汽車零件的表面強化工藝

汽車制造工藝第八章零件的表面強化工藝主要內(nèi)容第一節(jié)零件表面機械強化處理第二節(jié)化學處理第三節(jié)表面淬火處理第四節(jié)激光熱處理技術第五節(jié)其他熱處理工藝簡介第一節(jié)零件表面機械強化處理表面機械強化處理是利用機械能使工件表面產(chǎn)生塑性變形，引起表面形變強化的方法，亦稱為表面形變強化。有噴丸、噴砂、滾壓和孔擠壓等工藝。腐蝕、磨損、斷裂是機器零部件的三大失效模式，其中以斷裂失效帶來的災難與損失最大。而斷裂失效中疲勞斷裂所占比例最高。汽車中的一些重要零部件，如彈簧、軸、齒輪、連桿、車輪等承受循環(huán)交變載荷，有時發(fā)生疲勞斷裂失效。而表面機械強化處理是提高機器零部件疲勞壽命最為有效的手段。第一節(jié)零件表面機械強化處理一、機械表面處理的強化原理1.表面形變強化圖8-1噴丸形變硬化層結構和殘余應力分布示意圖圖8-2噴丸強化后硬度分布一、機械表面處理的強化原理2.形成表面殘余應力一、機械表面處理的強化原理3.表面形貌變化工件疲勞斷裂大多從表面開始,疲勞源發(fā)生在工件表面。工件表面缺陷,如機械加工的刀痕、細裂紋及銹蝕有時就是裂紋源的滋生地。工件上存在倒角、凹槽等應力集中的位置,有時也是疲勞斷裂開始的位置。表面強化可以消除或降低應力集中,特別是滾壓和孔擠壓還能提高表面粗糙度,因而可以顯著提高工件疲勞強度,降低工件對缺陷的敏感性。第一節(jié)零件表面機械強化處理二、表面噴丸處理

表面噴丸處理，也稱噴丸強化，是將高速彈丸流噴射到零件表面，使表層發(fā)生塑性變形，而形成一定厚度的強化層，強化層內(nèi)形成較高的殘余壓應力，從而提高零件的疲勞強度和使用壽命。1.噴丸強化設備及彈丸噴丸強化用的設備主要有兩種結構形式:氣動式與機械離心式。1.噴丸強化設備及彈丸氣動式噴丸機吸入式噴丸機1.噴丸強化設備及彈丸氣動式噴丸機重力式噴丸機1.噴丸強化設備及彈丸氣動式噴丸機直接加壓式氣動噴丸機1.噴丸強化設備及彈丸機械離心式拋丸機1.噴丸強化設備及彈丸內(nèi)孔噴丸機1.噴丸強化設備及彈丸旋片(旋板)噴丸器1.噴丸強化設備及彈丸噴丸常用的彈丸可分為鑄鐵彈丸、鑄鋼彈丸、不銹鋼彈丸、鋼絲切割彈九、玻璃彈丸、陶瓷彈丸及其它非金屬彈丸等。目前已有多種合成材料和礦物性材料可供選用，應用較多的是剛玉彈丸。噴丸介質的力學性能指標主要是沖擊韌度和硬度。由于噴丸時彈丸高速撞擊工件，彈丸必須具有較高的沖擊韌度，才能避免大量破碎。顯然。鋼丸的沖擊韌度高于鑄鐵丸，其中尤其以鋼絲切割丸最好。彈丸的硬度與噴丸強度密切相關，它直接影響到噴丸效果。一般應在保證彈丸具有足夠沖擊韌度的條件下。盡量提高硬度。彈丸的大小相差也很大，可以從幾微米到幾毫米，應根據(jù)噴丸目的和工藝條件，按照國家標準選用。二、表面噴丸處理2.噴丸工藝噴丸后殘余壓應力的蜂值和延續(xù)深度體現(xiàn)了噴丸的效應。它與工件的材料和狀態(tài)。以及噴丸時的多個工藝參數(shù)有關。噴丸的工藝參數(shù)包括：彈丸特性、彈丸流的速度和流量、噴丸時間、彈丸流對受噴面的相對位置等。生產(chǎn)實際中并不單獨測量上述各個工藝參數(shù)，而是測定綜合性的噴丸強度和表面覆蓋率。目前各國均采用噴丸強度和表面覆蓋率來控制和檢驗噴丸強化的質量。第一節(jié)零件表面機械強化處理三、表面噴砂處理1.噴砂原理及應用范圍原理：噴砂是采用壓縮空氣為動力，以形成高速噴射束將噴料高速噴射到工件表面，由于磨料沖擊和切削作用，使工件的表面獲得一定的清潔度和不同的粗糙度，使工件表面的機械性能得到改善，因此提高了工件的抗疲勞性。應用范圍：1）工件涂鍍、工件粘接前處理2）鑄件、熱處理后工件的表面清理3）機加工件飛邊清理4）改善零件的力學性能5）光飾作用三、表面噴砂處理2.噴砂機的分類1）吸入式干噴砂機一個完整的吸入式干噴砂機一般由六個系統(tǒng)組成，即結構系統(tǒng)、介質動力系統(tǒng)、管路系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)。吸入式干噴砂機是以壓縮空氣為動力，通過氣流的高速運動在噴槍內(nèi)形成的負壓，將磨料通過輸砂管。吸入噴槍并經(jīng)噴嘴射出，噴射到被加工表面，達到預期的加工目。2）壓入式干噴砂機一個完整的壓入式干噴砂機工作單元一般由四個系統(tǒng)組成，即壓力罐、介質動力系統(tǒng)、管路系統(tǒng)、控制系統(tǒng)。壓入式干噴砂機是以壓縮空氣為動力，通過壓縮空氣在壓力罐內(nèi)建立的工作壓力，將磨料通過出砂閥。壓入輸砂管并經(jīng)噴嘴射出，噴射到被加工表面達到預期的加工目。第二節(jié)化學處理一、化學熱處理的基本原理1.分解分解是指滲劑中生成能滲入鋼表面的活性原子的化學反應。它可能通過三種反應生成:

