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1、表面强化技术分析8.1表面形变强化原理原理喷丸强化喷丸强化表面滚压技术表面滚压技术孔挤压强化孔挤压强化一、原理1.定定义义：是是指指在在金金属属材材料料表表面面施施加加外外力力，使使表表面面比比较较薄薄的的一一层层发发生生塑塑性性变变形形，晶晶粒粒得得到到细细化化，从从而而提提高高零零件件表表面面疲疲劳劳强强度度和和抗应力腐蚀能力的工艺手段。抗应力腐蚀能力的工艺手段。2.机理：机理：加工硬化机理。即随变形量的增加工硬化机理。即随变形量的增加，金属强度硬度升高，塑性韧性下降。加，金属强度硬度升高，塑性韧性下降。2.机机理理：加加工工硬硬化化机机理理。即即随随变变形形量量的的增增加加，金金属属强强
2、度度硬硬度度升升高高，塑塑性性韧韧性性下下降。降。原原因因：a、位位错错密密度度随随变变形形量量增增加加而而增增加加，从从而而变变形形抗抗力力增增加加；b、随随变变形形量量增增加加，亚亚结结构构细细化化，亚亚晶晶界界对对位位错错运运动动有有阻阻碍碍；c、随随变变形形量量增增加加，空空位位密密度度增增加加；d、几何硬化。几何硬化。二、喷丸强化1.原理：喷丸强化又称为受控喷丸强化，原理：喷丸强化又称为受控喷丸强化，是在室温下利用高速喷射的细小硬质弹丸是在室温下利用高速喷射的细小硬质弹丸打击工件表面，使表面层在再结晶温度下打击工件表面，使表面层在再结晶温度下产生弹、塑性变形，并呈现较大的残余压产生弹
3、、塑性变形，并呈现较大的残余压应力，从而提高表面疲劳强度和抗应力腐应力，从而提高表面疲劳强度和抗应力腐蚀的能力。蚀的能力。例：例：重要的焊接件的焊缝及热影响区采用受重要的焊接件的焊缝及热影响区采用受控喷丸后，拉应力可以转变为压应力，控喷丸后，拉应力可以转变为压应力，从而改善焊缝区域的疲劳强度。从而改善焊缝区域的疲劳强度。汽车用钢板弹簧喷丸后疲劳寿命可延长汽车用钢板弹簧喷丸后疲劳寿命可延长5倍。倍。例例例例如如如如：合合合合金金金金高高高高强强强强钢钢钢钢18Cr2Ni4WA18Cr2Ni4WA18Cr2Ni4WA18Cr2Ni4WA，末末末末喷喷喷喷丸丸丸丸处处处处理理理理前前前前 的的的的
4、疲疲疲疲 劳劳劳劳 寿寿寿寿 命命命命 为为为为 1.38101.38101.38101.38105 5 5 5。次次次次(裁裁裁裁 荷荷荷荷+-+-+-+-600MPa)600MPa)600MPa)600MPa)；经经经经 喷喷喷喷 丸丸丸丸 强强强强 化化化化 后后后后 的的的的 疲疲疲疲 劳劳劳劳 寿寿寿寿 命命命命 达达达达1.04101.04101.04101.04107 7 7 7(喷喷喷喷九九九九后后后后的的的的表表表表面面面面压压压压应应应应力力力力为为为为800MPs)800MPs)800MPs)800MPs)，疲劳寿命提高了疲劳寿命提高了疲劳寿命提高了疲劳寿命提高了74.3
5、74.374.374.3倍。倍。倍。倍。例：例：例：例：综上所述，喷九强化技术是一种使用简便、综上所述，喷九强化技术是一种使用简便、综上所述，喷九强化技术是一种使用简便、综上所述，喷九强化技术是一种使用简便、成本低、应用范围广的零件表面强化技术。成本低、应用范围广的零件表面强化技术。成本低、应用范围广的零件表面强化技术。成本低、应用范围广的零件表面强化技术。它的它的它的它的强化效果主要表现在延长承受交变负荷的零件使强化效果主要表现在延长承受交变负荷的零件使强化效果主要表现在延长承受交变负荷的零件使强化效果主要表现在延长承受交变负荷的零件使用寿命。用寿命。用寿命。用寿命。这个效果特别明显，也特别
6、立竿见影，这个效果特别明显，也特别立竿见影，这个效果特别明显，也特别立竿见影，这个效果特别明显，也特别立竿见影，是其它强化方法难以比拟的。是其它强化方法难以比拟的。是其它强化方法难以比拟的。是其它强化方法难以比拟的。2.喷丸强化的设备喷丸强化的设备（1）叶轮式喷丸机）叶轮式喷丸机（2）气动式喷丸机）气动式喷丸机（1）叶轮式喷丸机）叶轮式喷丸机特点：叶轮式喷丸特点：叶轮式喷丸机中弹丸流的位置机中弹丸流的位置与速度都不易改变，与速度都不易改变，常用于形状简单批常用于形状简单批量较大的工件。量较大的工件。（2）气动式喷丸机）气动式喷丸机特点：特点：依靠调节空气压力来改变弹丸的速依靠调节空气压力来改变
