3.5 表面热处理（课件）-高一《金属加工基础》同步精品课堂（机工版·第2版）

《金属加工基础》 机械工业出版社 同步精品课程——中职专业课 第三单元 钢的热处理 模块五 表面热处理 知识目标 了解淬火和回火的概念和分类 能力目标 熟悉淬火和回火的原理和方法。 情感目标 理解气相沉积的过程和原理，并学会运用。 三维目标 导入情景 01 思考：为什么要进行表面热处理？ 新知学习 02 为什么要进行表面热处理？ 表面热处理是为了改变工件表面的组织和性能，仅对其表面进行热处理的工艺。例如， 齿轮、花键轴、活塞销、凸轮等零件的表面所受到的应力和磨损比心部高，这就要求其表面 具有高硬度、高耐磨性、高耐蚀性和高抗疲劳性，而心部具备较好的塑性和韧性以承受载荷 作用。 新知学习 02 为什么要进行表面热处理？ 对于这类零件，要达到上述要求，单从金属材料方面去解决是比较困难的。 如果选用 高碳钢制作这类零件，经过淬火后虽然表面硬度很高，但其心部韧性不足，不能满足性能要 求；相反，如果采用低碳钢制作这类零件，经过淬火后虽然其心部韧性好，但其表面硬度和 耐磨性均较差，也不能满足性能要求。 因此，针对这类零件就需要考虑对零件进行表面热处 理，以满足其“表里不一”的性能要求。 新知学习 02 一、表面淬火和回火 表面淬火是仅对工件表层进行淬火的工艺。 它是最常用的表面热处理工艺之一，其目的是使工件表面获得高硬度和高耐磨性，而心部保持较好的塑性和韧性，以提高其在扭转、弯 曲、循环应力或在摩擦、冲击、接触应力等工作条件下的使用寿命。 新知学习 02 一、表面淬火和回火 表面淬火不改变工件表面的化学成分，只改变工件表面的组织和性能。 表面淬火的原理是采用快速加热方式使工件表层迅速达到淬火温度，在热量未传递到工件心部时立即淬火冷 却，从而实现表面淬火或局部表面淬火。 表面淬火按加热方法的不同，可分为感应淬火、火 焰淬火、电接触加热淬火、激光淬火等。目前，应用最广泛的是感应淬火和火焰淬火。 新知学习 02 一、表面淬火和回火 1.感应淬火 感应淬火是利用感应电流通过工件时所产生的热效应，对工件表面、局部或整体加热并进行快速冷却的淬火工艺。 感应淬火时，工件表面的加热深度主要取决于交流电流频率，生产上可通过调整交流电流频率获得不同的淬硬层深度。 根据交流电流频率的不同，感应淬火分为高频感应淬火、中频感应淬火和工频感应淬火三类。 新知学习 02 一、表面淬火和回火 分类 频率范围/kHz 淬火深度/mm 应 用 范围 高频感应淬火 50~300 0.3~2.5 用于处理中小型轴、销、套等圆柱形零件，小模数齿轮 中频感应淬火 1~10 3～10 用于处理尺寸较大的轴类，大、中模数齿轮 工频感应淬火 0.05 10～20 用于大型零件(>φ300mm)的表面淬火或棒料的穿透加热 感应加热表面淬火的主要工艺参数和应用范围 新知学习 02 一、表面淬火和回火 钢件经感应淬火后， 一般进行低温回火，但其 回火温度比普通低温回火的温度稍低些。 生产中有时采用自热回火(或称自回火),即当淬火冷至 200℃左右时，停止喷水，利用局部或表层淬硬工 件内部的余热使淬硬部分发生低温回火。 新知学习 02 一、表面淬火和回火 感应淬火具有工件加热速度快、时间短(只有 几秒钟),变形小，基本无氧化和无脱碳等特点； 经感应淬火后，可以有效地提高工件的疲劳强度； 其生产率高，易实现机械化、自动化，适于大批量 生产。感应淬火主要用于由中碳钢(如40钢、45 钢等)和中碳合金钢(如40Cr 钢、40MnB 钢等) 制造的工件(如连杆、钻杆、镗杆、曲轴、主轴、 凸轮、齿轮、销等)。 新知学习 02 一、表面淬火和回火 感应淬火原理图 新知学习 02 一、表面淬火和回火 2.火焰淬火 火焰淬火是利用氧乙炔或其他可燃气体(如煤 气、天然气)燃烧的火焰对工件表层进行加热，随之快速冷却的淬火工艺。火焰淬火的淬硬层深度一般为2～6mm, 如果淬硬 层太深，容易导致工件表面产生过热，甚至产生过量的变形与裂纹。 火焰淬火操作简便，不 需要专用设备，生产成本低，但其质量不稳定，生产率低，主要用于单件或小批量生产各种 齿轮、轴、轧辊、机床导轨等。 新知学习 02 一、表面淬火和回火 火焰淬火示意图 新知学习 02 实践经验 表面淬火零件的工艺流程一般是： 下料→锻造→毛坯→退火或正火→机械加工(粗加工)→调质或正火→机械加工(精加工)→表面淬火→低温回火→机械加工(磨削加工)→ 时效→机械加工(精磨加工)→检验→投入使用。 新知学习 02 案例 图示是螺钉定位器零件，通过分析该零件的技术要求可以看出：螺钉定位器零件要求采用45钢(wc=0.45%) 制造；螺钉定位器零件需要进行整体调质处理，调质 后的布氏硬度应达到230～250HBW; 螺钉定位器零件尾部需要进行火焰淬