④激光加热表面淬火
⑤等离子体加热表面淬火 工业上使用最多的是① ② 四、感应加热表面淬火
通过使零件表面产生一定频率的感应电流，将零件表面迅速加热到淬火温度，然后迅速喷水冷却的一种表面淬火方法。 1、 感应加热的原理
零件放在感应器（空心铜管绕成）中，感应器中通以中频或高频交流电
（500-300000Hz）以产生交变磁场，于是零件表面就有感应产生同频率的 感应电流。这种感应电流在零件表层电流密度很大，离开表层则很快衰减，零件内部感应电流几乎为零━集肤效应，且频率越高，电流集中层越浅。
由于零件本身存在电阻，因此集中于表层的电流，可使零件表层迅速被加
热，在几秒钟内升温到800-1000℃，而心部温度接近室温，经迅速喷水淬火冷却，使零件表层淬硬，心部仍保持较好的塑性、韧性。
2、感应加热频率的选用
感应电流集中层的厚度取决于电流频率，频率越高，集中层越薄，即淬透
层越薄，因此可通过控制电流频率来控制淬硬层深度，非常方便。
高频加热： 100-500KHz， 常用200-300KHz 中频加热： 500-10000Hz, 常用2500-8000Hz 工频加热： 50Hz、
3、感应加热表面淬火的特点
优点：①加热速度极大，使珠光体转变为奥氏体的转变温度升高，转变时
间极短（不需保温），转变速度极快。
②淬火后，可使零件表层获得极细的“隐晶马氏体”组织，零件表
层具有比普通淬火稍高的硬度（高2-3HRC），较低的脆性，较高的疲劳强度。
③零件不易氧化、脱碳，且变形小。
④零件淬硬层深度易于控制，操作易实现自动化，生产率高。 缺点：设备投资大，只适用于外形简单的零件，形状复杂的零件，感应器
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不易制造。
4、表面淬火的预热处理
为了保证淬火质量，改善零件心部机械性能，表面淬火前，可进行正
火或调质预热处理。对心部机械性能要求不高的零件，可进行正火预热处理；对心部机械性能要求高的零件，可进行调质预热处理。
五、火焰加热表面淬火
用氧-乙炔、氧-煤气混合气体燃烧产生的火焰，喷射在零件表面，是之快速升温，当温度达到淬火温度时，迅速喷水冷却，从而获得表面淬硬层的淬火方法。
火焰加热表面淬火的淬硬层一般为2～6mm，若要获得更深的淬硬层，，则会引起零件表面过热，且易淬裂。
优点：简单，不需特殊设备，操作灵活，尤适合局部表面淬火。 缺点：生产效率低，淬火质量不稳定，表面易过热。 六、等离子体加热表面淬火
等离子体：气体放电过程中所形成的有关离子的集合体。
等离子体加热表面淬火，能耗低，效率高，设备便宜，使激光加热表面淬火的替代技术。
已发现物质的七态：气态、液态、固态、等离子体态、反物质态、超固态（地心，比金刚石坚硬）、辐射场态。
退火、正火、淬火、回火 物理热处理 热处理 表面淬火
化学热处理：渗碳、渗氮、渗金属
前述热处理，都属于物理热处理，简单而有效，这是这种古老技术目前仍广泛使用的原因。但由于不改变材料的化学成分，因此其作用是有限的。 例如：表面淬火→中碳钢
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第八节 钢的化学热处理
前面所讲的热处理工艺（退火、正火、淬火、回火、表面淬火），都是在不 改变钢的化学成分的前提下，通过对材料进行加热、冷却来改变材料的组织，而获得所需性能的。这些热处理工艺既简单而有效，但有局限性。
如：表面淬火，钢材的合适含C量为0.4～0.5%。由于表层性能与心部性能矛盾“外硬内韧”，只能选用中碳钢来制作，虽然既照顾了“外硬”，又兼顾了“内韧”，但“外硬”与“内韧”的水平都不高。
要解决这一问题，可以采用化学热处理的方法。化学热处理与物理热处理最大的区别是前者改变了钢的化学成分。 一、化学热处理及分类 1、化学热处理