7、弹丸的速度，适合于表面形状复杂的零件和批量较度，适合于表面形状复杂的零件和批量较小的生产条件。小的生产条件。技术关键：技术关键：是是根根据据零零件件的的材材料料和和形形状状特特点点控控制制弹弹丸丸流流的的速速度度和和控控制制零零件件表表面面与与弹弹丸流的相对运动。丸流的相对运动。3.3.喷丸强化的弹丸喷丸强化的弹丸喷丸强化的弹丸喷丸强化的弹丸受控喷丸使用的弹丸有铸铁丸、铸钢丸、不锈钢受控喷丸使用的弹丸有铸铁丸、铸钢丸、不锈钢受控喷丸使用的弹丸有铸铁丸、铸钢丸、不锈钢受控喷丸使用的弹丸有铸铁丸、铸钢丸、不锈钢丸、钢丝切割丸、玻璃丸和陶瓷丸等。选择弹丸丸、钢丝切割丸、玻璃丸和陶瓷丸等。选择弹丸丸、
8、钢丝切割丸、玻璃丸和陶瓷丸等。选择弹丸丸、钢丝切割丸、玻璃丸和陶瓷丸等。选择弹丸时，不仅要考虑零件的工艺要求，包括喷丸面预时，不仅要考虑零件的工艺要求，包括喷丸面预时，不仅要考虑零件的工艺要求，包括喷丸面预时，不仅要考虑零件的工艺要求，包括喷丸面预期的形变层深度、最大残余压应力值和表面粗糙期的形变层深度、最大残余压应力值和表面粗糙期的形变层深度、最大残余压应力值和表面粗糙期的形变层深度、最大残余压应力值和表面粗糙度，还要考虑喷丸设备条件和弹丸的消耗等。度，还要考虑喷丸设备条件和弹丸的消耗等。度，还要考虑喷丸设备条件和弹丸的消耗等。度，还要考虑喷丸设备条件和弹丸的消耗等。一般地，一般地，一般地，
9、一般地，钢制零件选用铸钢或铸铁丸，以得到较钢制零件选用铸钢或铸铁丸，以得到较钢制零件选用铸钢或铸铁丸，以得到较钢制零件选用铸钢或铸铁丸，以得到较深的塑性变形层和较大的残余压应力值，深的塑性变形层和较大的残余压应力值，深的塑性变形层和较大的残余压应力值，深的塑性变形层和较大的残余压应力值，但是要但是要但是要但是要求求求求获得较低粗糙度表面时，常采用玻璃丸获得较低粗糙度表面时，常采用玻璃丸获得较低粗糙度表面时，常采用玻璃丸获得较低粗糙度表面时，常采用玻璃丸。不锈。不锈。不锈。不锈钢、铝合金、钛合金一般也采用玻璃丸。钢、铝合金、钛合金一般也采用玻璃丸。钢、铝合金、钛合金一般也采用玻璃丸。钢、铝合金、
10、钛合金一般也采用玻璃丸。4.4.受控喷丸对材料表面形貌与性能的影响受控喷丸对材料表面形貌与性能的影响受控喷丸对材料表面形貌与性能的影响受控喷丸对材料表面形貌与性能的影响（1 1）对材料表面硬度影响）对材料表面硬度影响）对材料表面硬度影响）对材料表面硬度影响 硬度大幅度提升硬度大幅度提升硬度大幅度提升硬度大幅度提升，硬化层最高可达，硬化层最高可达，硬化层最高可达，硬化层最高可达1.5mm1.5mm。（2 2）对材料表面粗糙度影响对材料表面粗糙度影响对材料表面粗糙度影响对材料表面粗糙度影响（3 3）对疲劳寿命与抗应力腐蚀能力的影响）对疲劳寿命与抗应力腐蚀能力的影响）对疲劳寿命与抗应力腐蚀能力的影响
11、）对疲劳寿命与抗应力腐蚀能力的影响 可以可以可以可以大幅度提高材料的疲劳寿命和抗应力腐蚀能大幅度提高材料的疲劳寿命和抗应力腐蚀能大幅度提高材料的疲劳寿命和抗应力腐蚀能大幅度提高材料的疲劳寿命和抗应力腐蚀能力力力力。例如，对纯铁、。例如，对纯铁、。例如，对纯铁、。例如，对纯铁、1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti不锈钢、不锈钢、不锈钢、不锈钢、2020钢、钢、钢、钢、4545钢和钢和钢和钢和60Si2Mn60Si2Mn钢进行喷丸以后，疲劳强度提高钢进行喷丸以后，疲劳强度提高钢进行喷丸以后，疲劳强度提高钢进行喷丸以后，疲劳强度提高14%14%47%47%不等不等不等不等 。5.受控喷丸技术的典
12、型应用受控喷丸技术的典型应用主要应用承载的机械零件。如飞机起落主要应用承载的机械零件。如飞机起落架、框架、大梁、发动机，汽车车轴、架、框架、大梁、发动机，汽车车轴、叶片等。叶片等。6.喷丸新技术旋片喷丸技术 20202020世世世世纪纪纪纪80808080年年年年代代代代，我我我我国国国国航航航航空空空空维维维维修修修修单单单单位位位位开开开开始始始始应应应应用用用用旋旋旋旋片片片片喷喷喷喷丸丸丸丸技技技技术术术术，它它它它是是是是喷喷喷喷丸丸丸丸技技技技术术术术的的的的一一一一个个个个分分分分支支支支和和和和新新新新发发发发展展展展。旋旋旋旋片片片片喷喷喷喷丸丸丸丸的的的的喷喷喷喷丸丸丸丸是
