钢材表面热处理技术介绍

1.表面淬火

所谓表面淬火，顾名思义就是仅把零件需耐磨的表层淬硬，而中心仍保持未淬火的高韧性状态。表面淬火必须用高速加热法使零件表面层很快达到淬火温度，而不等其热量传至内部，立即冷却使表面层淬硬。

表面淬火用的钢材必须是中碳（0.35%）以上的钢，常用40、45钢或中碳合金钢40Cr等。

（1）火焰加热表面淬火

用高温的氧—乙炔火焰或氧与其他可燃气（煤气、天然气等）的火焰，将零件表面迅速加热到淬火温度，然后立即喷水冷却。

（2）感应加热表面淬火

这是利用感应电流，使钢表面迅速加热后淬火的一种方法。此法具有效率高、工艺易于操作和控制等优点，所以目前在机床、机车拖拉机以及矿山机器等机械制造工业中得到了广泛的应用。常用的有高频和中频感应加热两种。

2.化学热处理

化学热处理是通过改变钢件表层化学成分，使热处理后的表层和芯部组织不同，从而使表面获得与芯部不同的性能，将工件放在一定的活性介质中加热，使某些元素渗入工件表层，以改变表层化学成分和组织，从而改善表层性能的热处理工艺。

化学热处理的方法很多，已用于生产的有渗碳、渗氮、碳氮共渗（提高零件的表面硬度增加耐磨性和疲劳强度等）以及渗金属等多种。不论哪一种方法都是通过以下三个基本过程来完成的：

①分解：介质在一定的温度下，发生化学分解，产生渗入元素的活性原子；

②吸收：活性原子被工件表面吸收，例如活性碳原子溶入铁的晶格中形成固溶体、与铁化合成金属化合物；

③扩散：渗入的活性原子，在一定的温度下，由表面向中心扩散，形成一定厚度的扩散层（渗层）。(www.xing528.com)

（1）渗碳

为了增加钢表面的含碳量，将钢件放入含碳的介质中，加热并保温，使钢件表层提高含碳量，这一工艺称为渗碳。

低碳钢或低碳合金钢可采用渗碳处理，例如：15、20、20cr等钢。渗碳件经淬火和低温回火后，表面具有高硬度、高耐磨性及较高的疲劳强度，而芯部仍保持良好的韧性和塑性。

（2）渗氮

在一定温度下，使活性氮原子渗入工件表面的化学热处理工艺称为渗氮。它与渗碳相比，渗氮层有更高的硬度、耐磨性、疲劳强度和耐蚀性。

专用的渗氮钢为38CrMoAlA，经渗氮后，表面硬度可达（950～1 200）HV。渗氮是在较低的温度下完成的，渗氮后无须淬火，因此变形小，但渗氮生产周期长、工艺复杂、成本高，需用专用渗氮钢。

（3）碳氮共渗

在一定温度下，将碳、氮同时渗入工件表层，并以渗碳为主的化学热处理工艺称为碳氮共渗。碳氮共渗与渗碳相比，不仅加热温度低，零件不易过热，变形小，而且渗层有较高的硬度、耐磨性、疲劳强度。其适用钢种：低、中碳钢及合金钢。

（4）渗金属

渗金属是指以金属原子渗入钢的表面层的过程。它是使钢的表面层合金化，以使工件表面具有某些合金钢、特殊钢的特性，如：耐热、耐磨、抗氧化、耐腐蚀等。生产中常用的有渗铝、渗铬、渗硼、渗硅等。通俗地讲，就是使一种或多种金属原子渗入金属工件表层内的化学热处理工艺。将金属工件放在含有渗入金属元素的渗剂中，加热到一定温度，保持适当时间后，渗剂热分解所产生的渗入金属元素的活性原子便被吸附到工件表面，并扩散进入工件表层，从而改变工件表层的化学成分、组织和性能。

随着科技的发展，金属材料的热处理，还有变形热处理及真空热处理等方法，近年来在冶金和机械制造业中已获得广泛应用。