金屬表面處理工藝（PPT31頁)

1、現(xiàn)代表面技術現(xiàn)代表面技術金屬表面改性技金屬表面改性技T1133-2 陳從勝陳從勝表面改性技術及應用表面改性技術及應用n表面改性技術是指采用某種工藝使材料表面獲得與基體材料的組織結構、性能不同的一種技術。n被廣泛的應用在航空航天領域、軍事領域、機械制造領域，和生產(chǎn)生活緊密相連。作用及內容作用及內容n使材料表面獲得各種特殊性能（如耐磨、耐腐蝕、耐高溫、超導、潤滑性等）。n掩蓋基體材料表面缺陷，延長材料和構建使用壽命。n節(jié)約稀少、珍貴材料，節(jié)約能源，改善環(huán)境。n促進高新技術的發(fā)展。n主要包含表面變形強化、表面熱處理、表面化學熱處理以及其他技術。通過機械手段在金屬表面產(chǎn)生壓縮變形，通過機械手段在金屬表

2、面產(chǎn)生壓縮變形，使表面形成硬化層，提高金屬疲勞強度重使表面形成硬化層，提高金屬疲勞強度重要工藝之一。要工藝之一。既要求表面有較高的硬度和耐磨性，又要既要求表面有較高的硬度和耐磨性，又要求心部具有足夠的韌性，必須采用各種表求心部具有足夠的韌性，必須采用各種表面強化工藝。面強化工藝。工藝簡單，成本低廉，是提高鋼件抗疲勞工藝簡單，成本低廉，是提高鋼件抗疲勞能力，延長其使用壽命的重要工藝措施。能力，延長其使用壽命的重要工藝措施。 1、噴丸、噴丸n噴丸強化是將大量高速運動的彈丸噴射到零件表面上，使零件表層噴丸強化是將大量高速運動的彈丸噴射到零件表面上，使零件表層和次表層發(fā)生一定的塑性變形和次表層發(fā)生一定

3、的塑性變形,形成硬化層并引進殘余壓應力，從形成硬化層并引進殘余壓應力，從而實現(xiàn)強化的一種技術。而實現(xiàn)強化的一種技術。n應用：形狀較復雜的零件應用：形狀較復雜的零件，廣泛應用于彈簧、齒輪、鏈條、軸、葉，廣泛應用于彈簧、齒輪、鏈條、軸、葉片、火車輪等零部件，可顯著的提高抗彎曲疲勞、抗擊腐蝕疲勞、片、火車輪等零部件，可顯著的提高抗彎曲疲勞、抗擊腐蝕疲勞、抗應力腐蝕疲勞、抗微動磨損、耐點蝕能力?？箲Ωg疲勞、抗微動磨損、耐點蝕能力。n在磨削、電鍍等工序后進行在磨削、電鍍等工序后進行2、滾壓處理、滾壓處理n利用自由旋轉的淬火鋼滾子對鋼件的已加工表面進行滾壓，利用自由旋轉的淬火鋼滾子對鋼件的已加工表面進

4、行滾壓，使之產(chǎn)生塑性變形，壓平鋼件表面的粗糙凸峰，形成有利使之產(chǎn)生塑性變形，壓平鋼件表面的粗糙凸峰，形成有利的殘余壓應力，從而的殘余壓應力，從而提高工件的耐磨性和抗疲勞能力提高工件的耐磨性和抗疲勞能力。n應用：圓柱面、錐面、平面等形狀比較簡單的零件應用：圓柱面、錐面、平面等形狀比較簡單的零件一、表面熱處理一、表面熱處理n1、表面淬火、表面淬火n表面淬火是指在不改變鋼的化學成分及心部組織情況下，表面淬火是指在不改變鋼的化學成分及心部組織情況下，利用快速加熱將表層奧氏體化后進行淬火以強化零件表利用快速加熱將表層奧氏體化后進行淬火以強化零件表面的熱處理方法。面的熱處理方法。感應加熱感應加熱n表面淬火