13、是是是通通通通过过过过特特特特种种种种牢牢牢牢固固固固剂剂剂剂牢牢牢牢固固固固地地地地固固固固定定定定在在在在旋旋旋旋片片片片上上上上。旋旋旋旋片片片片以以以以高高高高速速速速旋旋旋旋转转转转并并并并反反反反复复复复撞撞撞撞击击击击零零零零件件件件表表表表面面面面而而而而达到喷丸强化的目的。强化效果极佳。达到喷丸强化的目的。强化效果极佳。达到喷丸强化的目的。强化效果极佳。达到喷丸强化的目的。强化效果极佳。6.喷丸新技术塑料喷丸退漆 为为为为对对对对飞飞飞飞机机机机等等等等重重重重要要要要大大大大型型型型结结结结构构构构件件件件的的的的表表表表面面面面进进进进行行行行表表表表面面面面无无无无损损
14、损损检检检检测测测测寻寻寻寻找找找找疲疲疲疲劳劳劳劳裂裂裂裂纹纹纹纹和和和和硬硬硬硬性性性性损损损损伤伤伤伤，首首首首要要要要的的的的表表表表面面面面工工工工艺艺艺艺是是是是退退退退漆漆漆漆。传传传传统统统统的的的的方方方方法法法法是是是是使使使使用用用用化化化化学学学学剂剂剂剂剥剥剥剥离离离离或或或或用用用用砂砂砂砂轮轮轮轮手工打磨，这两种方法均存在不足之处。手工打磨，这两种方法均存在不足之处。手工打磨，这两种方法均存在不足之处。手工打磨，这两种方法均存在不足之处。塑塑塑塑料料料料喷喷喷喷丸丸丸丸退退退退漆漆漆漆是是是是近近近近年年年年来来来来发发发发展展展展起起起起来来来来的的的的新新新新
15、工工工工艺艺艺艺。其其其其原原原原理理理理为为为为：颗颗颗颗粒粒粒粒状状状状塑塑塑塑料料料料在在在在压压压压缩缩缩缩空空空空气气气气的的的的作作作作用用用用下下下下通通通通过过过过喷喷喷喷管管管管高高高高速速速速喷喷喷喷射射射射到到到到工工工工件件件件表表表表面面面面在在在在塑塑塑塑料料料料丸丸丸丸较较较较锋锋锋锋利利利利的的的的棱棱棱棱角角角角切切切切割割割割和和和和冲冲冲冲撞撞撞撞击击击击打打打打双双双双重重重重作作作作用用用用下下下下使使使使漆漆漆漆层层层层表表表表面面面面发发发发生生生生割割割割裂裂裂裂和和和和剥离，从而达到高效退漆的目的。剥离，从而达到高效退漆的目的。剥离，从而达到高
16、效退漆的目的。剥离，从而达到高效退漆的目的。6.喷丸新技术空气火焰超音速表面喷砂、喷丸 空空空空气气气气火火火火焰焰焰焰超超超超音音音音速速速速表表表表面面面面喷喷喷喷砂砂砂砂、喷喷喷喷丸丸丸丸：空空空空气气气气火火火火焰焰焰焰超超超超音音音音速速速速表表表表面面面面预预预预处处处处理理理理技技技技术术术术，是是是是利利利利用用用用气气气气体体体体燃燃燃燃料料料料或或或或液液液液体体体体燃燃燃燃料料料料与与与与高高高高压压压压电电电电气气气气或或或或高高高高压压压压空空空空气气气气在在在在超超超超音音音音速速速速喷喷喷喷枪枪枪枪燃燃燃燃烧烧烧烧室室室室内内内内混混混混合合合合燃燃燃燃烧烧烧烧膨
17、膨膨膨胀胀胀胀产产产产生生生生高高高高温温温温高高高高速速速速焰焰焰焰流流流流从从从从而而而而带带带带动动动动砂砂砂砂粒粒粒粒或或或或丸丸丸丸粒粒粒粒以以以以超超超超音音音音速速速速喷喷喷喷向向向向零零零零件件件件处处处处理理理理表表表表面面面面。燃燃燃燃烧烧烧烧焰焰焰焰流流流流速速速速度度度度达达达达1500m/s1500m/s以以以以上上上上，粒粒粒粒子子子子速速速速度度度度为为为为300600m/s300600m/s，从从从从而可获得高效优质的表面预处理效果。而可获得高效优质的表面预处理效果。而可获得高效优质的表面预处理效果。而可获得高效优质的表面预处理效果。超超超超音音音音速速速速表表
18、表表面面面面喷喷喷喷丸丸丸丸的的的的生生生生产产产产效效效效率率率率是是是是普普普普通通通通喷喷喷喷九九九九的的的的2424倍倍倍倍、特别适用于大型结构件表面高效喷丸强化。特别适用于大型结构件表面高效喷丸强化。特别适用于大型结构件表面高效喷丸强化。特别适用于大型结构件表面高效喷丸强化。三、表面滚压技术1.定义：是在一定压力作用下，滚球或辊定义：是在一定压力作用下，滚球或辊轴对被加工零件表面进行滚压或挤压，轴对被加工零件表面进行滚压或挤压，使其发生塑性变形，形成强化层的工艺使其发生塑性变形，形成强化层的工艺过程。过程。3.特点：特点：表面改性层最大深度达表面改性层最大深度达5mm以以上。上。4.
