本质上，工业钢硬化主要分为两大类工艺：整体硬化和表面硬化。虽然存在许多专业变体，但几乎所有常见方法都属于这两大家族之一，它们的区别在于它们是硬化整个部件还是仅硬化其表面层。
硬化过程中的关键决策并非从一长串技术中进行选择，而是回答一个简单的问题：您需要整个部件的均匀硬度，还是需要耐磨表面和更软、更坚韧的芯部？
整体硬化：实现均匀强度
整体硬化，也称为淬火和回火，旨在使部件的整个横截面达到一致的硬度和显微组织。这非常适合承受分布在部件主体中的拉伸、弯曲或扭转应力的部件。
它是什么
该过程包括将整个钢部件加热到其临界转变温度以上，然后将其在油、水或气体等介质中快速冷却（淬火）。这种快速冷却会锁定一种非常坚硬、脆性的晶体结构，称为马氏体。几乎总是需要随后的回火步骤（重新加热到较低温度）以降低脆性并提高韧性。
关键方法：传统淬火和回火
这是在气氛控制炉中进行的经典硬化工艺。它是一种经济高效且广为人知的方法，可用于各种合金钢实现高强度。
关键方法：真空硬化
如前所述，此过程在真空炉中进行。主要优点是，没有氧气可以防止表面反应，从而产生光亮、清洁的部件，没有表面脱碳。
受控环境还允许极其精确的温度控制和均匀加热，从而最大限度地减少变形。淬火通常使用高压惰性气体（如氮气）进行，这比液体淬火温和，进一步降低了开裂或翘曲的风险。
表面硬化：坚硬的表面和坚韧的芯部
表面硬化，或称表层硬化，可形成坚硬、耐磨的外层（“硬化层”），同时使部件的内部或“芯部”保持柔软和韧性。这种双重性能的特点非常适合需要抵抗表面磨损、磨蚀和接触疲劳，同时还能承受冲击和震动载荷而不发生断裂的部件。
化学扩散方法
这些工艺通过在高温下将元素扩散到钢的表面来改变钢的化学成分。
渗碳是一种广泛使用的方法，其中低碳钢在富含碳的环境中加热。碳扩散到表面，然后可以进行淬火和回火，从而在坚韧的低碳芯部上形成坚硬的高碳硬化层。
渗氮涉及将氮扩散到钢的表面。此过程在比渗碳低的温度下进行，不需要淬火，从而最大限度地减少变形并实现出色的尺寸控制。由此产生的氮化层极其坚硬且耐磨。
选择性加热方法
这些方法通过快速加热仅外层，然后进行淬火来硬化表面。芯部的化学成分和性能保持不变。
感应硬化使用高频交变磁场在部件表面快速产生热量。一旦表面达到正确温度，电源就会关闭，部件立即淬火。这是一种非常快速、清洁且可控的工艺。
火焰硬化使用来自焊枪的高温火焰加热部件表面。一旦达到所需温度，表面就会淬火。这是一种更手动化的过程，但用途广泛，非常适合非常大或不均匀的部件。
理解权衡：深度与变形
选择正确的工艺需要理解不同冶金结果之间固有的折衷。
核心权衡：硬度与韧性
这是冶金学中最基本的权衡。整体硬化最大限度地提高了硬度和强度，但增加了脆性。表面硬化有意地创建了一种复合材料，平衡了表面硬度和核心韧性。
变形和尺寸控制
任何涉及加热和快速淬火的工艺都会引入应力并带来变形风险。整体硬化影响整个部件，通常比表面硬化具有更高的翘曲风险。
真空硬化和渗氮等工艺因其卓越的尺寸稳定性而备受推崇，这归因于更均匀的加热和更温和或不淬火。
成本和应用
对于需要均匀性能的部件，整体硬化通常更简单、更经济。表面硬化工艺可能更复杂、更昂贵，但对于齿轮、轴承和曲轴等需要定制表面和核心性能的高性能部件至关重要。
选择正确的硬化工艺
您的选择应完全由部件的预期功能和性能要求决定。
- 如果您的主要重点是均匀的强度和硬度以抵抗弯曲或拉伸载荷：选择整体硬化工艺，如传统淬火和回火，或者为了更高的精度，选择真空硬化。
- 如果您的主要重点是表面耐磨性与核心冲击强度相结合：选择表面硬化工艺，如用于高载荷的渗碳或用于速度和精度的感应硬化。
- 如果您的主要重点是最大的尺寸稳定性和必须最小的变形：对于表面硬化应用优先选择渗氮，对于整体硬化应用优先选择真空硬化。
理解硬化整个部件与仅硬化其表面之间的这种根本区别是指定正确处理以实现材料性能目标的关键。
总结表：
| 工艺类型 | 主要目标 | 关键方法 | 理想用途 |
|---|---|---|---|
| 整体硬化 | 部件整体均匀硬度 | 淬火和回火、真空硬化 | 承受拉伸、弯曲或扭转应力的部件 |
| 表面硬化 | 坚硬表面，坚韧芯部 | 渗碳、渗氮、感应、火焰硬化 | 齿轮、轴承、需要耐磨性和冲击强度的部件 |
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