在鋼材的生產(chǎn)實(shí)際中，許多機(jī)械零件如軸、齒輪、凸輪等，要求表面有較高的耐磨性，而心部則要求有足夠的塑性和韌性。采用表面淬火可以適應(yīng)上述要求。

表面淬火是通過(guò)快速加熱使鋼表層奧氏體化，然后淬火冷卻，這樣表層便可獲得硬而耐磨的馬氏體組織，而心部組織并未發(fā)生變化，仍保持著較高的塑韌性。由于這一熱處理工藝具有一系列優(yōu)點(diǎn)，因此，在機(jī)械制造業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。目前生產(chǎn)中應(yīng)用最多的是感應(yīng)加熱表面淬火和火焰加熱表面淬火。

（1）感應(yīng)加熱表面淬火

1）感應(yīng)加熱表面淬火的原理及種類

這種表面淬火法的原理如圖1．4．24所示。把工件放入由空心銅管繞成的感應(yīng)圈（線圈）中，通入一定頻率的交變電流以產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，于是在工件中便產(chǎn)生同頻率的感應(yīng)電流。由于高頻電流的集膚效應(yīng)，表面電流密度極大，心部電流密度小，因此可使工件表層迅速加熱到淬火溫度，在隨即的噴水（合金鋼浸油）快速冷卻后，就達(dá)到了表面淬火的目的。而心部溫度很低，并未淬火，仍保持原來(lái)的組織和性能。

圖1．4．24　感應(yīng)加熱表面淬火示意圖

感應(yīng)電流透入工件表層的深度，主要取決于電流頻率，頻率越高，電流透入深度越淺，工件淬硬層越薄。根據(jù)所用電流頻率的不同，感應(yīng)加熱可分為3種：

①高頻感應(yīng)加熱　常用頻率為200～300 kHz，脆硬層深度為0．5～2．5 mm，適用于中小尺寸的軸類零件及中小模數(shù)的齒輪等。

②中頻感應(yīng)加熱　常用頻率為2 500～8 000 Hz，脆硬層深度為3～8mm，適用于較大尺寸的軸和大中模數(shù)的齒輪等。

③工頻感應(yīng)加熱　電流頻率為50 Hz，脆硬層深度可達(dá)10～20 mm，適用于大直徑零件，例如軋輥、火車(chē)車(chē)輪等的表面淬火。

2）感應(yīng)加熱表面淬火的特點(diǎn)和應(yīng)用

與普通淬火相比，感應(yīng)加熱表面淬火具有如下特點(diǎn)：

①加熱速度很大，工件表面升溫快，奧氏體化所需時(shí)間短；

②淬火加熱溫度高，過(guò)熱度大，奧氏體形核多，并且在其長(zhǎng)大之前就已冷卻，所以工件表層得到極細(xì)的馬氏體組織，其硬度比普通淬火時(shí)高2～3 HRC，且脆性較低，再加上工件表面形成殘余壓應(yīng)力，因此可使工件的疲勞強(qiáng)度顯著提高；

③感應(yīng)加熱時(shí)間短，工件表面不易氧化脫碳，且變形很??；

④生產(chǎn)效率高，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化生產(chǎn)；

⑤淬硬層深度容易控制。

由于感應(yīng)加熱表面淬火具有上述特點(diǎn)，使得該工藝在汽車(chē)、機(jī)床等制造業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。但感應(yīng)加熱設(shè)備較貴，維修、調(diào)整比較困難，且不適于單件和形狀復(fù)雜零件的生產(chǎn)。

感應(yīng)加熱表面淬火主要適用于中碳鋼和中碳合金鋼，例如45，40Cr等，也可用于高碳工具鋼和鑄鐵件等。

零件在表面淬火之前通常要進(jìn)行正火或調(diào)質(zhì)，表面淬火后需進(jìn)行低溫回火，以降低淬火應(yīng)力和脆性。

對(duì)表面淬火零件，在設(shè)計(jì)圖紙上應(yīng)標(biāo)明淬硬層硬度與深度、淬硬部位，有的還應(yīng)提出對(duì)金相組織及限制變形的要求。

（2）火焰加熱表面淬火

火焰加熱表面淬火法是用乙炔-氧火焰或煤氣-氧火焰對(duì)工件表面進(jìn)行快速加熱，當(dāng)達(dá)到淬火溫度時(shí)立即噴水冷卻，以提高工件表面的硬度和耐磨性。其淬硬層深度一般為2～6 mm。

火焰加熱表面淬火的優(yōu)點(diǎn)是方法簡(jiǎn)單、不需要特殊設(shè)備、成本低、靈活性大，可適合各種生產(chǎn)場(chǎng)合。缺點(diǎn)是加熱溫度不易控制，工件表面易過(guò)熱，淬火質(zhì)量不夠穩(wěn)定，對(duì)工人的技術(shù)水平要求較高。這種方法適用于單件小批量生產(chǎn)以及大型零件（如大型軸類、大模數(shù)齒輪等）的表面淬火。

（3）激光加熱表面淬火

激光加熱表面淬火是20世紀(jì)70年代初發(fā)展起來(lái)的一種新型的高能量密度的表面強(qiáng)化方法。這種表面淬火方法是用激光束掃描工件表面，使工件表面迅速加熱到鋼的臨界點(diǎn)以上，而當(dāng)激光束離開(kāi)工件表面時(shí)，由于基體金屬的大量吸熱，使表面獲得急速冷卻，而無(wú)須冷卻介質(zhì)。

激光淬火淬硬層深度一般為0．3～0．5 mm。激光淬火后表層獲得極細(xì)的馬氏體組織，硬度高且耐磨性好，其耐磨性比淬火加低溫回火提高50%。激光淬火能對(duì)形狀復(fù)雜的工件，如工件的拐角、溝槽、盲孔底部或深孔的側(cè)壁進(jìn)行處理，而這些部位是其他表面淬火方法難以做到的。