19、应用：只应用：只适合一些形状简单的平板类零适合一些形状简单的平板类零件、轴类零件和沟槽类零件件、轴类零件和沟槽类零件等，对形状等，对形状复杂的零件表面就无法应用了复杂的零件表面就无法应用了。四、孔挤压强化1.定义：利用特定的工模具（棒、衬套、定义：利用特定的工模具（棒、衬套、开合模具等）对工件的孔壁或周边进行开合模具等）对工件的孔壁或周边进行连续、缓慢、均匀的挤压，使其形成一连续、缓慢、均匀的挤压，使其形成一定厚度的塑性变形层，达到提高表面疲定厚度的塑性变形层，达到提高表面疲劳强度和抗应力腐蚀能力的一种表面强劳强度和抗应力腐蚀能力的一种表面强化工艺。化工艺。2.工艺方法：棒挤压、套挤压、压印模
20、挤工艺方法：棒挤压、套挤压、压印模挤压、旋压挤压。压、旋压挤压。挤压棒挤压强化 衬套挤压强化 压印模挤压强化压印模挤压强化压印模挤压强化压印模挤压强化 旋压挤压强化旋压挤压强化旋压挤压强化旋压挤压强化 3.特点：特点：孔挤压强化主要针对内孔要求抗孔挤压强化主要针对内孔要求抗疲劳其它方法又无法做到的工件，比如疲劳其它方法又无法做到的工件，比如飞机上的重要零件，飞机上的重要零件，压印模挤压适用于压印模挤压适用于大型零件及蒙皮等关键承载件的强化大型零件及蒙皮等关键承载件的强化；旋压挤压适用于例如起落架等大型零件旋压挤压适用于例如起落架等大型零件的内孔强化的内孔强化等。等。外力是缓慢、均匀地施外力是缓
21、慢、均匀地施加于工件表面。直接结果是使材料表面加于工件表面。直接结果是使材料表面获得预先的压应力，提高其抗疲劳和抗获得预先的压应力，提高其抗疲劳和抗应力腐蚀性能。应力腐蚀性能。8.2表面相变强化概述概述感应加热表面淬火感应加热表面淬火火焰加热表面淬火火焰加热表面淬火激光加热表面淬火激光加热表面淬火激光表面熔凝技术激光表面熔凝技术激光冲击淬火技术激光冲击淬火技术一、概述1.定义：定义：就是对就是对钢铁材料钢铁材料进行表面的热进行表面的热处理，使表面发生组织转变，提高强处理，使表面发生组织转变，提高强度、硬度、抗疲劳性能、抗高温氧化度、硬度、抗疲劳性能、抗高温氧化性能等。也就是我们常说的表面淬火性
22、能等。也就是我们常说的表面淬火等工艺方法。等工艺方法。2.2.目的：使钢铁目的：使钢铁获得高的表面硬度和获得高的表面硬度和压应力状态压应力状态，从而提高其耐磨性和疲，从而提高其耐磨性和疲劳强度。劳强度。特别适合承受弯曲、扭转、摩擦或冲特别适合承受弯曲、扭转、摩擦或冲击的零件。击的零件。3、表面淬火用材料、表面淬火用材料含碳量为含碳量为0.4-0.5的中碳钢。的中碳钢。4、表面淬火后组织、表面淬火后组织表面：表面：M回回心部：回火索氏体（调质处理）或铁素心部：回火索氏体（调质处理）或铁素体体+索氏体（正火）索氏体（正火）5、特点：、特点：a、加热速度快（感应加热速度可达、加热速度快（感应加热速度
23、可达103/s，激光加热则可达到，激光加热则可达到105-109/s）且加热温度要高于整体淬火的温度；）且加热温度要高于整体淬火的温度；b、冷却速度快；、冷却速度快；c、表面硬度高（其硬度比普通淬火高、表面硬度高（其硬度比普通淬火高HRC24）；）；d、需预备热处理；、需预备热处理；e、适合中高碳钢。、适合中高碳钢。二、感应加热表面淬火1.原理：原理：利用感应电流利用感应电流集肤效应集肤效应”，“临近效应临近效应”和和“环状效应环状效应”。基本过程：将工件放在有足够功率输出基本过程：将工件放在有足够功率输出的感应线圈中，在高频交流磁场的作用的感应线圈中，在高频交流磁场的作用下，产生很大的感应电
24、流，并由于集肤下，产生很大的感应电流，并由于集肤效应而集中分布于工件表面，使表面迅效应而集中分布于工件表面，使表面迅速加热到钢相变点速加热到钢相变点Ac3或或Accm之上，然之上，然后在冷却介质中快速冷却，使工件表面后在冷却介质中快速冷却，使工件表面获得获得M。2.2.特点：特点：特点：特点：（1 1）加热速度范围宽，可在加热速度范围宽，可在加热速度范围宽，可在加热速度范围宽，可在3 310001000/s/s。加热时。加热时。加热时。加热时间短，一般几秒至几十秒就可以完成加热，因间短，一般几秒至几十秒就可以完成加热，因间短，一般几秒至几十秒就可以完成加热，因间短，一般几秒至几十秒就可以完成加
