第六章表面改性技術李

1、LOGO第六章第六章 表面改性技術表面改性技術 李爽李爽黑龍江科技學院v 什么是表面改性？什么是表面改性？v 表面改性是指采用某種工藝手段使材料表面獲得與其基體材料的組織結構、性能不同的一種技術。v 改性后的應用范圍？改性后的應用范圍？v 材料經表面改性處理后，既能發(fā)揮基體材料的力學性能，又能使材料表面獲得各種特殊性能（如耐磨、耐腐蝕、耐高溫、合適的射線吸收、輻射和反射能力，超導性能，潤滑，絕緣，儲氫等）。v 表面改性的優(yōu)點？表面改性的優(yōu)點？v 表面改性技術可以掩蓋基體材料表面的缺陷，延長材料和構件的使用壽命，節(jié)約稀、貴材料，節(jié)約能源，改善環(huán)境，并能推進高新技術的發(fā)展。 Contents感應加

2、熱表面淬火2金屬表面熱化學處理4火焰加熱表面淬火3 3金屬表面形變強化3 1金屬表面形變強化原理v表面形變強化？表面形變強化？ v 表面形變強化是通過機械手段（滾壓、內擠壓和噴丸等）在金屬表面產生壓縮變形，使表面形成深度為0.5mm1.5mm的形變硬化層。 在組織結構上，亞晶粒極大地細化，位錯密度增加，晶格畸變程度增大 。硬化層硬化層的變化的變化形成較高的宏觀殘余壓應力金屬表面形變強化原理以噴丸為例，以噴丸為例，奧赫弗爾特對奧赫弗爾特對于殘余應力的于殘余應力的產生提出兩方產生提出兩方面機制面機制 由于彈丸的沖擊產生的表面由于彈丸的沖擊產生的表面法向力引起了赫芝壓應力與法向力引起了赫芝壓應力與亞

3、表面應力的結合亞表面應力的結合 由于大量彈丸壓入產生的由于大量彈丸壓入產生的切應力造成了表面塑性延伸切應力造成了表面塑性延伸 金屬表面形變強化原理根據(jù)赫芝理論，這種殘余應力在一定深度內根據(jù)赫芝理論，這種殘余應力在一定深度內造成了最大的切應力，并在表面產生了殘余壓力造成了最大的切應力，并在表面產生了殘余壓力金屬表面形變強化原理v 表面壓應力防止裂紋在受壓的表層萌生和擴展。在大多數(shù)材料中這兩種機制并存。在軟質材料情況下第二種機制占優(yōu)勢；而在硬質材料的情況下第一種機制起主導作用。v 經噴丸和滾壓后，金屬表面產生的殘余壓應力的大小，不但與強化方法、工藝參數(shù)有關，還與材料的晶體類型、強度水平以及材料在單

4、調拉伸時的硬化率有關。具有較高硬化率的面心立方晶體的鎳基或鐵基奧氏體熱強合金，表面產生的壓應力高，可比材料自身屈服點高13倍。材料的硬化率越高，產生的殘余壓應力越大。 v 一些表面形變強化手段還可能使表面粗糙度略有增加，但卻使切削加工的尖銳刀痕圓滑，因此可減輕由切削加工留下的尖銳刀痕的不利影響。這種表面形貌和表層組織結構產生的變化，有效地提高了金屬表面強度、耐應力腐蝕性能和疲勞強度。金屬形變強化的主要方法 噴丸噴丸 孔擠壓孔擠壓 滾壓滾壓 金屬形變強化的主要方法噴丸強化工藝參數(shù)的確定噴丸強化工藝參數(shù)的確定 噴丸強化的原理噴丸強化的原理 噴丸強化的應用實例噴丸強化的應用實例 噴丸材料噴丸材料 噴

5、丸強化用的設備噴丸強化用的設備 1.噴丸噴丸金屬形變強化的主要方法v噴丸強化的原理噴丸強化的原理陶瓷彈丸陶瓷彈丸 聚合塑料彈丸聚合塑料彈丸 液態(tài)噴丸介質液態(tài)噴丸介質 鑄鋼彈丸鑄鋼彈丸 玻璃彈丸玻璃彈丸 鋼絲切割彈丸鋼絲切割彈丸 鑄鐵彈丸鑄鐵彈丸 噴丸是國內外廣泛應用的一種再噴丸是國內外廣泛應用的一種再結晶溫度以下的表面強化方法，結晶溫度以下的表面強化方法，即利用高速彈丸強烈沖擊零部件即利用高速彈丸強烈沖擊零部件表面，使之產生形變硬化層并產表面，使之產生形變硬化層并產生殘余壓應力。噴丸強化已廣泛生殘余壓應力。噴丸強化已廣泛用于彈簧、齒輪、鏈條、軸、葉用于彈簧、齒輪、鏈條、軸、葉片、火車輪等零部件

6、，可顯著提片、火車輪等零部件，可顯著提高抗彎曲疲勞、抗腐蝕疲勞、抗高抗彎曲疲勞、抗腐蝕疲勞、抗應力腐蝕疲勞、抗微動磨損、耐應力腐蝕疲勞、抗微動磨損、耐點蝕（孔蝕）能力。點蝕（孔蝕）能力。金屬形變強化的主要方法v 鑄鐵彈丸：鑄鐵彈丸：v 冷硬鑄鐵彈丸是最早使用的金屬彈丸，冷硬鑄鐵彈丸wc=2.75%3.60%，硬度很高，可達到5865HRC，但沖擊韌性較低。彈丸經退火處理后，硬度降低至3057HRC，但可提高彈丸的韌性。鑄鐵彈丸的尺寸為d=0.2-1.5mm，使用中，鑄鐵彈丸易于破碎，損耗較大，要及時分離排除破碎彈丸，否則會影響零部件的噴丸強化質量。此種彈丸強化目前應用很少。v 鑄鋼彈丸鑄鋼彈丸

7、：v 鑄鋼彈丸的品質與碳質量分數(shù)有很大關系，其wc=0.85%1.20%之間，wMn=0.60%1.20%。目前國內常用的鑄鋼彈丸，wc=0.95%1.05%，wMn=0.6%0.8%，wSi=0.4%0.6%，wp、ws0.005% 。v 玻璃彈丸：玻璃彈丸：v 這是近十幾年發(fā)展起來的新型噴丸材料，已在國防工業(yè)和飛機制造業(yè)中廣泛應用。玻璃彈丸wSi67%，直徑在d=0.050.4mm，硬度在4650HCR，脆性較大。密度為2.452.55g/cm3。目前市場上按直徑分為0.05mm，0.05mm0.15mm， 0.16mm0.25mm和0.26mm0.35mm等四種。 金屬形變強化的主要方法

