硬化的两种方法是什么？整体淬硬与表面淬硬解释

在冶金学中，硬化的两种主要方法是整体淬硬和表面淬硬。整体淬硬，也称为淬火和回火，使部件的整个体积获得均匀的硬度。相比之下，表面淬硬（或称渗碳淬硬）则在内部核心保持较软和更具延展性的同时，形成一个极其坚硬的外层。

这两种方法之间的选择是一个基本的工程决策。它需要在耐磨外部和坚韧、吸震核心之间取得平衡，从而使材料的性能与其预期的机械功能直接对齐。

整体淬硬：均匀的强度和硬度

整体淬硬是一种旨在使零件从表面到中心获得一致机械性能的工艺。

该过程包括将含有足够碳含量的钢加热到其临界温度以上，并保持在该温度，直到其内部结构转变为一种称为奥氏体的相。

然后将钢在油、水或气体等介质中快速冷却，即淬火。这种快速冷却将奥氏体转变为马氏体，这是一种极其坚硬和脆性的晶体结构。

由于完全马氏体化的零件对于大多数应用来说都过于脆性，因此它会经历二次热处理，称为回火。这包括将零件重新加热到较低温度，以消除内部应力并提高其韧性，尽管峰值硬度会略有降低。

此方法适用于应力分布在整个横截面上的部件。它确保零件在高拉伸或扭转载荷下能够抵抗变形和断裂。

常见应用包括高强度螺栓、弹簧、车轴以及许多用于模具和刀具的工具钢。

最终结果是具有均匀硬度和强度的部件。这种均匀性对于载荷下可预测的性能至关重要，但这也意味着整个零件具有相同程度的延展性（或缺乏延展性）。

表面淬硬是一组工艺，它在一个零件中创建复合材料：一个坚硬、耐磨的“表层”覆盖在一个坚韧、有延展性的“核心”上。

与整体淬硬不同，这些方法仅选择性地修改表面层。这可以通过快速加热和仅淬火表面来完成，或者通过改变表面的化学成分来完成。

目标是仅在外层产生坚硬的马氏体，这将抵抗磨损。核心部分不受影响或冷却较慢，保留其原始的较软、较韧和更抗疲劳的特性。

这种方法非常适合那些表面磨损严重，同时还需要承受冲击和弯曲力而不断裂的零件。

齿轮是一个经典的例子。齿面必须非常坚硬以抵抗磨损，但齿轮本体需要坚韧以吸收啮合齿的冲击而不会开裂。其他应用包括凸轮轴、轴承和曲轴。

感应淬硬和火焰淬硬等方法使用局部、快速加热，然后进行淬火。

其他方法，例如渗碳和渗氮，涉及在富碳或富氮气氛中加热零件。这些元素扩散到表面，在最终淬火之前增加其淬透性。

没有哪种方法是普遍优越的；选择涉及关键的工程权衡。

完全淬硬、未经回火的零件极其脆性，在剧烈冲击下可能会发生灾难性失效。该过程还可能引起显著的内应力和变形，尤其是在复杂形状中。适当的回火至关重要，但需要精确控制。

表面淬硬工艺可能更复杂且成本更高，需要专门的设备。硬化层深度也存在物理限制。在极端过载的情况下，硬化层可能会开裂或与较软的芯部分层。

材料选择至关重要。整体淬硬需要中高碳钢才能获得显著硬度。相反，许多表面淬硬技术（如渗碳）专门设计用于低碳钢，这些钢具有坚韧的芯部，但不能有效地进行整体淬硬。

选择正确的方法取决于部件的机械需求。

理解这一基本区别使您能够设计出不仅坚硬，而且完美适合其任务的部件。

方法	核心原理	理想用途	关键特性
整体淬硬	加热并淬火整个零件以获得均匀硬度。	需要均匀强度的零件（车轴、弹簧、螺栓）。	均匀的硬度和强度；有脆性风险。
表面淬硬	仅硬化外层，保留坚韧的芯部。	需要耐磨表面和坚韧芯部的零件（齿轮、轴承）。	坚硬的外部，韧性的芯部；工艺复杂，有分层风险。