25、热，因此晶粒更细，淬火后硬度更高。比一般淬火硬此晶粒更细，淬火后硬度更高。比一般淬火硬此晶粒更细，淬火后硬度更高。比一般淬火硬此晶粒更细，淬火后硬度更高。比一般淬火硬度高出度高出度高出度高出2-4HRC2-4HRC，耐磨性较高。，耐磨性较高。，耐磨性较高。，耐磨性较高。（2 2）工艺参数容易调节和控制工艺参数容易调节和控制工艺参数容易调节和控制工艺参数容易调节和控制。因而工效很高，。因而工效很高，。因而工效很高，。因而工效很高，可以实现机械化作业，特别适合大批量生产。可以实现机械化作业，特别适合大批量生产。可以实现机械化作业，特别适合大批量生产。可以实现机械化作业，特别适合大批量生产。（3 3
26、）因为）因为）因为）因为加热速度快，表面氧化脱碳少，表面质加热速度快，表面氧化脱碳少，表面质加热速度快，表面氧化脱碳少，表面质加热速度快，表面氧化脱碳少，表面质量高，无变形量高，无变形量高，无变形量高，无变形，可作为最终加工工序。，可作为最终加工工序。，可作为最终加工工序。，可作为最终加工工序。（4 4）需很大的设备投入需很大的设备投入需很大的设备投入需很大的设备投入，所以单件小批量生产时，所以单件小批量生产时，所以单件小批量生产时，所以单件小批量生产时生产成本高。大型的工件淬火，它无法完成。生产成本高。大型的工件淬火，它无法完成。生产成本高。大型的工件淬火，它无法完成。生产成本高。大型的工件
27、淬火，它无法完成。设备无法移动，因此设备无法移动，因此设备无法移动，因此设备无法移动，因此灵活性相对较差灵活性相对较差灵活性相对较差灵活性相对较差。3、工艺流程和技术要点、工艺流程和技术要点 预先调质预先调质处理处理确定加热温确定加热温度与加热方式度与加热方式根据工件要根据工件要求选择功率求选择功率设计感应设计感应加热器加热器确定冷却方确定冷却方式与冷却介质式与冷却介质制定回火制定回火工艺参数工艺参数（1 1）前期的预先处理）前期的预先处理）前期的预先处理）前期的预先处理 中高碳钢经过调质处理后，心部可以获得强度和中高碳钢经过调质处理后，心部可以获得强度和中高碳钢经过调质处理后，心部可以获得强
28、度和中高碳钢经过调质处理后，心部可以获得强度和韧性的最佳性能配合，使用中与表面淬硬层形成韧性的最佳性能配合，使用中与表面淬硬层形成韧性的最佳性能配合，使用中与表面淬硬层形成韧性的最佳性能配合，使用中与表面淬硬层形成配合。配合。配合。配合。（2 2）表面硬度的选择）表面硬度的选择）表面硬度的选择）表面硬度的选择感应加热淬火后领件的硬度应根据零件的使用性感应加热淬火后领件的硬度应根据零件的使用性感应加热淬火后领件的硬度应根据零件的使用性感应加热淬火后领件的硬度应根据零件的使用性能确定：能确定：能确定：能确定：a a、用于摩擦部分，如曲轴颈常用、用于摩擦部分，如曲轴颈常用、用于摩擦部分，如曲轴颈常用
29、、用于摩擦部分，如曲轴颈常用HRC55HRC556262，凸轮轴常用，凸轮轴常用，凸轮轴常用，凸轮轴常用HRC56HRC566464；b b、用于、用于、用于、用于压碎、扭转及剪切部分的零件，硬度应高一些，压碎、扭转及剪切部分的零件，硬度应高一些，压碎、扭转及剪切部分的零件，硬度应高一些，压碎、扭转及剪切部分的零件，硬度应高一些，如锻锤锤头表面、汽车半轴、钢板弹簧等常用如锻锤锤头表面、汽车半轴、钢板弹簧等常用如锻锤锤头表面、汽车半轴、钢板弹簧等常用如锻锤锤头表面、汽车半轴、钢板弹簧等常用HRC50HRC506464。HRCHRC202060(2C60(2C1.3C1.3C2 2)（4）加热温度
30、的确定）加热温度的确定（5 5）感应加热淬火设备参数确定）感应加热淬火设备参数确定包括感应电源、感应圈、喷火装置。包括感应电源、感应圈、喷火装置。感应电源的输出频率主要有感应电源的输出频率主要有高频高频(100500KHz)、超音频超音频(20100KHz)、中频中频(0.510KHz)、和、和工频工频(50Hz)。频率是。频率是根据零件的尺寸和硬化层深度确定的。根据零件的尺寸和硬化层深度确定的。4.4.感应加热表面淬火的应用感应加热表面淬火的应用感应加热表面淬火的应用感应加热表面淬火的应用 （1 1）齿齿齿齿轮轮轮轮的的的的表表表表面面面面淬淬淬淬火火火火。齿齿齿齿轮轮轮轮一一一一般般般般用