8、v 鋼絲切割彈丸：鋼絲切割彈丸：v 當前使用的鋼絲切割彈丸是wc=0.7%的彈簧鋼絲（或不銹鋼絲）切制成段，經磨圓加工制成的。常用鋼絲直徑d=0.41.2mm，硬度為4550HRC為最佳。鋼彈丸的組織最好為回火馬氏體或貝氏體。使用壽命比鑄鐵彈丸高20倍左右。v 陶瓷彈丸：陶瓷彈丸：v 彈丸硬度很高，但脆性較大，噴丸后的表層可獲得較高的殘余應力。 v 聚合塑料彈丸：聚合塑料彈丸：v 是一種新型的噴丸介質，以聚合碳酸酯為原料，顆粒硬而耐磨，無粉塵，不污染環(huán)境，可連續(xù)使用，成本低，即使有棱邊的新丸也不會損傷工件表面。常用于消除酚醛或金屬零件毛刺和耀眼光澤。金屬形變強化的主要方法v 液態(tài)噴丸介質液態(tài)噴

9、丸介質 ：v 其包括二氧化硅顆粒和氧化鋁顆粒等，二氧化硅顆粒粒度為40170 m ，很細的可用于液態(tài)噴丸，拋光模具或其他精密零件的表面。噴丸時用水混合二氧化硅顆粒，利用壓縮空氣噴射。氧化鋁顆粒也是一種廣泛應用的噴丸介質，電爐生產的氧化鋁顆粒粒度為531700 m ，其中顆粒小于180m的氧化鋁可用于液態(tài)噴丸，光整加工，但噴射工件中會產生切屑。氧化鋁干噴則用于花崗巖和其他石料的雕刻，鋼和青銅的清理，玻璃的裝飾加工。應當指出，強化用的彈丸與清理、成型、校形用的彈丸不同，必須是圓球形，不能有棱角毛刺，否則會損傷零件表面。一般來說，黑色金屬制件可以用鑄鐵丸、鑄鋼丸、鋼絲切割丸、玻璃丸和陶瓷丸。有色金屬

10、如鋁合金、鎂合金、鈦合金和不銹鋼制件則需采用不銹鋼丸、玻璃丸和陶瓷丸。 金屬形變強化的主要方法噴丸強化用的設備噴丸強化用的設備 按驅動彈丸的方式分為：機械離心式噴丸機氣動式噴丸機噴丸機又有干噴和濕噴之分，干噴式工作條件差，濕噴式是將彈丸混合在液態(tài)中成懸浮狀，然后噴丸，因此工作條件有所改善。 金屬形變強化的主要方法機械離心式噴丸機：又稱葉輪式噴丸機或拋丸機。工作時，彈丸由高速旋轉的葉片和葉輪離心力加速拋出。彈丸的速度取決于葉輪轉速和彈丸的質量。這種噴丸機功率小，生產效率高，噴丸質量穩(wěn)定，但設備制造成本較高。主要適用于要求噴丸強度高、品種少批量大、形狀簡單尺寸較大的零部件。 氣動式噴丸機：工作時以

11、壓縮空氣驅動彈丸達到高速度后撞擊工件的受噴表面。這種噴丸機工作室內可以安置多個噴嘴，因其方位調整方便，能最大限度地適應受噴零件的幾何形狀。而且可通過調節(jié)壓縮空氣的壓力控制噴丸強度，操作靈活。一臺噴丸機可噴多個零件，適用于要求噴丸強度低、品種多、批量少、形狀復雜、尺寸較小的零部件。缺點是功耗大，生產效率低。 金屬形變強化的主要方法氣動式噴丸機根據(jù)彈丸進入噴嘴的方式又分為吸入式、重力式和直接加壓式三種。吸入式噴丸機結構簡單，多使用密度較小的玻璃彈丸或小尺寸金屬彈丸，適用于工件尺寸較小、數(shù)量較少、彈丸大小經常變化的場合，如實驗室等。重力式噴丸機結構比吸入式復雜，適用于密度和直徑較大的金屬彈丸。不論那

12、一類設備，噴丸強化的全過程必須實行自動化，而且噴嘴距離、沖擊角度和移動（或回轉）速度等的調節(jié)都穩(wěn)定可靠。金屬形變強化的主要方法v 噴丸強化工藝參數(shù)的確定噴丸強化工藝參數(shù)的確定v 合適的噴丸強化工藝參數(shù)要通過噴丸強度試驗和表面覆蓋率試驗來確定。v 噴丸強度試驗。將一薄板試片緊固在夾具上進行單面噴丸，由于噴丸面在彈丸沖擊下產生塑性變形而伸長，噴丸后的試片產生凸向噴丸面的球面彎曲變形，試片凸起大小可用弧高度表示?；「叨扰c試片厚度h、殘余壓力層深度d以及強化層內殘余應力平均值有如下關系E為試片彈性模v為泊松比a為測量弧高度的基準圓直徑 金屬形變強化的主要方法試片材料一般采用具有較高彈性的試片材料一般采

13、用具有較高彈性的70彈簧鋼，試片尺寸應根據(jù)試片噴丸彈簧鋼，試片尺寸應根據(jù)試片噴丸強度來選擇，常用的三種試片規(guī)格參見表強度來選擇，常用的三種試片規(guī)格參見表6-1。當試片A（或II）測得的弧高度0.15mm時，應改用試片N（或I）來測量噴丸強度；當用試片A（或II）測得的弧高度0.6mm時，應改用試片C（或III）來測量噴丸強度。 金屬形變強化的主要方法v表面覆蓋率試驗。噴丸表面覆蓋率試驗。噴丸強化后表面彈丸坑占有的面強化后表面彈丸坑占有的面積與總面積的比值稱表面覆積與總面積的比值稱表面覆蓋率。一般認為，噴丸強化蓋率。一般認為，噴丸強化零件要求表面積覆蓋率達到零件要求表面積覆蓋率達到表面積的表面積

14、的100%即全覆蓋時，即全覆蓋時，才能有效改善疲勞性能和抗才能有效改善疲勞性能和抗應力腐蝕性能。但是在實際應力腐蝕性能。但是在實際生產時應盡量縮短不必要的生產時應盡量縮短不必要的過長的噴丸時間。過長的噴丸時間。v選定噴丸強化工藝參數(shù)。選定噴丸強化工藝參數(shù)。金屬材料的疲勞強度和抗應力金屬材料的疲勞強度和抗應力腐蝕性能并不隨噴丸強度的增腐蝕性能并不隨噴丸強度的增加而直線提高，而是存在一個加而直線提高，而是存在一個最佳噴丸強度，它由試驗確定。最佳噴丸強度，它由試驗確定。金屬形變強化的主要方法v 噴丸強化的應用實例噴丸強化的應用實例v 20CrMnTi圓輥滲碳淬火回火后進行噴丸處理，殘余壓應力為880

