本文首先介绍了等离子弧表面淬火技术的特点及优势,从等离子弧的弧柱物理入手,在理论上分析热传导过程,建立温度场分布曲线和硬化带形状预测。通过研究影响淬火工艺的各参数,从淬火的稳定性和可控性出发,制定以改变电弧功率、扫描速度、气体流量为重点的工艺试验方案,并对现有的淬火设备进行改进,总结出一套淬火工艺操作方法和流程。 以45钢、45Mn钢、38CrSi钢、35CrMo钢、40Cr钢为典型材料,进行了工艺试验研究,并对表面硬度、淬火硬化带、淬火前后表面波度、组织形貌进行分析,找出了电弧功率、扫描速度、气体流量和材料化学成分对淬火效果的影响规律。最后给出了适合实际工业应用的工艺参数。 试验研究结果表明:由于等离子弧加热速度极快,热影响区小,冷却速度非常高(>10~4°c/s),因而相变过程中的过热度和过冷度都很大,试件经等离子弧淬火后,由此而形成的淬火组织细小而致密,是板条状和针状马氏体类型的高硬度组织,可以大幅度提高试件表面的耐磨性。试件经等离子弧淬火后表面硬度为780～889 HV0.1,比普通热处理(淬火后低温回火)提高将近250 HV0.1,硬化层深度0.2～0.4mm,宽度为2～4mm。淬硬层硬度分布由外及里梯度变化平缓、合理。试件硬化带呈现预测的月牙形。由于受热区很小,硬化层浅,淬火时间极短,所以淬火件变形很小,可省去矫正变形或精加工的后续工序,可以在硬化后即行装配。 等离子弧表面淬火技术具有设备投资少,处理成本低,工作效率高,对环境无特殊要求,设备维护简单等优势,是一项适合工业化推广应用的新工艺方法,本文的工作为将来开发等离子弧表面淬火工艺参数优化控制的专家系统打下基础。