1.电子束及其加热的基本原理

电子束加热是利用高能量密度的电子束对工件加热，进行表面淬火的新技术。它通过高电压环形阳极对电子枪内热阴极（灯丝）发出的电子进行加速，并将其聚集成束，使电子束流打击金属表面，达到加热效果。

一般来讲，电子束淬火的原理和普通表面淬火没有什么区别。但由于电子束表面淬火是将工件置于1～3Pa、13Pa、33Pa的真空室中，用10³～10⁵W/cm²的高速电子流轰击工件表面，在10^-3～10^-1s的极短的时间内，将工件加热到相变点以上，电子束能量极高且集中，加热层很薄，加热速度和冷却速度都很快，在相变过程中奥氏体化时间很短，故能获得晶粒极细的奥氏体。这是电子束淬火的最大优点。另外，加热时电子束流以很高的速度轰击金属表面，电子和金属材料中的原子相碰撞，给原子以能量，使受轰击的金属表面温度迅速升高，并使被加热层与基体形成很大的温度梯度。当金属表面被加热到相变温度以上时，基体仍保持冷态，电子束轰击一旦停止，热量就迅速向冷态基体扩散，从而获得很高的冷却速度，使被加热表面可以靠自激冷却进行淬火。

电子束照射方式可以是连续的，也可以是脉冲的。在无扫描装置的条件下，用于表面淬火加热的电子束以散焦为宜。聚焦的电子束能量集中于一点，适用于焊接。当采用散焦的方法时，能量的分布是不均匀的，两边低，中间高，呈高斯曲线分布，所以会造成淬火区硬度不均匀，硬化层呈球顶状。用线状电子束扫描装置可得到长方形的硬化层，这样能量分布较为均匀，是较理想的硬化层。

电子束加热速度快，淬火组织很细，可以得到细针状马氏体、隐晶马氏体甚至超细化组织，因此电子束淬火一般不需要回火。

电子束的功率密度和加热时间是电子束加热的主要参数。在其他因素相同的情况下，随着功率密度的增加，淬硬层深度增加，淬硬层硬度提高。功率密度过低，会造成淬硬层过薄，甚至淬不上火；功率密度过高，可能造成局部过热，甚至熔化。对于电子束淬火，在散焦的情况下，功率密度一般控制在1×10⁴W/cm²左右，其大小可通过改变加速电压、束流电流、散焦光斑的大小来控制。在相同的条件下，淬硬层深度随着加热时间的增加而加深。但是加热时间过长，会使金属基体变热，影响自激冷却效果。加热时间可通过改变工件移动速度来调整。

电子束淬火所得组织细小，能提高材料的强度与韧性，其硬度比常规热处理高1～2HRC。例如，45钢经电子束淬火后的硬度可达62～63HRC，T10A钢可达65～67HRC，GCr15钢可达67HRC以上，Cr12MoV钢可达800～700HV。磨损试验表明，工件经电子束淬火后的耐磨性比常规热处理后的耐磨性提高5倍。

经电子束淬火后，工件表面层呈压应力状态，有利于提高疲劳强度，从而延长工件使用寿命。

电子束热处理是在真空中进行的，所以无氧化和脱碳现象，不影响工件的表面粗糙度，处理后表面呈白亮色。在经过电子束淬火后，工件几乎不发生变形，不需要再精加工，可直接装配使用。由于电子束的射程长，局部淬火部分的形状不受限制，即使深孔底部及狭小的沟槽内部也能淬火。(www.daowen.com)

2.电子束淬火的特点

1）能量密度高，最高可达10⁹W/cm²，表面淬火最高需要10⁵W/cm²的能量密度。电子束的能量转换率高，大于90%。局部淬火面积小，聚焦微细，当电流为1～10mA时，能聚焦10～100μm；当电流为1mA时，可聚焦小于0.1μm，热影响区小。

2）作用时间短，为0.1s，工件变形极小，无需后续的校正工序。

3）在真空度为1.33～13.3Pa的工作室中进行处理，工件不氧化，无污染。

4）电子束热处理不需要激光热处理的表面黑化过程，凡激光能对准的表面都可以利用电子束来加热。

5）用磁场或电场直接控制电子束强度、聚焦位置及扫描速度，可实现高精度、无惯性控制，精度为0.1μm左右，速度大于100m/s。需在真空工作室中工作是它的缺点，影响它的推广使用。

目前，电子束热处理广泛应用于凸轮、透平叶轮、曲轴、阀座、球窝接头和偶件等的热处理。