各种表面淬火的工艺发展历程及优缺点

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如题
例如单缸机曲轴的淬火工艺，从发展路线来看有等温淬火、气体氮化、离子氮化和感应淬火
各种方式有何优缺点？
欢迎大家共同分析和探讨，如果深入交流的话，未尝不是一个很好的题目，可做专题讨论了

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等温淬火技术 是一种等温热处理工艺，当此技术在铸铁材料上应用时，可产生一种超出常规热处理工艺的更强韧的结构。常规热处理是把部件在可控气氛内加热至“红热”状态，然后在接近室温的油或水内淬火。（油或水的温度可能甚至高达几百华氏度。）这样产生的晶状结构被称为马氏体，这是一种坚硬和脆性的金相。部件随后在另一个加热炉内进行回火处理（177-593°C），以降低材料的“脆性”。

氮化处理 是将钢铁零件放在渗氮化介质中，在一定温度下保温，使氮原子渗入工件表面层的热处理工艺。
（1）氮化处理优点
经氮化处理的零件具有以下优点。
①高硬度和高耐磨性   对38CrMoAlA等氮化钢制零件，氮化后的表层硬度可以提高到HV1000~1200，相当于HRC70左右。这显然是一般淬火或渗碳淬火处理达不到的。尤其宝贵的是，这种高硬度可在500℃左右长期保持不下降。由于硬度高，耐磨性也很好，能抗各种类型的磨损。
②较高的疲劳强度   氮化后，零件表面形成的各种氮化物相的比容比铁大，因此氮化后表面产生了较大的残余压应力。表层残作压应力的存在，能部分地抵消在疲劳载荷下产生的拉就力，延缓疲劳破坏过程，使疲劳强度显著提高。同时氮化还使工件的缺口敏感性降低。一般合金钢氮化后，疲劳极限可提高25%~35%；有缺口的试样，可提高2~3倍。
③较高的抗咬合性能  一些承受高速相对滑动的零件很容易发生卡死或擦伤，而氮化零件在短时间缺乏润滑或过热的条件下，仍能保持高硬度，具有较高的抗咬合性能。
④较高的抗蚀性   氮化后零件表面形成了一层致密的化学稳定性较高的氮化物层，显著地提高了抗腐蚀性能，并能抵抗大气、自来水、水蒸气、苯、油污、弱减性溶液的腐蚀，保持了良好的抗蚀性。
⑤变形小且具有规律性   因为氮化温度低，一般为480~580℃，升降温速度又很慢，零件心部也无组织转变，仍保持调质状态的组织，所以氮化后的零件变形很小，而且变形的规律可以掌握和控制。
（2）氮化处理的缺点
由于氮化温度低，所以氮化速度远比其它化学热处理如渗碳慢得多。例如获得1mm深的渗层，用渗碳处理，只要6~9h，而获得0.5mm深的氮化层，用普通气体氮化，需要40~50h。所以氮化是一种成本高、费时、费电、效率极低的热处理工艺。另外，氮化处理是一般只适用于某些特定成分的钢种，如含有Cr、Mo、Al、W、V、Ti等合金元素的钢种，否则难以达到氮化处理对性能的要求。

离子渗氮 　又称辉光渗氮，是利用辉光放电原理进行的。把金属工件作为阴极放入通有含氮介质的负压容器中，通电后介质中的氮氢原子被电离，在阴阳极之间形成等离子区。在等离子区强电场作用下，氮和氢的正离子以高速向工件表面轰击。离子的高动能转变为热能，加热工件表面至所需温度。由于离子的轰击，工件表面产生原子溅射，因而得到净化，同时由于吸附和扩散作用，氮遂渗入工件表面。
  与一般的气体渗氮相比，离子渗氮的特点是：
①可适当缩短渗氮周期；
②渗氮层脆性小；
③可节约能源和氨的消耗量；
④对不需要渗氮的部分可屏蔽起来，实现局部渗氮；
⑤离子轰击有净化表面作用，能去除工件表面钝化膜，可使不锈钢、耐热钢工件直接渗氮。
⑥渗层厚度和组织可以控制。

感应淬火 即感应加热就是利用电磁感应在工件内产生涡流而将工件进行加热。感应加热表面淬火与普通淬火比具有如下优点：
1.热源在工件表层，加热速度快，热效率高
2.工件因不是整体加热，变形小
3.工件加热时间短，表面氧化脱碳量少
4.工件表面硬度高，缺口敏感性小，冲击韧性、疲劳强度以及耐磨性等均有很大提高。有利于发挥材料地潜力，节约材料消耗，提高零件使用寿命
5.设备紧凑，使用方便，劳动条件好
6.便于机械化和自动化,可实现在线操作

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以上只是根据网上的资料整理了一下各自的概念和简单分析
但是在实际操作中涉及到的问题远远不止这些
具体需考虑的因素包括设备采购成本、人工支出成本、工艺控制的稳定性、设备使用成本、设备占地面积、能耗……等等一系列因素，但是由于个人经验限制，无法一一列出，希望大家做进一步分析和讨论