15、MPa，壽命從55萬次提高到150180萬次；v 40CrNiMo鋼調質后再經噴丸處理，殘余壓應力為880MPa，壽命從4.6105次提高到1.04107次以上；v 鋁合金LD2，經噴丸處理后，壽命從1.1106次提高到1108次以上；v 在質量分數(shù)為3%的氯化鈉水溶液中工作的45鋼，經噴丸處理后，其疲勞強度從100MPa提高到202MPa；v 鋁合金wZn=6%、wMg=2.4%、wCu=0.7%、wCr=0.1%懸臂梁試驗，經噴丸處理后，應力腐蝕臨界應力從357MPa提高到400MPa；v 耐蝕鎳合金（Hastelloy合金），鼓風機葉輪在150氮氣中運行，六個月后發(fā)生應力腐蝕破壞。經噴丸

16、強化并經玻璃珠去污，Hastelloy合金B(yǎng)2反應堆容器在焊接后，局部噴丸以對應力腐蝕裂紋進行修復，在未噴丸表面重新出現(xiàn)裂紋，而經噴丸處理的部分幾乎未產生進一步破裂。v 液體推進容器的鈦制零部件未噴丸強化時，在40以下使用14h就發(fā)生應力腐蝕破壞，容器內表面經玻璃珠噴丸強化后，在同樣條件下試驗30天還沒有產生破壞。v 此外，噴丸和其他形變強化工藝在汽車工業(yè)中的變速箱齒輪、宇航飛行器的焊接齒輪、噴氣發(fā)動機的鉻鎳鐵合金（Incone1718）渦輪盤等制造中獲得應用。 ZnwZnw金屬形變強化的主要方法2孔擠壓:內孔擠壓是使孔的內表面獲得形變強化的工藝，效果明顯。美國已發(fā)表專利。3滾壓:圖（a）為表

17、面滾壓強化示意圖。目前滾壓強化用的滾輪、滾壓力大小等尚無標準。對于圓角、溝槽等可通過滾壓獲得表層形變強化，并能在表面產生約5mm深的殘余壓力，其分布如圖（b）所示。 （a） （b） 感應加熱表面淬火v感應加熱表面淬火就是將感應圈放置在距工件很近的外表面或內表面，通以感應加熱表面淬火就是將感應圈放置在距工件很近的外表面或內表面，通以快速交變電流，利用鋼鐵的感應電流使表面迅速發(fā)熱，然后噴水冷卻，達到淬快速交變電流，利用鋼鐵的感應電流使表面迅速發(fā)熱，然后噴水冷卻，達到淬火的目的?；鸬哪康摹８袘訜岜砻娲慊鸬脑砀袘訜岜砻娲慊鸬脑?感應加熱表面淬火的原理是利用感應電流的“集膚效應”、“臨近效應”和

18、“環(huán)狀效應”?！凹w效應”原理如圖。在導體的表面施加交變磁場時，磁力線大部分集中在導體表面通過，感生電流也就主要產生于導體表面。如果導體與感應圈間隙足夠小，則磁力線全部為導體所吸收，在高頻的交流電作用下，表面會在很短時間內產生很大的感生電流，使表面迅速發(fā)熱，而很快達到臨界點（AC3、ACm）以上。 感應加熱表面淬火的原理“臨近效應”表現(xiàn)為，兩個相鄰載有高頻電流的導體由于磁場相互影響，磁力線將重新分布，當兩個導體內電流方向相同時，電流從外側通過；當電流相反時，電流從內側通過。“環(huán)狀效應”使之高頻電流通過環(huán)狀或螺旋狀導體時，最大電流密度分布在環(huán)狀導體內側，外側實際沒有電流。這種效應對加熱圓形工件外

19、表面是有利的，而對于圓形工件內表面加熱則是不利的，磁力線大部分損失，即漏磁很大，為解決這一問題，一般采用加裝導磁體來改變磁力線，使其從內側移向外側，如圖6-6所示。感應加熱表面淬火的特點v （1）加熱速度范圍寬，可在31000/s，加熱時間短，一般幾秒至幾十秒就可以完成，晶粒更細。奧氏體晶粒最高可達1415級，因為晶粒細小，淬火后可以獲得隱晶馬氏體，硬度很高。比一般淬火硬度高出24HRC，因此耐磨性較高。 v （2）工藝參數(shù)容易調節(jié)和控制。比如通過調整輸出功率、頻率和加熱時間來準確地控制淬火層深度、硬度。對于同一批工件來說，一旦工藝參數(shù)確定，則可以穩(wěn)定下來，不必再進行調整。因而工效很高，可以實

20、現(xiàn)機械化作業(yè)，特別適合大批量生產。v （3）因為加熱速度快，表面氧化脫碳少，表面質量高。同時感應加熱是局部和薄層加熱，因此工件幾乎不變形。很多情況下都作為最終加工工序。v （4）感應加熱淬火需要很大的設備投入，需要專門的中頻或高頻電源裝置。需要針對特定的工件制作特定的感應圈，所以單件小批量生產時生產成本高。對大型工件淬火，它無法完成，因此靈活性相對較差。感應加熱表面淬火的工藝流程和技術要點v 感應加熱表面淬火的工藝流程如圖，在工藝制定中要充分考慮諸多影響因素。概括起來主要有：1前期的預先處理前期的預先處理表面淬火適合中高碳鋼和鑄鐵，因為這些材料的碳質量分數(shù)決定了其可以通過快速淬火得到中高碳馬氏

21、體，強度和硬度會明顯提高。而低碳鋼則不會收到這樣的效果。中高碳鋼經過調質處理后，心部可以獲得強度和韌性的最佳性能配合，也就是綜合機械性能好，使用中與表面淬硬層形成配合。感應加熱表面淬火的工藝流程和技術要點v 2表面硬度的選擇表面硬度的選擇v 零件的硬度應根據(jù)零件的使用性能確定。v 用于摩擦部分，如曲軸軸頸、凸輪表面，硬度越高，耐磨性越好，曲軸頸常用HRC5562，凸輪軸常用HRC5664。v 用于壓碎、扭轉及剪切部分的零件，硬度應高一些，如鍛錘錘頭表面、汽車半軸、鋼板彈簧等，常用HRC5064。v 承受沖擊載荷的零件，如齒輪、花鍵軸，既要求表面硬度，也要求足夠的韌性，因此硬度應適當降低，常采用

22、HRC4048。v 對于灰鐵件，硬度可達HRC38或更高；球鐵硬度在HRC4555。 感應淬火后鋼表面的硬度主要取決于碳質量分數(shù)。當wc=0.15%0.75%時，淬火硬度可由下式計算HRC2060(2wc1.3（wc）2)式中wc為鋼的含碳量HRC為馬氏體淬硬層硬度的平均值。感應加熱表面淬火的工藝流程和技術要點v 表6-2為幾種常用鋼感應淬火后平均硬度值。3硬化層深度選擇硬化層深度選擇 硬化層深度也需要根據(jù)工件的工作條件選擇，表6-3為零件失效原因和工件條件對硬化層的要求。感應加熱表面淬火的工藝流程和技術要點v 4加熱溫度的確定加熱溫度的確定 v 加熱溫度要針對不同的材料和表面硬度的要求確定，