31、用用用调调调调质质质质钢钢钢钢制制制制造造造造，如如如如4545、40Cr40Cr钢钢钢钢经经经经调调调调质质质质处处处处理理理理后后后后进进进进行行行行表表表表面面面面淬淬淬淬火火火火，然然然然后后后后自自自自回回回回火火火火得得得得表表表表面面面面组组组组织织织织为为为为隐隐隐隐晶晶晶晶回回回回火火火火MM，硬硬硬硬度度度度54-54-58HRC58HRC，心部组织为回火，心部组织为回火，心部组织为回火，心部组织为回火S S，硬度，硬度，硬度，硬度20-25HRC20-25HRC。（2 2）机机机机床床床床导导导导轨轨轨轨表表表表面面面面淬淬淬淬火火火火。车车车车床床床床导导导导轨轨轨轨由
32、由由由HT320HT320制制制制造造造造，原原原原始始始始组组组组织织织织为为为为珠珠珠珠光光光光体体体体+细细细细片片片片状状状状石石石石墨墨墨墨，导导导导轨轨轨轨表表表表面面面面要要要要求求求求耐耐耐耐磨磨磨磨，因因因因此此此此用用用用高高高高频频频频加加加加热热热热表表表表面面面面淬淬淬淬火火火火，获获获获得得得得马马马马氏氏氏氏体体体体+细细细细片片片片状状状状石石石石墨墨墨墨，硬硬硬硬度度度度提提提提高高高高到到到到484852HRC52HRC，淬硬层深度在淬硬层深度在淬硬层深度在淬硬层深度在1.5mm1.5mm。三、火焰加热表面淬火1.定义：火焰加热表面淬火就是用高温火定义：火焰
33、加热表面淬火就是用高温火焰迅速加热钢铁表面，然后喷水冷却，使焰迅速加热钢铁表面，然后喷水冷却，使表面获得马氏体组织的工艺方法。表面获得马氏体组织的工艺方法。2.工艺要点：使用的工艺要点：使用的燃料燃料主要是煤气主要是煤气(CO)或碳氢化合物（比如或碳氢化合物（比如C2H2），还有天然），还有天然气、液化石油气等；实际操作中，气、液化石油气等；实际操作中，通过控通过控制火焰与工件相对位置及两者相对移动速制火焰与工件相对位置及两者相对移动速度来控制工件的表面温度、加热层深度、度来控制工件的表面温度、加热层深度、加热速度等加热速度等。3.对材料的要求对材料的要求 火焰加热淬火前要对工件进行火焰加热淬
34、火前要对工件进行正火或调质正火或调质处理处理，获得细粒状或细片状珠光体或回，获得细粒状或细片状珠光体或回火索氏体，以得到综合机械性能。火索氏体，以得到综合机械性能。注意：由于火焰淬火注意：由于火焰淬火加热速度比感应加热加热速度比感应加热慢，慢，工件表面的温度梯度较为平缓，所工件表面的温度梯度较为平缓，所以过渡区较宽。以过渡区较宽。4.火焰加热的设备火焰加热的设备 火焰加热表面淬火需要的设备主要有火焰火焰加热表面淬火需要的设备主要有火焰喷枪、气体储罐、喷水装置等。喷枪、气体储罐、喷水装置等。5 5、火焰加热表面淬火工艺的特点、火焰加热表面淬火工艺的特点、火焰加热表面淬火工艺的特点、火焰加热表面淬
35、火工艺的特点与感应加热表面淬火相比，火焰加热与感应加热表面淬火相比，火焰加热与感应加热表面淬火相比，火焰加热与感应加热表面淬火相比，火焰加热设备简单，设备简单，设备简单，设备简单，投入小，移动灵活投入小，移动灵活投入小，移动灵活投入小，移动灵活，可以对大型难以移动零部件，可以对大型难以移动零部件，可以对大型难以移动零部件，可以对大型难以移动零部件进行加热。无需电源，相对节约能源。进行加热。无需电源，相对节约能源。进行加热。无需电源，相对节约能源。进行加热。无需电源，相对节约能源。但是，它也有固有的不足之处即：但是，它也有固有的不足之处即：但是，它也有固有的不足之处即：但是，它也有固有的不足之处
36、即：火焰加热速度火焰加热速度火焰加热速度火焰加热速度低低低低所以生产效率低，淬硬层厚，表面晶粒不够细所以生产效率低，淬硬层厚，表面晶粒不够细所以生产效率低，淬硬层厚，表面晶粒不够细所以生产效率低，淬硬层厚，表面晶粒不够细化，氧化脱碳现象比较明显，淬硬层的均匀性远化，氧化脱碳现象比较明显，淬硬层的均匀性远化，氧化脱碳现象比较明显，淬硬层的均匀性远化，氧化脱碳现象比较明显，淬硬层的均匀性远不如感应加热淬火，质量控制存在困难。又因它不如感应加热淬火，质量控制存在困难。又因它不如感应加热淬火，质量控制存在困难。又因它不如感应加热淬火，质量控制存在困难。又因它的火焰喷头结构要比感应圈复杂，尺寸不可能做的
