10个案例硬化钢的主要好处

在许多应用中，如齿轮和滚动接触轴承，由于相对运动中与配合表面的滑动和滚动接触的组合，组件承受冲击载荷和磨损。(关于这个话题的更多信息，请阅读理解渗碳:对金属的积极和消极影响．)这类申请需要特殊的材料，并经过受控处理热处理．表面硬化就是这样一种热处理工艺．

什么是钢的表面硬化?

表面硬化是一种金属的加工过程吗表面通过形成一薄层较硬的金属来加强合金覆盖在原始金属较软的核心上。

固体金属含有紧密排列成晶体结构的分子和原子。(本文将对这种结构进行分析《金属的晶体结构》)。当碳从表面的含碳物质扩散到晶体结构时低碳钢要么合金钢，力量和硬度外层的数量急剧增加。碳扩散外层的深度可以很好地控制，从而决定机械性能的情况。

硬化黑色金属材料主要通过两种方法来完成:通过硬化和表面硬化。

在通过硬化过程中，部件以这样一种方式加热，使表面和内芯都变得均匀地坚硬。需要通过硬化的部件在高碳中加热环境，以确保整个质量的零件的均匀硬化。然而，通过硬化可以使整个金属质量脆．

表面硬化法旨在克服脆性块形成的问题。

下面几节将讨论钢表面硬化的主要好处。

1.表面硬化提高了钢零件的耐用性和使用经济性

表面硬化的一个关键好处是它提高了钢零件的耐久性．表面硬化所产生的机械强度和表面硬度，以及软芯的保留，显著地提高了材料的硬度耐磨性部件的疲劳寿命。软内核的保留可以提高吸收冲击载荷释放的能量的能力，从而有助于延长寿命和经济优势。

2.表面硬化使高机加工性能的钢适用于重型应用

通常，用于重型应用的合金具有低的可加工性，因为它们需要更难和更强。在这种情况下，壳体硬化过程使低碳钢能够为武器和枪械应用的精密加工性以及需要机械强度，精细的饰面和准确的几何形状的其他类似的重型用途。加工后的后续外壳在精密加工部件的表面上提供卓越的耐磨性和硬度．

3.表面硬化钢提高圆锥滚子轴承的性能

表面硬化留下较软的芯，有利于调节圆锥滚子轴承常见的不对中情况。坚固的表层和柔软的内芯确保了断裂阻力在极端的工作环境下，包括失调，振动和严重的冲击载荷。轴承套圈和滚动元件进行渗碳处理，以确保其适用于冲击载荷和轴向载荷与推力载荷的组合．

4.外壳硬化导致风力涡轮机齿轮和其他重型设备降噪和节能

表面硬化钢在冲击载荷条件下的抗断裂性能是众所周知的。表面硬化钢是工程部件的首选如凸轮轴、连杆部件、驱动小齿轮和万向节。这些部件对于船舶、卡车、土方机械和赛车来说是必不可少的。因为表面硬化的钢构件能承受循环应力在美国，它们被用于生产水电和蒸汽发电厂的涡轮齿轮。由于他们的疲劳强度和优越的耐磨性，表面硬化钢组件也用于金属轧机，重型起重机，矿山机械和其他机械工程应用。

对于风力涡轮机的齿轮，外壳硬化过程经历了进一步的技术发展，以应对风速突然增加造成的极端负荷的挑战，以及对风力涡轮机施加硬止动的需要。

虽然适当的材料选择表面硬化的改善旨在显著降低齿轮箱运行时产生的噪音，噪音水平由于齿轮齿的磨料磨损而固有地增加。因此，选择具有深度硬化能力的合金钢，以提高耐磨性和较高的疲劳寿命。提高钢的钼含量可提高钢的淬透性。减少磨料磨损、噪音和振动，降低齿轮产生的余热，从而有助于涡轮机运行时的节能。表面硬化可以提高工程应用中承受严重冲击载荷的凸轮轴的性能。

5.表面硬化使齿轮齿的残余压应力形成

根据一项研究，表面硬化的齿轮使残余压应力的形成，在内部的深度和表面，避免裂纹形成和中和弯曲应力．先进的感应淬火方法已使重型螺旋锥齿轮，小齿轮，准双曲面齿轮和复杂几何的螺旋齿轮的精确外壳硬化。

先进感应淬火的其他优点包括长寿命，节能，精确的淬火和最小化的部分变形由于优越的控制加热过程。

6.外壳淬火钢制成的轴承具有优异的抗断裂性能

由表面淬硬钢制成的轴承，如圆锥滚子轴承和圆柱滚子轴承，与通过淬硬钢轴承相比，具有高的抗断裂性和韧性。表面硬化防止了轴承的灾难性失效，因为抗疲劳性能得到了提高。

外壳硬化的圆柱和圆锥滚子轴承用于挖土设备，挖掘机，钻井设备，吸水泵，压力机和洗衣机。滚动轴承中使用的滚子基本上是表面硬化的，以提高其吸收冲击载荷的能力。大型圆锥滚子轴承的内圈和外圈也经过硬化处理，因为它们必须接受径向和推力载荷。杯形和锥形也硬化了。

7.表面硬化(渗氮)与双重硬化提高耐腐蚀和耐磨性

情况下氮化与马氏体淬火(双重硬化)轴承钢导致优越的耐蚀性和耐磨性。这些轴承可以在缺乏润滑剂的条件下运行，并用于高速应用，如飞机发动机．

8.表面硬化可提高钢的可焊性

表面硬化可改善可焊性这对某些工程应用很重要。

9.通过氮化使齿轮的外壳最小化变形

通过氮化的钢齿轮壳体硬化产生低成本，耐磨承载表面，具有最小的变形。氮化表面不会在150°C（302°F）附近的温度下失去硬度，就像渗碳钢一样。（还阅读：耐腐蚀耐磨疲劳的氮化处理．）

10.表面硬化提高了齿轮齿的抗疲劳性能

重型动力传动齿轮的承载齿几乎都必须经过表面硬化处理。在一个典型的齿轮制造方案中，热处理成本约占总成本的30%，仅次于生产过程成本的55%。正确选择的表面硬化工艺有助于节约能源、控制成本、可靠性、可维护性和可服务性。为了在齿根处达到优异的抗弯和抗疲劳性能，表面硬度和表面硬化产生的残余压应力是关键因素．

结论

外壳硬化钢是首选的应用，在冲击载荷，振动和错位条件下的组件。与经表面硬化的钢不同，表面硬化的低碳钢和合金钢具有韧性、强度和硬度，但不脆。表面硬化也导致耐磨表面，提供耐久性和可靠性。