23、碳鋼和合金鋼的加熱溫度是不同的，合金成分不同，加熱的溫度也會明顯不同。而且，因為感應加熱速度比空氣加熱和火焰加熱都快，會明顯提高鋼的AC3和AC1點，一般會高出幾十至上百度，所以要認真分析各種鋼的加熱溫度。v 5設備輸出頻率的確定設備輸出頻率的確定v 感應電源的輸出頻率主要有高頻(100500KHz)、超音頻(20100KHz)、中頻(0.510KHz)、和工頻(50Hz)。頻率是根據(jù)零件的尺寸和硬化層深度確定的。v （1）電流透入深度、熱透入深度與硬化層的關系。感應淬火主要依靠感生電流直接加熱，可以近似認為熱透入深度與電流透入深度相等，即 由式子可以得出不同頻段的透熱層深度，如表6-4為電流

24、頻率與熱透入深度的關系。 感應加熱表面淬火的工藝流程和技術要點v 感應淬火時為提高生產效率，獲得更高的表面硬度，要求熱透入深度大于硬化層厚度，即全部采用電流直接加熱，而不是依靠傳導式加熱。為獲得較大的殘余壓應力，一般要求過渡層厚度不超過硬化層深度的1/4，這時選取透熱層深度為硬化層深度的2倍，即式中,為硬化層深度。（2）不同形狀零件的最佳頻率將式（6-2） 代入（6-1） 可以得到感應加熱最佳頻率 很多情況下工件直徑越大，所需硬化層深度越大，所以要根據(jù)工件尺寸選擇頻率，如表6-5所示。6.感應圈的制作感應圈的制作感應圈的制作要滿足兩點要求：形狀要與工件加熱部位盡量接近；尺寸要盡量保持與加熱面的

25、小間隙。只有這樣才能發(fā)揮感應電流的集膚效應。感應加熱淬火設備感應加熱需要特定的設備，包括感應電源、感應器（感應圈）、噴水裝置與加熱工件的間隙要盡量地小。其中感應電源是設備的關鍵和核心。按照輸出電流頻率的不同，分為工頻電源、中頻電源、超音頻和高頻電源。在生產實踐中，中頻電源的輸出頻率為0.510KHz，超音頻輸出功率為20100KHz，高頻電源的輸出頻率為100500KHz。輸出功率一定時，頻率越高，加熱速度越快，而同樣的加熱時間下，則透熱深度會減小。圖6-7是工頻電源的原理圖。感應加熱淬火設備在幾類感應電源中，工頻電源在感應加熱設備中輸出頻率最小的，透熱時間較長，但深度最大，適合對大型零件的深

26、度淬火。高頻加熱電源則更適合薄層和更細化晶粒的快速加熱。相對而言，中頻電源輸出頻率和功率是適用范圍最寬的。它的輸出頻率為1 KHz、2.5 KHz和8KHz。輸出功率有10KW、20KW、50 KW、100 KW、200KW、250KW。中頻電源現(xiàn)在基本上作為可控硅整流設備。圖6-8為可控硅中頻電源的原理圖。中頻電源結構簡單，維護容易，適用范圍寬。在調整好輸出功率和頻率時，可以在較短時間內（幾秒至十幾秒）獲得中等厚度（2mm）的加熱層。它適合對承受彎曲、扭轉等交變載荷的零件，比如曲軸、主軸、大齒輪等零件的感應加熱淬火。為獲得更薄的淬硬層，需要加熱速度更快的高頻電源。感應加熱表面淬火的應用v （

27、1）齒輪的表面淬火。齒輪一般用調質鋼制造，如45、40Cr鋼。它們經調質處理后進行表面淬火，然后自回火。齒輪表面組織為隱晶回火馬氏體，硬度為5458HRC，心部組織為回火索氏體，硬度為2025HRC。 v （2）軸類的表面淬火。車床主軸如圖所示。原始組織為正火組織，即索氏體+鐵素體，硬度為180220HB。表面硬度要求5255HRC，內錐孔表面硬度要求4550HRC，采用高頻感應連續(xù)加熱淬火+爐內220250低溫回火可以滿足上述要求。內燃機主軸選用40Cr鋼制造，先進行調質處理，組織為回火索氏體，硬度為2025HRC。表面要求有良好的耐磨性，因此用中頻加熱淬火+低溫回火，得到回火馬氏體，硬度為

28、5255HRC，淬硬層深度在34。整體的抗拉強度為8001000MPa，沖擊韌性為750800KJ/m2。v （3）機床導軌表面淬火。車床導軌由HT320制造，原始組織為珠光體+細片狀石墨，導軌表面要求耐磨，因此用高頻加熱表面淬火，獲得馬氏體+細片狀石墨，硬度提高到4852HRC，淬硬層深度為1.5mm。火焰加熱表面淬火 火焰加熱表面淬火是應用氧-乙炔或其他氣體火焰噴射到工件表面，使其表面迅速地加熱到淬火溫度，然后將一定的冷卻介質噴射到加熱表面或是將工件浸入到冷卻介質中進行淬火的工藝方法稱為火焰加熱表面淬火，簡稱火焰淬火。其目的與感應加熱淬火基本相同。v 火焰加熱表面淬火的特點火焰加熱表面淬火

29、的特點 火焰加熱表面淬火與感應加熱表面淬火等方法相比，具有如下特點： （1）設備簡單，投資少。 （2）操作靈活，適用鋼種廣泛，特別適用于超大異形工件，并可進行現(xiàn)場處理。 （3）通過調整噴槍的行進速度及噴嘴與工件淬火表面的距離，可獲得較為平緩 的淬硬層，并可在一定程度上調整淬硬層深度（2-10mm）。 （4）多為手工操作，機械化、自動化程度較低，噪音大，勞動條件差，混合氣 體不夠安全。 （5）只適用于噴射方向的表面，薄壁零件不適合火焰加熱表面淬火。v 火焰加熱表面淬火使用的燃料火焰加熱表面淬火使用的燃料 火焰加熱表面淬火中，使用的燃料主要是煤氣(CO)或碳氫化合物（比如C2H2），還有天然氣、液

30、化石油氣等。幾種常用燃料氣體的特征可以從表6-6中看出。實際操作中，通過控制火焰與工件相對位置及兩者相對移動速度來控制工件的表面溫度、加熱層深度、加熱速度等。一般地，工件在火焰區(qū)停留時間越長，表面溫度越高；火焰面積大小一定時，單位時間內消耗的燃氣越多，工件表面加熱速度越快。火焰加熱表面淬火火焰加熱表面淬火方法v 火焰加熱表面淬火方法可分為同時加熱方法和連續(xù)加熱方法，其操作方法、工藝特點和適用范圍見表6-7?；鹧婕訜岜砻娲慊鸸に噕 1對鋼原始組織的要求對鋼原始組織的要求 火焰加熱速度比較快，與普通熱處理比較其奧氏體化時間短，晶粒不易長大，故奧氏體化溫度向高溫推移。正因為火焰加熱奧氏體化時間短，火