37、火焰喷头结构要比感应圈复杂，尺寸不可能做的火焰喷头结构要比感应圈复杂，尺寸不可能做的火焰喷头结构要比感应圈复杂，尺寸不可能做的过小，形状不能过于复杂。因此主要的过小，形状不能过于复杂。因此主要的过小，形状不能过于复杂。因此主要的过小，形状不能过于复杂。因此主要用于单件、用于单件、用于单件、用于单件、小批量生产及大型零件如齿轮、轴、轧辊、导轨小批量生产及大型零件如齿轮、轴、轧辊、导轨小批量生产及大型零件如齿轮、轴、轧辊、导轨小批量生产及大型零件如齿轮、轴、轧辊、导轨等的表面淬火等的表面淬火等的表面淬火等的表面淬火。四、激光加热表面淬火1.1.定义：利用聚焦定义：利用聚焦定义：利用聚焦定义：利用聚
38、焦后的激光束照射到后的激光束照射到后的激光束照射到后的激光束照射到工件表面，使其温工件表面，使其温工件表面，使其温工件表面，使其温度迅速上升到相变度迅速上升到相变度迅速上升到相变度迅速上升到相变点以上然后移开激点以上然后移开激点以上然后移开激点以上然后移开激光，利用工件自身光，利用工件自身光，利用工件自身光，利用工件自身的冷却达到淬火目的冷却达到淬火目的冷却达到淬火目的冷却达到淬火目的。的。的。的。2.2.特点：特点：特点：特点：（1 1）加热和冷却速度快加热和冷却速度快加热和冷却速度快加热和冷却速度快 加热速度可以达到加热速度可以达到加热速度可以达到加热速度可以达到10105 510109
39、9/s/s；相应的加热时间为；相应的加热时间为；相应的加热时间为；相应的加热时间为1010-3-31010-7-7s s；冷却速度；冷却速度；冷却速度；冷却速度可达可达可达可达10104 410107 7/s/s。扫描速度越快，冷却速度越快。扫描速度越快，冷却速度越快。扫描速度越快，冷却速度越快。扫描速度越快，冷却速度越快。（2 2）硬度高硬度高硬度高硬度高 激光淬火的表面硬度比常规淬火层高激光淬火的表面硬度比常规淬火层高激光淬火的表面硬度比常规淬火层高激光淬火的表面硬度比常规淬火层高15152020。而铸铁淬火后耐磨性可以提高。而铸铁淬火后耐磨性可以提高。而铸铁淬火后耐磨性可以提高。而铸铁淬
40、火后耐磨性可以提高3 35 5倍。倍。倍。倍。（3 3）对基体热影响小对基体热影响小对基体热影响小对基体热影响小 因为加热速度很快，硬化层因为加热速度很快，硬化层因为加热速度很快，硬化层因为加热速度很快，硬化层薄薄薄薄(一般在一般在一般在一般在0.30.30.5mm)0.5mm)，且硬化层深度可控，所，且硬化层深度可控，所，且硬化层深度可控，所，且硬化层深度可控，所以对基体基本没有热影响，表面几乎没有氧化脱以对基体基本没有热影响，表面几乎没有氧化脱以对基体基本没有热影响，表面几乎没有氧化脱以对基体基本没有热影响，表面几乎没有氧化脱碳，可以作为最后加工工序。碳，可以作为最后加工工序。碳，可以作为
41、最后加工工序。碳，可以作为最后加工工序。（4 4）工艺灵活，可以对工件的工艺灵活，可以对工件的工艺灵活，可以对工件的工艺灵活，可以对工件的局部进行加热淬火局部进行加热淬火局部进行加热淬火局部进行加热淬火，只要是激光能达到的部位均可以进行加热。只要是激光能达到的部位均可以进行加热。只要是激光能达到的部位均可以进行加热。只要是激光能达到的部位均可以进行加热。（5 5）因为加热快，可以靠）因为加热快，可以靠）因为加热快，可以靠）因为加热快，可以靠自冷淬火自冷淬火自冷淬火自冷淬火，工艺过程简，工艺过程简，工艺过程简，工艺过程简单，表面氧化倾向小。单，表面氧化倾向小。单，表面氧化倾向小。单，表面氧化倾向
42、小。3 3、激光淬火适合的材料和零件、激光淬火适合的材料和零件、激光淬火适合的材料和零件、激光淬火适合的材料和零件从目前研究和应用的情况来看，激光相变硬化的从目前研究和应用的情况来看，激光相变硬化的从目前研究和应用的情况来看，激光相变硬化的从目前研究和应用的情况来看，激光相变硬化的主要材料是钢和铸铁，一些有色金属材料如钛合主要材料是钢和铸铁，一些有色金属材料如钛合主要材料是钢和铸铁，一些有色金属材料如钛合主要材料是钢和铸铁，一些有色金属材料如钛合金、铝合金、铜合金、镁合金、锆合金等也可以金、铝合金、铜合金、镁合金、锆合金等也可以金、铝合金、铜合金、镁合金、锆合金等也可以金、铝合金、铜合金、镁合
43、金、锆合金等也可以通过激光相变达到硬化目的。通过激光相变达到硬化目的。通过激光相变达到硬化目的。通过激光相变达到硬化目的。激光淬火最适合需要局部表面硬化的零件激光淬火最适合需要局部表面硬化的零件激光淬火最适合需要局部表面硬化的零件激光淬火最适合需要局部表面硬化的零件，目，目，目，目前国内外广泛应用于汽车缸套、机床导轨、刀具、前国内外广泛应用于汽车缸套、机床导轨、刀具、前国内外广泛应用于汽车缸套、机床导轨、刀具、前国内外广泛应用于汽车缸套、机床导轨、刀具、模具、农机、军工产品等。模具、农机、军工产品等。模具、农机、军工产品等。模具、农机、军工产品等。序序号号零件名称零件名称公司公司应用效果应用效