分解反應 如2NH3→2[N]+3H2

置換反應 如SiCl4+2Fe→2FeCl2+[Si]

還原反應 如2BF2→BF4+[B]化學反應速度除取決于反應物的本性外,還與溫度、壓力、濃度、催化劑有關。

一、化學熱處理的基本原理2.吸附吸附是活性原子(或離子)與金屬原子產(chǎn)生鍵合而進入其表層的過程。固體表面的吸附作用，按其作用力性質可分為物理吸附與化學吸附。物理吸附與化學吸附常常是相伴發(fā)生的,如金屬鎢吸附氧,既存在化學吸附的原子狀態(tài)氧,也存在物理吸附的分子狀態(tài)氧。表面吸附作用與催化作用是密切不可分的,吸附作用可能促進分解過程。如用CO為氣體滲碳劑時,CO分解生成活性碳原子,反應式為:2CO→CO2+[C]Fe先吸附CO中C,使C與O原子間距離增大,減弱C與O原子間結合力,使這個O原子就很容易與CO反應生成CO2。而[C]則被Fe吸附后,提高鋼表面的碳濃度,為碳向內(nèi)部擴散提供了濃度梯度條件。由此可見,鋼表面吸附CO,對滲劑中CO的分解和碳原子的被吸附起著極其重要的作用。一、化學熱處理的基本原理3.擴散

擴散就是工件表面吸附的活性原子(或離子)后,其表面濃度提高,形成濃度梯度,創(chuàng)造了擴散條件,使?jié)B入元素向其內(nèi)部遷移形成一定厚度擴散層的過程。晶體結構對擴散系數(shù)影響較大,碳在奧氏體中擴散激活能比在鐵素體中要大,這與面心立方結構奧氏體的致密度大有關。第二節(jié)化學處理二、化學熱處理分類根據(jù)介質的物理形態(tài)，可分為：固體法、液體法、氣體法、等離子法。