31、焰加熱淬火前要對工件進行正火或調質處理，獲得細粒狀或細片狀珠光體或回火索氏體，以得到綜合機械性能。 火焰加熱淬火適宜的材料也很廣泛，一般情況下，中碳及中碳合金結構鋼、工模具鋼、馬氏體不銹鋼都可以采用火焰表面淬火，灰鑄鐵、球墨鑄鐵也可以采用火焰淬火。v 2對加熱溫度的控制對加熱溫度的控制 由于火焰加熱時間短，奧氏體化時間短，晶粒長大的時間也極短，故其實際晶粒度較為細小。因此可適當提高其奧氏體化溫度，以促進其碳化物的溶解和均勻化，不同材料的火焰加熱淬火溫度要比普通淬火溫度高20-30，一般鋼件淬火溫度為AC3+(80-100)，鑄鐵為730+28（wSi-25wMn 。 火焰加熱表面淬火溫度與噴嘴

32、和工件的距離及噴嘴移動速度密切相關，但火焰加熱的移動速度和加熱時間的掌握比較困難，尤其是異形表面、局部尖角、孔洞、鍵槽邊緣的溫度控制更為困難，實際操作中主要由操作者目測火色來確定。v 3對淬火硬化層深度的控制對淬火硬化層深度的控制 火焰加熱表面淬火硬化層深度主要取決于鋼材的淬透性、工件尺寸、加熱層深度以及冷卻條件等，對具體工藝的控制則主要取決于加熱溫度、加熱時間或淬火行進速度以及冷卻介質?；鹧婕訜岜砻娲慊鹬谐霈F(xiàn)的問題及其控制v 1淬火開裂淬火開裂 淬火開裂是火焰加熱表面淬火的常見缺陷，尤其是齒輪淬火極易在齒頂處出現(xiàn)密集裂紋。一般合金結構鋼（如40Cr、40CrMo、35CrMo）齒輪火焰加熱表

33、面淬火推薦使用合成淬火劑，否則采用水淬很難通過磁粉或著色探傷檢驗。乳化劑可以避免碳鋼件的淬火裂紋，但對合金結構鋼的效果不明顯。此外操作中要避免起頭和收尾的重疊，應當有510mm軟帶，中間中斷淬火后，重新起頭時也應當留510mm軟帶，否則在這些重疊區(qū)很容易產生淬火?；鹧鎽嚯x邊緣或尖角510mm，否則邊緣或尖角也極易由于溫度高、淬火應力大而產生裂紋。v 2硬度不足或不均勻硬度不足或不均勻 火焰加熱表面淬火硬度不足的主要原因有材料碳質量分數(shù)偏低，加熱溫度不高、冷卻不良（冷卻水壓低，水量不足）等；硬度不均勻則是由于火孔大小不一、火孔堵塞、噴水孔堵塞等原因。v 3熔化熔化 火焰加熱表面淬火時移動速度慢

34、，火停頓可引起淬火表面燒熔，此外，尖角、孔邊也極易燒熔，輕微熔化可用砂輪打磨修復。v 4畸變畸變 板狀工件單面淬火時，火焰加熱表面淬火極易產生變形?？梢酝ㄟ^改善加熱條件，調整噴嘴尺寸等減小淬火變形，對于單面淬火可以采用夾具固定、淬火后采用長時間回火消除應力，以減少變形，并可采用加熱校直的方法恢復工件尺寸精度。應用實例v 1、電鏟提升卷筒火焰加熱表面淬火、電鏟提升卷筒火焰加熱表面淬火 提升卷筒是采煤挖掘設備電鏟的重要部件，尺寸大，筒壁厚，材料為45鋼，其工作面承受鋼絲繩頻繁劇烈的摩擦和交變應力。采用丙烷-氧火焰加熱表面淬火處理，其工藝參數(shù)為：丙烷流量為2-2.3m3/h，氧氣流量為2.83.6

35、m3/h，丙烷壓力為0.08MPa，淬火速度95105mm/min，噴嘴與工件間隙1014mm。淬火處理后表面硬度達到50HRC，淬硬層深度3.5mm，表層組織為貝氏體，過渡層為貝氏體+珠光體+鐵素體組織。采用該工藝處理后，卷筒表面的耐磨性大幅度提高，切應力分布理想，不易產生內裂紋或表層剝落現(xiàn)象。v 2、發(fā)動機挺桿火焰加熱表面淬火、發(fā)動機挺桿火焰加熱表面淬火 挺桿是發(fā)動機上的關鍵部件，與凸輪形成高應力接觸，摩擦較大，因而工件表面要求高硬度及高耐磨性，基體具有一定的綜合力學性能。挺桿原來熱處理采用鹽浴整體淬火或高頻感應加熱淬火，常出現(xiàn)裂紋、變形或表面硬度不足。采用火焰加熱表面淬火工藝對挺桿進行處

36、理，保證了產品質量，降低了生產成本，取得良好效果。應用實例v 如圖a為挺桿的外形尺寸，該件為鉻鉬銅冷鐓合金鑄鐵。圖b為挺桿火焰加熱表面淬火裝置示意圖，火焰加熱溫度為88020，挺桿旋轉速度為30-60r/min，乙炔壓力為0.040.06MPa，氧氣壓力為0.50.7MPa，噴嘴距加熱表面的距離為50mm，淬火后經190120min回火。采用該工藝處理后，淬硬層深度3mm，冷激層深度4mm，底面硬度為6369HRC，桿部硬度為93104HRB。應用實例v 3高壓管件內表面火焰加熱表面淬火高壓管件內表面火焰加熱表面淬火v 高壓管件廣泛用于石油礦山高壓管路的鏈接，承受高壓介質的沖刷和磨損，要求內表

37、面具有高硬度、高耐磨性，同時具有一定的綜合力學性能。高壓管件采用35CrMo鋼制造，其火焰加熱表面淬火裝置如圖c所示?；鹧婕訜岜砻娲慊鸬墓に噮?shù)為：火焰加熱溫度90040，乙炔壓力為0.04-0.06MPa，氧氣壓力為0.50.7MPa，工件旋轉速度24r/min，噴嘴與工件的相對移動速度100140mm/min，淬火后進行220（80100）min回火。該工件處理后表層為回火馬氏體，硬度為5055HRC，次表層為回火馬氏體+鐵素體。金屬表面熱化學處理v 1金屬表面化學熱處理過程金屬表面化學熱處理過程v 金屬表面化學熱處理是利用元素擴散性能，使合金元素滲入金屬表層的一種熱處理工藝。其工藝過程是