44、果1 1汽汽车车转转向向器器箱箱体体内孔内孔美国通用汽车公司美国通用汽车公司每每件件处处理理时时间间18s18s，耐耐磨磨性性提提高高9 9倍倍，操操作作费费用用只只有有高高频频淬淬火火或或渗渗碳处理的碳处理的1/51/52 2汽汽车车曲曲轴轴、活活塞塞环等环等美国通用汽车公司美国通用汽车公司活塞环活塞环1 1只只/50s/50s，曲轴，曲轴7070根根/h/h3 3汽车缸套汽车缸套前前苏苏联联莫莫斯斯科科共共青青团汽车厂团汽车厂缸缸盖盖抗抗爆爆燃燃烧烧破破坏坏寿寿命命由由190h190h提提高到高到500h500h4 4汽车后桥汽车后桥前前苏苏联联莫莫斯斯科科共共青青团汽车厂团汽车厂使用寿命
45、提高使用寿命提高1010倍倍5 5轿轿车车发发动动机机缸缸体体内壁内壁意意大大利利菲菲亚亚特特汽汽车车公司公司取消缸套，提高了寿命取消缸套，提高了寿命6 6T10T10钢落料冲模钢落料冲模第一汽车制造厂第一汽车制造厂冲冲模模刀刀刃刃硬硬度度达达到到HV1200HV120013501350，首首次次重重磨磨寿寿命命由由0.450.450.50.5万万次提高到次提高到1.01.01.41.4万次万次7 7氮化钢工具氮化钢工具美国通用汽车公司美国通用汽车公司寿命提高寿命提高2.52.5倍倍8 8飞飞机机重重载载齿齿轮轮、AH-64AH-64直直 升升 机机 行行星星齿齿轮轮、传传动动齿齿轮轮美国美国
46、取代渗碳处理取代渗碳处理9 9飞飞机机发发动动机机气气缸缸内壁内壁美国阿苻科公司美国阿苻科公司取取代代氮氮化化处处理理，生生产产效效率率提提高高10001000倍倍1 10 0导导弹弹发发射射系系统统用用凸轮凸轮美国美国取取代代氮氮化化处处理理，变变形形小小，硬硬度度高高，电力消耗减少电力消耗减少7171。五、其他激光表面处理技术激激光光表表面面处处理理是是新新兴兴的的激激光光技技术术与与历历史史悠悠久久的的金金属属热热处处理理相相结结合合的的产产物物，是是在在材材料料表表面面施施加加极极高高的的能能量量，使使之之发发生生物物理理化化学学变变化化，从从而而显显著著改改变变材材料料的的硬硬度度、
47、强度、耐磨性、耐蚀性和高温性能等。强度、耐磨性、耐蚀性和高温性能等。激激光光表表面面处处理理工工艺艺主主要要包包括括相相变变硬硬化化、熔熔凝凝、涂涂敷敷、合合金金化化、非非晶晶化化和和微微晶晶化化、冲击强化等。冲击强化等。TJTJHLHLT5000T5000激光器激光器该系统由该系统由5KW5KW高功率电激励连续高功率电激励连续COCO2 2激光器和四轴三激光器和四轴三联动数控机床成。联动数控机床成。用用用用激激激激光光光光熔熔熔熔敷敷敷敷技技技技术术术术研研研研究究究究制制制制备备备备了了了了超超超超细细细细(微微微微纳纳纳纳米米米米)耐耐耐耐磨磨磨磨复复复复合合合合涂涂涂涂层层层层和和和和
48、TiBTiBTiBTiB2 2 2 2陶陶陶陶瓷瓷瓷瓷复复复复合合合合涂涂涂涂层层层层，对对对对涂涂涂涂层层层层的的的的成成成成分分分分、组组组组织织织织结结结结构构构构和和和和性性性性能能能能进进进进行行行行了了了了深深深深入入入入的的的的实实实实验验验验和和和和理理理理论论论论研研研研究究究究，填填填填补补补补了了了了国国国国内内内内外外外外在在在在激激激激光光光光熔熔熔熔敷敷敷敷微微微微纳纳纳纳米米米米WCWCWCWC复复复复合合合合涂涂涂涂层层层层和和和和TiBTiBTiBTiB2 2 2 2复复复复合合合合涂涂涂涂层层层层的的的的空白。空白。空白。空白。激光焊接激光焊接激光焊接激光焊接金刚石刀片焊接金刚石刀片焊接金刚石刀片焊接金刚石刀片焊接激光熔覆激光熔覆激光熔覆激光熔覆凸轮轴的修复凸轮轴的修复凸轮轴的修复凸轮轴的修复抗磨环抗磨环抗磨环抗磨环激光热处理激光热处理激光热处理激光热处理型煤轧辊型煤轧辊型煤轧辊型煤轧辊空心轴空心轴空心轴空心轴金刚石刀片焊接磨损失效的凸轮轴型煤轧辊思考题简述表面形变强化机理简述表面相变强化的特点此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