表面热处理技术指南：工艺原理与应用实践

一、表面热处理核心原理

技术定义：
通过高能量密度热源选择性加热工件表层，实现表层组织改性而心部性能不变的热处理工艺。

能量密度要求：

热源类型

能量密度(W/cm²)

加热速度(℃/s)

火焰加热

10³-10?

50-200

感应加热

10?-10?

100-1000

激光

10?-10?

10³-10?

电子束

10?-10?

10?-10?

二、火焰淬火工艺规范

工艺流程：

火焰调整 → 预热(150-200℃) → 加热(800-950℃) → 淬冷(水/聚合物) → 回火(180-220℃)

关键参数：

火焰距离：10-40mm

移动速度：50-300mm/min

淬硬层深：2-6mm（典型值）

适用场景：

大型轧辊（Φ＞500mm）

机床导轨局部强化

小批量异形件处理

三、感应淬火技术详解

频率选择标准：

频率范围

透入深度

适用零件

高频(50-500kHz)

0.5-2mm

齿轮、小轴

中频(1-10kHz)

2-5mm

曲轴、凸轮轴

工频(50Hz)

＞10mm

轧辊、大型轴类

工艺优势：

加热速度极快（＜1秒达淬火温）

硬度梯度可控（过渡区＜30%层深）

变形量小（＜0.1mm/m）

四、技术对比分析

指标

火焰淬火

感应淬火

设备成本

低(5-10万)

高(50-300万)

生产效率

0.5-2m²/h

3-10m²/h

硬度一致性

±3HRC

±1HRC

能耗

800-1200kW·h/t

300-500kW·h/t

五、质量控制要点

硬度检测：

表面硬度：58-62HRC（中碳钢）

梯度要求：0.1mm处降幅＜5HRC

金相标准：

马氏体等级：≤3级（GB/T 5617）

残余奥氏体：＜15%

常见缺陷防治：

开裂：控制加热梯度（＜100℃/mm）

软点：确保冷却均匀性（流速＞2m/s）

六、新兴技术发展

激光表面淬火：

光斑直径：0.1-10mm可调

典型应用：精密模具R角强化

电子束表面处理：

真空环境处理（10?³Pa）

深度控制精度：±0.05mm