38、，首先將工件置于含有滲入元素的活性介質中加熱到一定溫度，使活性介質通過分解（包括活性組分向工件表面擴散，以及界面反應產物向介質內部擴散）并釋放出欲滲入元素的活性原子，活性原子被表面吸附并溶入表面、溶入表面的原子向金屬表層擴散滲入，形成一定厚度的擴散層，從而改變表層的成分、組織和性能。v 2金屬表面化學熱處理的目的金屬表面化學熱處理的目的v 提高金屬表面的強度、硬度和耐磨性。v 提高材料疲勞強度。如滲碳、滲氮、滲鉻等滲層中由于相變使體積發(fā)生變化，導致表層產生很大的殘余壓應力，從而提高疲勞強度。v 使金屬表面具有良好的抗粘著、抗咬合的能力和降低摩擦系數(shù)，如滲硫等。v 提高金屬表面的耐蝕性，如滲氮、

39、滲鋁等。滲硼v 1滲硼過程和目的滲硼過程和目的v 滲硼是把工件置于含有硼原子的介質中加熱到一定溫度，保溫一段時間，通過化學或電化學反應，使硼原子滲入工件表層形成一層堅硬的硼化物滲層。滲硼主要是為了提高金屬表面的硬度、耐磨性和耐蝕性?？捎糜阡撹F材料、金屬、陶瓷和某些有色金屬材料，如鈦、鉭和鎳基合金。滲硼最合適的鋼種為中碳鋼和中碳合金鋼。2滲硼層組織滲硼層組織 如圖為鐵硼狀態(tài)圖，可以看出硼原子在相或相的溶解度很小，當硼的質量分數(shù)超過其溶解度時，就會產生硼的化合物Fe2B()。當 wB8.83%時，會產生FeB()。當wB =6%16%時，會產生FeB與Fe2B白色針狀混合物。一般希望得到相對單相的

40、Fe2B 。鋼中的合金元素大多數(shù)可溶于硼化物層中（例如鉻和錳）,因此認為硼化物是(Fe,M) 2B或(Fe,M)B更為恰當（其中M為一種或多種金屬元素）。碳和硅不溶于硼化物層，而被硼從表面推向硼化物前方而進入基材。滲硼v 如圖是這些元素在碳鋼的硼化物層中的分布示意圖。硅在硼化物層前方的富集量可達百分之幾，使低碳鉻合金鋼硼化物層前方形成軟的鐵素體層，只有降低鋼的Si的質量分數(shù)才能解決這一問題。碳的富集會析出滲碳體或硼滲碳體，例如Fe3B0.8C0.2。3滲硼層的性能滲硼層的性能滲硼層的硬度很高，例如Fe2B的硬度為13001800HV；FeB的硬度為16002200HV。由于FeB脆性大，一般希

41、望得到單相的，厚度為0.070.15mm的Fe2B層。如果合金元素含量較高，由于合金元素有阻礙硼在鋼中的擴散作用，則滲硼層厚度較薄。硼化鐵的物理性能參見表6-8。熱硬性高，滲硼層在800時仍保持高的硬度。在鹽酸、磷酸、硫酸和堿中有良好的耐腐蝕性，但不耐硝酸。在600以下抗氧化性能較好。滲硼4滲硼方法滲硼方法（1）固體滲硼：固體滲硼在本質上屬于氣態(tài)催化反應的氣相滲硼，供硼劑在高溫和活化劑的作用下形成氣態(tài)硼化物（BF2、BF3）它在工件表面不斷化合與分解，釋放出活性硼原子并不斷被工件表面吸附并向工件內擴散，形成穩(wěn)定的鐵硼化物層。固體滲硼是將工件置于含硼的粉末或膏劑中，裝箱密封，放入加熱爐中加熱到9

42、501050保溫一定時間后，工件表面上獲得一定厚度的滲硼層。這種方法設備簡單，操作方便，適應性強，但勞動強度大，成本高。歐美國家多采用固體滲硼。常用的固體滲硼劑有：滲硼v 粉末滲硼。粉末滲硼由是由供硼劑（硼鐵、碳化硼、脫水硼砂等）、活性劑（氟硼酸鉀、碳化硅、氯化物、氟（供硼劑）化物等）、填充劑（木炭或碳化硅等）組成。如配方B4C5%（供硼劑）+KBF4（活性劑）+SiC（90%）（填充劑）。各成分所占比例與被滲硼的材料有關。對于鉻含量高的鋼種，建議在滲硼粉中加入適量鉻粉。v 膏劑滲硼。膏劑滲硼是將供硼劑加一定比例的粘結劑組成一定粘稠膏狀物涂在工件表面上進行加熱滲硼處理。膏劑滲硼的配方有：v a

43、 由碳化硼粉末（0.0630.056mm）50%和冰晶石50%組成。用水解四乙氧基甲硅烷作粘結劑組成膏狀物質。滲硼前，先在200干燥1h后再進行滲硼。v b 5%50%B4C（0.100mm）+5%50%冰晶石（粉末狀）+40%49%氟化鈣（0.154mm），混合后用30%松香+70%酒精調成糊狀，在工件上涂2mm的涂層，然后晾干密封裝箱，最后裝入加熱爐中進行滲硼。v 若膏劑滲硼是在高頻感應加熱條件下進行，不僅可以得到與爐子加熱條件下相同的滲硼層，而且可大大縮短滲硼時間。v （2）氣體滲硼v 與固體滲硼的區(qū)別是供硼劑為氣體，氣體滲硼需用易爆的乙硼烷或有毒的氯化硼，故沒有用于工業(yè)生產。v （3）

44、液體滲硼v 也叫鹽浴滲硼，這種方法應用廣泛。它主要是由供硼劑硼砂還原劑（碳酸鈉、碳酸鉀、氟硅酸鈉等）組成的鹽浴，生產中常用的配方有：80%Na2B4O7+20%SiC或80%Na2B4O7+10%Al+10%NaF等。滲硼v （4）等離子滲硼v 等離子滲硼可以用與氣體滲硼類似的介質。這一領域正在研究，還沒有工業(yè)應用的實例。v 5滲硼在生產實際中的應用滲硼在生產實際中的應用滲碳、滲氮、碳氮共滲v 1滲碳滲碳v 滲碳是為了增加低碳鋼和低碳合金鋼表層的碳質量分數(shù)、獲得一定的碳質量分數(shù)梯度，將鋼件在碳的活性介質中加熱并保溫，使碳原子滲入表層的一種表面化學熱處理工藝。常用滲碳鋼主要有低強度鋼（15鋼、2