5、目的：表面淬火目的：n 使表面具有高的硬度、耐磨性和疲勞極限使表面具有高的硬度、耐磨性和疲勞極限;n 心部在保持一定的強度、硬度的條件下，具有足夠的塑性和韌心部在保持一定的強度、硬度的條件下，具有足夠的塑性和韌性。即表硬里韌。性。即表硬里韌。n適用于承受彎曲、扭轉、摩擦和沖擊的零件。適用于承受彎曲、扭轉、摩擦和沖擊的零件。n表面淬火用材料表面淬火用材料n 0.4-0.5%C的中碳鋼。的中碳鋼。n含碳量過低，則表面硬度、耐磨性下降。含碳量過低，則表面硬度、耐磨性下降。n含碳量過高，心部韌性下降；含碳量過高，心部韌性下降；n 鑄鐵鑄鐵 提高其表面耐磨性。提高其表面耐磨性。機床導機床導軌軌表面淬火齒

6、輪表面淬火齒輪n表面淬火后的回火表面淬火后的回火n采用低溫回火采用低溫回火，溫度不，溫度不n高于高于200。n回火目的為降低內應力，回火目的為降低內應力，n保留淬火高硬度、耐磨性。保留淬火高硬度、耐磨性。n表面淬火表面淬火+低溫回火后低溫回火后n的組織的組織n表層組織為表層組織為M回回；心部組；心部組n織為織為S回回(調質調質)或或F+S(正火正火)。回火索氏體回火索氏體索氏體索氏體感應加熱感應加熱表面淬火表面淬火示意圖示意圖n表面淬火常用加熱方法表面淬火常用加熱方法n 感應加熱感應加熱表面處理表面處理: 利利用交變電流在工件表面感用交變電流在工件表面感應巨大渦流，使工件表面應巨大渦流，使工件

7、表面迅速加熱的方法。迅速加熱的方法。n感應加熱分為：感應加熱分為：n高頻感應加熱高頻感應加熱 頻率為頻率為250-300KHz，淬硬層深度淬硬層深度0.5-2mm傳動軸連續(xù)淬傳動軸連續(xù)淬火感應器火感應器感應加熱表面淬火齒輪的截面圖感應加熱表面淬火齒輪的截面圖n中頻感應加熱中頻感應加熱 頻 率 為頻 率 為 2 5 0 0 -8000Hz，淬硬，淬硬層深度層深度2-10mm。各種感應器各種感應器中頻感應加熱表面淬火的機車凸中頻感應加熱表面淬火的機車凸輪軸輪軸n工頻感應加熱工頻感應加熱n頻率為頻率為50Hz,淬硬層深度淬硬層深度10-15 mmn近些年又發(fā)展了超音頻、雙頻感應加熱淬火工藝。n實際上

8、，硬化層深度取決于加熱層深度，淬火加熱溫度、冷卻速度和材料本身的淬透性等。n由于感應電流的“集膚效應”，電流透入工件深度主要與交流電頻率有關，近似公式表示：f/600n 火焰加熱火焰加熱: 利用乙炔火焰直接加熱工利用乙炔火焰直接加熱工件表面的方法。件表面的方法。成本低，但質量不易控成本低，但質量不易控制。制。n 激光熱處理激光熱處理: 利用高能量密度的激光利用高能量密度的激光對工件表面進行加熱的方法。對工件表面進行加熱的方法。效率高，效率高，質量好。質量好。n此外還有接觸電阻加熱表面淬火、浴爐此外還有接觸電阻加熱表面淬火、浴爐加熱表面淬火、電解液加熱表面淬火等加熱表面淬火、電解液加熱表面淬火等

9、火焰加熱表面淬火示意圖火焰加熱表面淬火示意圖激光表面熱處理激光表面熱處理火焰加熱表面淬火火焰加熱表面淬火三、三、化學表面熱處理化學表面熱處理n化學熱處理是將工件置于特定介質中加熱保溫，化學熱處理是將工件置于特定介質中加熱保溫，介質中活性原介質中活性原子滲入工件表子滲入工件表層從而改變工層從而改變工件表層化學成件表層化學成分和組織分和組織,進而進而改變其性能的改變其性能的熱處理工藝。熱處理工藝。n與表面淬火相比，化學熱處理不僅改變鋼的表層組織，與表面淬火相比，化學熱處理不僅改變鋼的表層組織，還改變其化學成分。還改變其化學成分。n化學熱處理也是獲得表硬里韌性能的方法之一?；瘜W熱處理也是獲得表硬里韌

