3.5　鋼的表面淬火

表面淬火是一種不改變鋼的化學成分，但改變表層組織的局部熱處理方法。例如：生產中，有許多零件是在彎曲、扭曲等受力復雜的條件下工作的。零件表層受到比心部高得多的應力作用，而且表面還要不斷被磨損，因此必須使工件表層強化，使它具有較高的強度、硬度、耐磨性及疲勞極限；而心部為了能承受沖擊載荷的作用，仍應保持足夠的塑性與韌性。通過對鋼進行表面淬火或化學熱處理，能滿足同一工件在表層、心部的不同力學性能的要求。

鋼表面熱處理的生產手段較為簡單，其應用也較為普遍。鋼表面熱處理是通過快速加熱使鋼的表面奧氏體化，不等熱量傳至中心，立即淬火冷卻，這樣就可獲得表層硬而耐磨的M組織；心部仍保持原來塑性、韌性較好的退火、正火或調質狀態的組織。表面淬火方法較多，常用的有感應加熱表面淬火、火焰加熱表面淬火。表面淬火適宜選用中碳鋼或中碳合金鋼；在表面淬火前要正火或調質，表面淬火后必須低溫回火處理。工件應滿足表面高硬、耐磨，心部為正火或調質時的高韌性和塑性的要求。

3.5.1　感應加熱表面淬火

（1）感應加熱表面淬火的基本原理

感應加熱表面淬火如圖3-22所示。把工件放入由空心銅管繞成的感應器（線圈）內，當線圈通入交變電流后，立即產生交變磁場，工件會產生頻率相同、方向相反的感應電流，感應電流在工件內形成閉合回路，則有電阻熱產生；且電流密度在工件截面分布不均勻，表面密度大、中心密度小，表層迅速被加熱到淬火溫度時而心部仍處于較低溫度，立即噴水冷卻后，使表面淬火獲得高硬度，而心部組織保持原正火或調質的狀態。

（2）感應加熱輸入電流頻率的選用

高頻感應加熱：頻率為200～300kHz，淬硬層深度為0.5～2mm；主要用于處理淬硬層較薄的中、小型零件，如小模數齒輪，中、小型軸的表面淬火等。

中頻感應加熱：頻率為500～10000Hz，淬硬層深度為2～8mm；主要用于處理淬硬層要求較深的零件，如直徑較大的軸類和模數較大的齒輪等。

工頻感應加熱：頻率為50Hz，淬硬層深度可達10～15mm；主要用于處理要求淬硬層較深的大直徑零件，如軋輥、火車車輪等。

超頻感應加熱：頻率為20～40kHz，淬硬層深度為1～4mm；適于中、小模數的齒輪、花鍵軸、鏈輪等。

（3）感應加熱表面淬火的優缺點

優點：感應加熱表面淬火加熱速度快，生產率高，加熱溫度和淬硬層深度容易控制，工件表面氧化和脫碳少，工件變形小，可以使全部淬火過程實現機械化、自動化。

缺點：設備較昂貴，形狀復雜的零件感應圈不易制造，且僅適用于大批量生產。

3.5.2　火焰加熱表面淬火

火焰加熱表面淬火是用燃燒的火焰（如乙炔-氧的燃燒）噴射至零件表面，使它快速加熱，當達到淬火溫度時立即噴水冷卻，從而獲得預期的硬度和淬硬層深度的一種表面淬火方法。火焰加熱表面淬火常用的裝置如圖3-23所示。

火焰加熱表面淬火的優點為：設備簡單、投資少、成本低；適用于單件或小批生產，也適用于大型工件的局部淬火要求，如大齒輪、軋輥、大型殼體（馬達殼體）、導軌等；不易產生表面氧化與脫碳；不受現場環境與工件大小的限制，適用性廣，操作簡便。

火焰加熱表面淬火的缺點是：不易穩定控制質量，大部分是手工操作和憑肉眼觀察來掌握溫度；表面容易燒化、過熱與淬裂，很難達到均勻的淬火層與高的表面硬度；淬硬層深度一般是2～6mm；實現機械化流水線生產較為困難；火焰加熱的均勻性很難保證，中、高碳鋼和合金鋼在進行火焰加熱表面淬火時容易發生開裂。