钢的表面热处理工艺的特点及分类

在生产中，有些零件的表面要求高的硬度和耐磨性，而心部却要求一定的强度和足够的韧性。采用一般淬火、回火工艺无法达到这种要求，这时需要进行表面热处理，以达到强化表面的目的。

表面热处理分为两类：一类是指改变表面组织而不改变表面化学成分的热处理，称为表面淬火；另一类是同时改变表面化学成分及组织的热处理，称为化学热处理。

1．表面淬火

表面淬火是将工件快速加热，使表层迅速达到淬火温度，而不等心部升温就快速冷却的热处理工艺。工件经表面淬火后能获得表面层硬度高、耐磨，心部韧性好的性能。常用的表面淬火方法有感应加热表面淬火和火焰加热表面淬火。

1）感应加热表面淬火

感应加热表面淬火是利用电磁感应原理加热工件表面到淬火温度，并快速冷却的淬火工艺。

当导体线圈中通过一定频率的交流电时，在线圈周围将产生一个频率相同的交变磁场，于是工件内就会产生频率相同、方向相反的感应电流。感应电流在工件内自成回路，形成“涡流”。涡流主要集中在工件表层，并且频率越高，电流集中的表层越薄。这种现象称为“集肤效应”。由于钢本身具有电阻，因而集中于工件表面的涡流可使表层迅速加热到淬火温度，而心部温度仍接近室温，这样在随即喷水快速冷却后，就可达到表面淬火的目的。

在生产中，根据表面淬硬层深度要求，应选择合适频率的感应加热设备进行加热。高频感应加热采用频率为100~1000kHz的交流电，淬硬层深度为1~2mm；中频感应加热采用频率为1~10kHz的交流电，淬硬层深度为3~5mm；工频感应加热用工业频率50Hz的交流电，淬硬层深度可大于10~15mm。

感应加热的优点是加热速度快，操作方便，生产率高；淬火后晶粒细小，力学性能较好；加热时不易产生变形及氧化脱碳现象；易实现机械化和自动化，适合大批量生产。它的缺点是设备比较昂贵。

感应加热表面淬火的钢材多是中碳钢和中碳合金钢等。

2）火焰加热表面淬火

火焰加热表面淬火是以高温火焰为热源的一种表面淬火方法。常用氧气-乙炔混合气休燃烧所形成的火焰喷射到工件表面上，实现快速加热。当工件表面达到淬火温度后，立即喷水冷却。

由于火焰加热表面淬火方法简单，设备简单，投资少，故适用于单件或小批量生产，但火焰加热温度不易控制，工件表面易过热，淬火质量不够稳定。

火焰加热表面淬火适合于由中碳钢、中碳合金钢等制成的大型工件的表面淬火。

2．化学热处理

钢的化学热处理是将工件放入某种化学介质中，通过加热和保温，改变表面层的化学成分和组织，从而改变表面层性能的一种热处理工艺。与表面淬火相比，这种热处理的特点是钢的表面层不仅有组织的变化，而且还有化学成分的变化。目前在机械制造业中，常用的化学热处理有渗碳、渗氮和碳氮共渗等。

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