45、0鋼、20Mn2、20Cr等）、中強度鋼（20CrMnTi、20CrMnMo、20MnTiB等）和高強度鋼（18CrNiWA，20CrNi4A等）。滲碳鋼要求滲碳層應具有高硬度、高強度和一定的塑性，所以滲碳工件表層的碳質量分數(shù)不應過高。要求滲碳工件具有良好的鍛造性能、切削加工性能和熱處理性能。而且要求滲碳工件不能有較多和粗大的非金屬夾雜物，不允許有嚴重的帶狀組織。滲碳結束后，滲層中不得出現(xiàn)反常組織。v （1）結構鋼的滲碳）結構鋼的滲碳v 結構鋼經滲碳后能使零件工作表面獲得高的硬度、耐磨性、耐侵蝕磨損性、接觸疲勞強度和彎曲疲勞強度，而心部具有一定強度、塑性、韌性。常用的滲碳方法有三種：v 氣體滲

46、碳。氣體滲碳。v 氣體滲碳是生產中應用最廣的一種滲碳方法，它是在含碳的氣介質中通過調節(jié)氣體滲碳氣氛實現(xiàn)滲碳的目的。氣體滲碳根據(jù)所用滲碳氣體的產生辦法及種類，分為滴注式氣體滲碳、吸熱式氣體滲碳和氮基氣氛滲碳。常用滲碳設備可分為周期式爐和連續(xù)式爐兩大類。周期式爐用于單件或小批量滲碳工藝；連續(xù)式爐實現(xiàn)了連續(xù)式裝卸工件，生產率較高。滲碳、滲氮、碳氮共滲v 鹽浴滲碳。鹽浴滲碳。也叫液體滲碳，將被處理的零件浸入鹽浴滲碳劑中，通過加熱使?jié)B碳劑分解出活性碳原子進行滲碳。如75%85%Na2CO3、l5%15%NaCl、8%15%SiC就是一種熔融的滲碳鹽浴配方。10鋼在950保溫3h后可獲得總厚度1.2mm的

47、滲碳層。液體滲碳所用的設備簡單，滲碳速度快，靈活性大，滲碳后便于直接淬火，適合于中、小型零件的滲碳。v 固體滲碳。固體滲碳。固體滲碳是一種傳統(tǒng)的滲碳方法，將工件放在填充粒狀滲碳劑的密封箱中進行滲碳的工藝。固體滲碳需要要專門的滲碳設備，操作簡單，成本低，但滲碳時間長，滲層不易控制，不能直接淬火，勞動條件也較差，主要在單件、小批量生產等特定條件下采用。為了提高滲碳速度而引進了快速加熱滲碳法、真空、離子束、液態(tài)層滲碳等先進的工藝方法，他們均能提高滲碳速度和滲碳質量。v （2）影響滲碳的因素）影響滲碳的因素v 滲碳后表層的碳質量分數(shù)、滲碳層深度及碳質量分數(shù)變化梯度是決定工件滲碳淬火后組織和性能的主要因

48、素，他們的數(shù)值與滲碳的時間、溫度、鋼的化學成分及滲碳劑活性有關。v 滲碳溫度。滲碳溫度。在其他參數(shù)相同的條件下，滲碳溫度越高，滲層越厚，表層碳質量分數(shù)越高；溫度越低，則效果相反。主要原因為：第一，隨著溫度的升高，使碳在鋼中的擴散速度加快，第二，隨著溫度的升高，碳在奧氏體中的溶解度增大。滲碳、滲氮、碳氮共滲v 保溫時間。保溫時間。v 碳在鋼中的擴散速度及擴散層深度是溫度和時間的函數(shù)，如圖為三種滲碳溫度所得的滲層深度與保溫時間的關系。由圖可知，同一滲碳溫度，滲層深度隨時間的延長而增加，但增加的程度逐漸減慢，低溫時減慢的速率更快，這是由于滲層中碳質量分數(shù)隨著時間的延長而逐漸減小的緣故。滲碳、滲氮、碳

49、氮共滲（3）應用實例）應用實例可控氣氛滲碳工藝可控氣氛滲碳工藝 汽車轉向器齒輪，材料20CrNiMo。在可控氣氛多用爐生產線上進行滲碳，其工藝參數(shù)見表6-10，如圖為汽車轉向器齒輪可控氣氛滲碳工藝曲線。滲碳、滲氮、碳氮共滲v 齒輪滲碳后滲碳層深度為0.700.75mm，表層硬度為5863HRC，心部硬度為3542HRC，表面為回火馬氏體+極少量粒狀碳化物，心部為低碳馬氏體+鐵素體。v 氮基氣氛滲碳氮基氣氛滲碳v 20CrMnTi、20CrMo鋼閥體及閥體類工件進行氮基可控氣氛滲碳，用空分普氮（N2）為95%作為氮源，以甲醇+N2制備N2:H2:CO=4:4:2(體積比)的氮基氣氛。富化氣仍采用

50、有機碳氮化合物。滲碳淬火后表面硬度可控制在6365HRC，碳勢w(C)控制精度達到0.03%，滲層深度1.71.8mm，其滲碳工藝如圖所示。滲碳、滲氮、碳氮共滲v 2滲氮滲氮v 滲氮是在含有氮或氮原子的介質中將工件加熱到一定溫度，工件表面被氮原子滲入的一種工藝方法。滲氮處理通常在480600進行，滲氮的介質可采用氣體、熔鹽或固態(tài)顆粒。滲氮工藝復雜，時間長，成本高，所以只用于耐磨、耐蝕和精度要求高的耐磨件，如發(fā)動機氣缸、排氣閥、閥門、精密絲桿等。v 工件經滲氮后獲得高的表面硬度，加熱到500時，硬度變化不大，具有低的劃傷傾向和高的耐腐蝕性。在自來水、潮濕空氣、氣體燃燒物、過熱蒸汽、苯、不潔油、弱

51、堿溶液、硫酸、醋酸、正磷酸等介質中均有一定的耐蝕性。v （1）滲氮的分類）滲氮的分類v 低溫滲氮。低溫滲氮。低溫滲氮是指滲氮溫度低于600的各種滲氮方法。滲氮層的結構主要決定于Fe-N相圖。其主要滲氮方法有氣體滲氮、液體滲氮、離子滲氮等。低溫滲氮主要用于結構鋼和鑄鐵。目前廣泛應用的是氣體滲氮法，把需滲氮的零件放入密封滲氮爐內，通入氨氣，加熱至500600氨發(fā)生以下反應：2NH3=3H2+2Nv 生成的活性氮原子N滲入鋼表面，形成一定深度的氮化層。v 根據(jù)Fe-N相圖，氮融入鐵素體和奧氏體中，與鐵形成相（Fe4N）和相（Fe2-3N），也溶解一些碳。所以滲氮后，工件最外層是白色相或相，次外層是暗