10、性能的方法之一。n根據(jù)滲入的元素不同，根據(jù)滲入的元素不同，化學熱處理可分為滲碳、氮化、化學熱處理可分為滲碳、氮化、碳氮碳氮共滲、滲其他元素等。共滲、滲其他元素等。 可控氣氛滲碳可控氣氛滲碳爐爐滲碳回火爐滲碳回火爐常用的化學熱處理：常用的化學熱處理：滲碳、滲氮（俗稱氮化）、碳氮共滲（俗稱氰滲碳、滲氮（俗稱氮化）、碳氮共滲（俗稱氰化和軟氮化）等。化和軟氮化）等?；瘜W熱處理過程包括化學熱處理過程包括分解、吸收、擴散分解、吸收、擴散三個基三個基本過程。本過程?；瘜W熱處理的基本過程化學熱處理的基本過程 n介質介質(滲劑滲劑)的分解的分解: 分解的同時分解的同時釋放出活性原子。釋放出活性原子。n如：滲碳如

11、：滲碳 CH42H2+C 氮化氮化 2NH33H2+2Nn活性元素活性元素的吸收的吸收: 活性原子向活性原子向固溶體溶解或與鋼中某些元素形固溶體溶解或與鋼中某些元素形成化合物。成化合物。n活性元素活性元素內部擴散。內部擴散。 氮化擴散層氮化擴散層鋼的滲碳鋼的滲碳是指向鋼的表面滲入碳原子的過程。是指向鋼的表面滲入碳原子的過程。n滲碳目的滲碳目的n提高工件表面硬度、耐提高工件表面硬度、耐磨性及疲勞強度，同時磨性及疲勞強度，同時保持心部良好的韌性保持心部良好的韌性。n滲碳用鋼滲碳用鋼n為含為含0.1-0.25%C的低的低碳鋼。碳鋼。碳高則心部韌性碳高則心部韌性降低。降低。 經(jīng)滲碳的機車從動齒輪經(jīng)滲碳

12、的機車從動齒輪氣體滲碳氣體滲碳法示意圖法示意圖n滲碳方法滲碳方法n 氣體滲碳法氣體滲碳法n將工件放入密封爐內，將工件放入密封爐內，在在900-950時滴入醇、煤油、丙酮，時滴入醇、煤油、丙酮，在在高溫高溫下分解為下分解為CO、CO2、CH4等等滲碳氣氛滲碳氣氛并生成活性碳原子被并生成活性碳原子被工件吸收溶入奧氏體，形成工件吸收溶入奧氏體，形成滲碳滲碳層層。n優(yōu)點優(yōu)點: 質量好質量好, 效率高；效率高；n缺點缺點: 滲層成分與深度不易控制滲層成分與深度不易控制n 固體滲碳法固體滲碳法n將工件埋入滲劑中，裝箱密封后在高溫下加熱滲碳。將工件埋入滲劑中，裝箱密封后在高溫下加熱滲碳。n滲劑為木炭。滲劑為

13、木炭。n優(yōu)點：操作簡單；優(yōu)點：操作簡單；n缺點：滲速慢，勞動條件差。缺點：滲速慢，勞動條件差。l 真空滲碳法真空滲碳法l將工件放入真空滲碳爐中，抽真將工件放入真空滲碳爐中，抽真空后通入滲碳氣體加熱滲碳?？蘸笸ㄈ霛B碳氣體加熱滲碳。l優(yōu)點優(yōu)點: 表面質量好表面質量好, 滲碳速度快。滲碳速度快。真空滲碳爐真空滲碳爐n滲碳溫度滲碳溫度：為：為900-950。n滲碳層厚度滲碳層厚度（由表面到過度層一半處的厚度）：（由表面到過度層一半處的厚度）： 一般為一般為0.5-2mm。低碳鋼滲碳緩冷后的組織低碳鋼滲碳緩冷后的組織l滲碳層表面含碳量：滲碳層表面含碳量：以以0.85-1. 05為最好。為最好。l滲碳緩冷