将零件臵于一定介质中加热、保温，使介质中的活性原子渗入零件表层，
以改变表层的化学成分和组织，从而使零件表层具有所需的特殊性能。
2、分类
按渗入元素的不同，化学热处理分为：渗碳、氮化、碳氮共渗、渗金属
（钒、铌，…）。
3、化学热处理进行的必要条件
a、材料本身对欲渗的活性原子具有一定的溶解度，或具有与活性原子形
成化合物的能力。
b、渗入的原子必须具有化学活性和较大的扩散能力。 4、化学热处理的基本过程
a、钢材料和介质加热到高温，以提高对活性原子的溶解度，提高活性原
子扩散能力；同时介质在高温下分解，产生活性原子。
b、活性原子被钢吸收，并由表及里扩散，在表层（扩散层）形成固溶体
或化合物。
二、钢的渗碳
1、渗碳：是向钢表层渗入碳原子的过程。
2、渗碳目的：提高钢表层的含碳量，经热处理后，使表层具有高硬度，高
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耐磨性，而心部仍保持一定的强度，较高的塑、韧性。
3、渗碳钢材：采用低碳钢，低碳合金钢（零件表面塑、韧性很好）。 15 20 20Cr 20CrMnTi 4、渗碳工艺的分类
按所用渗碳介质的不同，分为：气体渗碳、固体渗碳、液体渗碳、等离
子体渗碳。
5、气体渗碳
a、原理： 900～950℃
CH4 高温 [C]+2H2
2CO 高温 [C]+CO2 CO+H2 高温 [C]+H2O
活性[C]溶入高温奥氏体（面心立方），然后向内部扩散。
b、影响渗碳过程的因素 ①加热温度
加热温度越高，渗碳速度越大，扩散层厚度越大；但温度过高，会
引起晶粒长大，零件变形严重。一般为Ac3+50～80℃，即900～950℃。
②保温时间
保温时间越长，获得的渗碳层厚度越大，但达到一定厚度后，渗碳
层的厚度随时间的延长变化不大。
c、渗碳后的热处理
零件渗碳后，应进行热处理，淬火+低温回火，以提高零件表面的硬
度及耐磨性。
热处理组织：表面为回火马氏体M回+粒状渗碳体（过共析钢），心
部组织根据钢的淬透性，HRC58～62.
低碳钢20：F+P HRC10～15
低合金钢20CrMnTi:低碳M回+F HRC35～45 d、渗碳浓度的控制
为了保证零件表层的机械性能，一般渗碳后表层含碳量控制在
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0.85～1.05%范围内。
含碳量过低，表层硬度低，耐磨性差。
含碳量过高，表层出现大量渗碳体，引起脆性、剥落，同时残余奥
氏体含量增加，影响耐磨性及疲劳强度。
e、渗碳零件的加工工艺路线
坯料→锻造→正火→机械加工→渗碳→淬火→低温→回火→精加工
→成品。
6、等离子体渗碳
a、原理：e→CH4=[C]++2H2+2e
以容器壁（炉壁）为阳极，工件为阴极，通入可控直流电，产生等离
子体。等离子体中离化的碳原子高速轰击工件表面，所带的动能转化 为热能，使工件加热到所需温度，同C被工件表面吸收，并向内部扩 散。
b、与气体渗碳的区别
①气体渗碳速度低，而等离子体渗碳速度是气体渗碳的几倍。 ②气体渗碳存在碳黑（活性差）问题，渗碳能力受到限制，等离子
体渗碳不产生碳黑。
7、固体渗碳
采用固体渗碳剂：碳粒+碳酸盐 原理：BaCO3 加热 BaO+CO2 C（碳粒）+CO2 加热 2CO 2CO 900～950℃ [C]+CO2
与气体渗碳相比，固体渗碳速度慢、生产率低，且质量不易控制；但
设备简单，适用于小型零件。
三、钢的氮化（渗氮）
1、氮化是向钢的表层渗入氮原子的过程。
2、氮化的目的：提高钢的表面硬度、耐磨性、疲劳强度、耐腐蚀性。 3、氮化用钢：含有Al、Cr、Mo、V、Ti等合金元素的钢。 最典型的38CrMoAl,35CrMo,18CrNiW。
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