时间的加热，达到淬火温度后，关闭气体，喷水冷却。此法适合于处理宽度和直径不太大的圆柱和圆盘形零件，如小型的曲轴轴颈和模数m4mm的齿轮表面淬火。（3）摆动火焰淬火法零件放在淬火台架上加热到淬火温度后，关闭气体，移开火焰喷嘴，放上喷水器上立即冷却。由于喷嘴的尺寸要比局部淬火面积小，因此靠喷嘴在零件上来回摆动，以扩大加热面积。这种方法适合于较大生产批量来处理淬火部位不大的零件的局部表面淬火，便于实现自动化。（4）连续移动火焰淬火法喷嘴与喷水器沿着零件表面需要淬火部位，依一定速度（60～300mm/min）移动，喷嘴加热零件表面，接着喷水器进行喷水冷却。此法能获得一条淬火带，适用于处理硬化区大的零件，如长形平面零件（导轨）及机车车身滑动槽。（5）旋转连续火焰淬火法利用喷嘴与喷水器，相对被淬火零件的中心作平行直线运动，零件则以一定速度（75～150r/min）绕轴线旋转，连续加热与冷却。这种方法适用于处理直径与长度大的零件，如长轴类零件的表面淬火。（6）周边连续火焰淬火利用喷嘴与喷水器沿着淬火零件的周边作曲线运动，零件则以一定速度（75～150r/min）绕轴旋转，连续加热与冷却。这种方法有一个缺点是在开始和终止的结合点要产生软带。这种方法适合于处理大型曲面盘及靠模等零件的表面淬火。火焰形状与喷嘴结构有关，为了使加热区温度均匀，通常采用多头喷嘴以达到淬火表面温度合理分布，确定火焰最佳形式喷嘴与零件之间的距离一般保持在6～8mm，过大则加热温度不足，过小则造成过热火焰形状喷嘴与零件表面距离喷嘴与零件相对移动速度冷却水温度喷水器与火焰间的距离5影响表面淬火质量的因素硬化层深度要求较深，则相对移动速度应小；反之相对移动速度应大。通常在50～300mm/min喷水器与火焰间的距离太近，有可能喷到火焰上，造成火焰熄灭，影响加热；距离太远，致使零件加热不足，需要延长加热时间提高温度。通常为15～20mm冷却水温度不宜过高，这样会造成淬不硬，温度过低会产生淬火裂纹，一般为15～20℃钢种选择预先热处理硬化层深度回火温度和时间6火焰加热表面淬火工艺为了使火焰淬火后的表面硬度大于50HRC，必须采用中、高碳钢零件原始组织最好是调质处理的回火索氏体，正火或退火的细珠光体火焰淬火时，热量由表及里传递，供热速度越快，供热量越多，温度梯度越大，在表面温度一定时，加热到淬火温度的加热层越浅，淬火后的硬化层也越浅火焰表面淬火后，零件存在较大残余应力，影响力学性能，同时为了保持高硬度，一般采用低温回火（180～220℃）；回火时间一般采用1～2h，回火最好在电加热油槽中进行，这样回火温度均匀，可充分消除内应力零件表面淬火、回火后硬度检查淬火前检查氧化皮、毛刺以及零件表面应清洁零件原始组织符合要求淬火后零件变形量检查硬化层深度检查表面应无烧熔、氧化及裂纹等缺陷质量检查火焰加热表面淬火质量检查LOGO