14、后組織：滲碳緩冷后組織：表層為表層為P+網(wǎng)狀網(wǎng)狀Fe3C; 心部為心部為F+P; 中間為過渡區(qū)。中間為過渡區(qū)。n滲碳后的熱處理滲碳后的熱處理n要使?jié)B碳層發(fā)揮應有的作用，滲碳后還須要使?jié)B碳層發(fā)揮應有的作用，滲碳后還須淬火淬火+低溫回火低溫回火處理處理, 回火溫度為回火溫度為160-180。淬火方法有：淬火方法有：n 直接直接淬火法淬火法n滲碳后預冷到滲碳后預冷到800-850后后直接淬火直接淬火，再在，再在180-200溫度溫度下回火下回火。n一次淬火法一次淬火法：即滲碳：即滲碳空空冷后重新加熱冷后重新加熱到到830-860淬火。淬火。n 二次淬火法二次淬火法：即滲碳緩冷后即滲碳緩冷后第一次加熱

15、為心部第一次加熱為心部Ac3+30-50，細化心部細化心部；第二次加熱為第二次加熱為Ac1+30-50，細化表層細化表層。 n常用方法是滲碳緩冷后，重新加熱到常用方法是滲碳緩冷后，重新加熱到Ac1+30-50淬火淬火+低溫回火。低溫回火。此時組織為：此時組織為：n表層：表層：M回回+顆粒狀碳化物顆粒狀碳化物+A(少量少量)n心部：心部：M回回+F（淬透時）（淬透時）滲碳淬火后的表層組滲碳淬火后的表層組織織M+F鋼的氮化鋼的氮化 n氮化是指向鋼的表面滲入氮原子的過程。氮化是指向鋼的表面滲入氮原子的過程。n氮化用鋼氮化用鋼井式氣體氮化爐井式氣體氮化爐l為含為含Cr、Mo、Al、Ti、V的中碳鋼。的

16、中碳鋼。l常用鋼號為常用鋼號為38CrMoAl。l氮化溫度氮化溫度為為500-570l氮化層厚度氮化層厚度不超過不超過0.6-0.7mm。n常用氮化方法常用氮化方法n氣體氮化法與離子氮化法。氣體氮化法與離子氮化法。n氣體氮化法與氣體滲碳法氣體氮化法與氣體滲碳法類似，滲劑為氨。類似，滲劑為氨。n離子氮化法是在電場作用離子氮化法是在電場作用下，使電離的氮離子高速下，使電離的氮離子高速沖擊作為陰極的工件。與沖擊作為陰極的工件。與氣體氮化相比，氮化時間氣體氮化相比，氮化時間短，氮化層脆性小。短，氮化層脆性小。離子氮化爐離子氮化爐 氣體滲氮常采用的工藝為：鍛造氣體滲氮常采用的工藝為：鍛造正火正火粗加工粗

17、加工調調質質精加工精加工去應力去應力粗磨粗磨滲氮滲氮精磨或研磨精磨或研磨 滲氮的特點：滲氮的特點：1、高硬度、高耐磨性。、高硬度、高耐磨性。 2、疲勞極限高。、疲勞極限高。 3、工件變形小。工件變形小。原因是氮化溫度低，原因是氮化溫度低，氮化后不需進行熱處理。氮化后不需進行熱處理。 4、耐蝕性好。耐蝕性好。因為表層形成的氮化因為表層形成的氮化物化學穩(wěn)定性高。物化學穩(wěn)定性高。 G:鋼的表面熱處理鋼的表面熱處理_標清標清.flvn氮化的缺點：工藝復雜，成本高，氮化層薄。氮化的缺點：工藝復雜，成本高，氮化層薄。n主要應用在交變載荷下工作工作并要求具有高的耐磨性主要應用在交變載荷下工作工作并要求具有高的耐磨性工件上，如高速轉動精密齒輪、高速柴油機曲軸、高精工件上，如高速轉動精密齒輪、高速柴油機曲軸、高精度機床主軸、模具等度機床主軸、模具等 縫紉機用氮化件縫紉機用氮化件經(jīng)氮化的機車曲軸經(jīng)氮化