52、色+共析體層。滲碳、滲氮、碳氮共滲v 高溫滲氮。高溫滲氮。高溫滲氮是指滲氮溫度高于共析轉變溫度（6001200）下進行的滲氮。主要用于鐵素體鋼、奧氏體鋼、難熔金屬（Ti、Mo、Nb、V等）的滲氮。v (2)各種材料滲氮各種材料滲氮v 結構鋼滲氮。結構鋼滲氮。任何珠光體類、鐵素體類、奧氏體類以及碳化物類的結構鋼都可以滲氮。為了獲得具有高耐磨、高強度的零件，可采用液氮專用鋼種（38CrMoAlA）。近年來出現(xiàn)了不采用含鋁的結構鋼的滲氮強化。結構鋼滲氮溫度一般選在500550左右，滲氮后可明顯提高疲勞強度。v 高鉻鋼滲氮。高鉻鋼滲氮。工件經酸洗或噴砂去除氧化膜后才能進行滲氮。為了獲得耐磨的滲層，高鉻

53、鐵素體鋼常在500600進行滲氮。滲氮層深度一般不大于0.120.15mm。v 工具鋼滲氮。工具鋼滲氮。高速鋼切削刃具短時滲氮可提高壽命0.51倍。推薦滲層深度為0.010.025mm，滲氮溫度為510520。相對于小型模具（1%時，只有碳化物層。v 2滲金屬層的性能滲金屬層的性能v 滲金屬層的硬度極高，耐磨性很好，抗咬合和抗擦傷能力也很高，并且具有摩擦系數(shù)小等優(yōu)點。表6-11是100g負荷測得的顯微硬度值。滲金屬v 3滲金屬方法滲金屬方法v （1）氣相滲金屬法）氣相滲金屬法v 在適當溫度下，可以揮發(fā)的金屬化合物中析出活性原子沉積在金屬表面上與碳形成化合物。一般使用金屬鹵化物作為活性原子的來源

54、，其工藝過程是將工件置于含有滲入金屬鹵化物層的容器中，通入H2或Cl2進行置換還原反應，使之析出活性原子，然后進行滲金屬操作。v 使用羥基化合物在低溫分解的方法進行表面沉積，例如W(CO)6在150條件下能分解出W活性原子，然后滲入金屬表面形成鎢的化合物層。v （2）固相滲金屬法）固相滲金屬法v 固相滲金屬法中應用較廣泛的是膏劑滲金屬法，它是將滲金屬膏劑涂在金屬表面上，加熱到一定溫度后，使元素滲入工件表層。一般膏劑的組成如下：v 活性劑?；钚詣?。多數(shù)是純金屬粉末0.0500.071mm。v 熔劑。熔劑。其作用是與滲金屬粉末相互作用后形成相應的各種鹵化物即被滲原子的載體。v 粘結劑。粘結劑。一般

55、用四乙氧基甲硅烷，起粘結作用并形成膏劑。 滲金屬v 4滲鉻滲鉻v （1）滲鉻層的組織和性能）滲鉻層的組織和性能v 滲鉻層的組織。滲鉻層的組織。v 滲鉻層的組織和滲入金屬狀況主要與基體材料成分有關，而對其工藝的影響較小。鋼的滲層組織和滲入金屬狀況受鋼中碳質量分數(shù)影響最大。對于低碳鋼和低碳合金鋼滲鉻，表面形成固溶體，并有游離分布的碳化物，滲入金屬含量由表及里逐漸減少。中碳鋼滲層有兩層，外層為鉻的碳化物層，內層為固溶體。高碳鋼滲鉻，在表面形成鉻的碳化物層，如(Cr、Fe)7C3、(Cr、Fe)23C6、(Cr、Fe)3C等，層厚僅0.010.04mm，硬度為1500HV。v 滲鉻層的性能。滲鉻層的性

56、能。v 工件滲鉻后可顯著改善在強烈磨損條件下以及在常溫、高溫腐蝕介質中工作的物理、化學、力學性能。中碳鋼、高碳鋼滲鉻層性能均優(yōu)于滲碳層和滲氮層，但略低于滲硼層。特別是高碳鋼滲鉻后，不僅能提高硬度，而且還能提高熱硬性，在加熱到850后，仍能保持1200HV左右的高硬度，超過高速鋼。同時滲鉻層也具有較高的耐蝕性，對堿、硝酸、鹽水、過熱空氣、淡水等介質均有良好的耐蝕性，但不耐鹽酸。滲鉻件能在750以下長期工作，有良好的抗氧化性，但在750以上工作時不如滲鋁件。v （2）滲鉻方法）滲鉻方法v 氣體滲鉻。氣體滲鉻。v 在氣體滲鉻介質條件下進行，采用接觸法直接電加熱或高頻感應加熱可加快氣體滲鉻速度。滲金屬

57、v 固體膏劑滲鉻。固體膏劑滲鉻。v 這是利用活性膏劑進行滲鉻的方法。一般膏劑組成如下：v A 滲鉻劑-金屬鉻或合金鉻粉末，其尺寸為0.0500.071mm。v B 熔劑-形成鉻的鹵化物后，再與金屬表面反應，常用冰晶石。v C 粘結劑-品種較多，其中以水解硅酸乙酯效果較好。v 5滲釩、滲鈮滲釩、滲鈮v 工件滲釩、滲鈮是為了獲得高硬度的表面滲層，主要應用于鋼鐵件。由于釩、鈮與碳的親和力比鐵、鉻強，能從鐵、鉻中獲得碳原子，形成釩、鈮碳化物滲層。與鉻滲層相比，釩、鈮滲層更薄，但滲層硬度更高，耐磨性更好。目前國內滲釩、滲鈮的方法主要是硼砂熔鹽法和固體粉末法。v （1）滲釩、滲鈮組織）滲釩、滲鈮組織v 滲

58、釩、滲鈮層的組織和滲入金屬狀況主要與基體材料成分有關。鋼的滲釩、滲鈮層的組織和滲釩、滲鈮層滲入金屬狀況受鋼中碳質量分數(shù)的影響最大。中、高碳（合金）鋼滲釩、滲鈮后，表面形成碳化物滲層，滲層中滲入金屬含量極高，滲層中幾乎不含基體金屬，界面含量曲線形成陡降，圖a、圖b分別是滲層中礬、鈮含量分布。滲金屬滲金屬v （2）滲釩、滲鈮層性能）滲釩、滲鈮層性能v 硬度。硬度。v 鋼的金屬碳化物覆層具有很高的硬度，其基體材料的化學成分是決定滲金屬層組織的主要因素，也是影響滲層硬度的主要因素。表6-12是典型鋼材滲釩、滲鈮的碳化物覆層硬度值。鋼的滲釩、滲鈮層硬度主要受鋼的碳質量分數(shù)的影響。從表6-12可以看出，隨著鋼中碳質量分數(shù)的增加，滲金屬層硬度增加；合金含量增加對硬度的影響不大。 耐蝕性