根據(jù)鋼鐵基體材料在進行化學熱處理時的組織狀態(tài)，可分為奧氏體狀態(tài)滲碳碳氮共滲滲硼及硼鋁共滲、硼硅共滲、硼鋯共滲、硼碳復合滲、硼碳氮復合滲滲鉻及鉻鋁共滲、鉻硅共滲、鉻鈦共滲、鉻氮共滲滲鋁及鋁稀土共滲、鋁鎳共滲滲硅滲釩、滲鈮、滲鈦鐵素體狀態(tài)滲氮氮碳共滲氧氮共滲及氧氮碳共滲滲硫硫氮共滲及硫氮碳共滲滲鋅常用化學熱處理方法及其作用處理方法滲入元素作用滲碳C提高工件的耐磨性、硬度及疲勞強度碳氮共滲C、N氮碳共滲提高工件的表面硬度、耐磨性、抗咬合能力及耐蝕性滲氮N滲硫S提高工件的減摩性及抗咬合能力硫氮S、N提高工件的耐磨性、減摩性及抗疲勞、抗咬合能力硫氮碳共滲S、N、C滲硼B(yǎng)提高工件的表面硬度、提高耐磨能力及紅硬性滲硅Si提高表面硬度，提高耐蝕、抗氧化能力滲鋅Zn提高工件抗大氣腐蝕能力滲鋁Al提高工件抗高溫氧化及含硫介質中的腐蝕能力滲鉻Cr提高工件抗高溫氧化能力，提高耐磨及耐蝕性滲釩V提高工件表面硬度，提高耐磨及抗咬合能力硼鋁共滲B、Al提高工件耐磨、耐蝕及抗高溫氧化能力，表面脆性及抗剝落能力優(yōu)于滲硼鉻鋁共滲Cr、Al具有比單一滲鉻或滲鋁更優(yōu)的耐熱性能鉻鋁硅共滲Cr、Al、Si提高工件的高溫性能二、化學熱處理分類1.滲碳滲碳是在增碳活性介質中將低碳鋼或低碳合金鋼加熱并保溫，使碳原子滲入表層的化學熱處理工藝。其目的是增加工件表層的碳含量，獲得一定的碳濃度梯度。滲碳是最古老、應用最廣泛的化學熱處理工藝。與其他化學熱處理一樣，滲碳處理包括碳原子的分解、吸收和擴散三個基本過程。在滲碳溫度下滲碳劑將發(fā)生分解，產(chǎn)生活性高、滲入能力很強的活性碳原子［C］；活性碳原子在工件表面被吸收，形成固溶體或化合物；當工件表面的碳濃度達到一定值后，碳原子從表面的高濃度區(qū)向里層的低濃度區(qū)擴散。根據(jù)滲碳劑形態(tài)不同，滲碳工藝可分為固體滲碳、氣體滲碳及液體滲碳三種類型。1.滲碳（1）滲碳工藝滲碳的目的是在工件表面獲得一定的表面碳濃度、一定的碳濃度梯度及一定的滲層深度。選擇滲碳工藝的原則是如何以最快的速度，最經(jīng)濟的效果獲得合乎要求的滲碳層。1）滲碳溫度溫度是影響擴散系數(shù)最突出的因素，增加溫度，可以急劇地提高擴散系數(shù)。而且隨著溫度升高，碳在奧氏體中的溶解度增大。滲層隨著溫度升高而加深，碳濃度梯度也趨于平緩。但是，過高的溫度將縮短設備的使用壽命，增加工件的變形，奧氏體晶粒也易粗大。2）滲碳保溫時間在正常滲碳情況下，隨著滲碳時間的延長，滲層濃度梯度變小，滲速降低。滲碳保溫時間主要取決于要求獲得的滲層厚度。3）碳勢的影響碳勢是表征含碳氣氛在一定溫度下與鋼件表面處于平衡時可使鋼表面達到的碳含量。介質碳勢越高，滲碳速度越快，但滲層碳濃度梯度越陡。碳勢過高，還會在工件表面積碳。1.滲碳（2）滲碳前處理工藝工件滲碳前進行適當?shù)念A先熱處理，可提高滲碳處理的質量，為滲碳處理做好組織準備，可以根據(jù)相關手冊預備熱處理工藝。工件在進入滲碳爐前應清除表面污垢、鐵銹及油脂等。當清洗尚不能保證表面質量時，可采用噴砂處理。凡工件表面不允許滲碳的部位（如螺紋、軟花鍵軸孔等）應進行防滲處理。此外，還可采用預留加工量，滲碳緩冷后用機械加工方法切除滲層，或者用緊密固定的鋼套及軸環(huán)保護不欲滲碳的部位。1.滲碳（3）氣體滲碳氣體滲碳工藝具有生產(chǎn)率高，操作方便，滲碳層容易控制以及滲碳后可以直接淬火等一系列優(yōu)點，是目前用得最多的滲碳方法。氣體滲碳是目前生產(chǎn)中應用最為廣泛的一種滲碳方法，它是在含碳的氣體介質中通過調(diào)節(jié)氣體滲碳氣氛來實現(xiàn)滲碳的。根據(jù)所用滲碳氣體的產(chǎn)生方法及種類，可分為滴注式氣體滲碳、吸熱式氣氛滲碳和氮基氣氛滲碳。按設備類型不同又可以分井式爐氣體滲碳、密封箱式爐氣體滲碳及連續(xù)式爐氣體滲碳。（3）氣體滲碳1）滴注式氣體滲碳滴注式氣體滲碳一般是把含碳有機液體滴入或注入氣體滲碳爐爐罐內(nèi)，使之受熱裂解，產(chǎn)生滲碳氣氛，從而實現(xiàn)對工件的滲碳。

（3）氣體滲碳2）吸熱式氣氛滲碳以吸熱式氣氛為載氣，添加富化氣甲烷(CH4)、丙烷(C3H8)等進行滲碳過程稱為吸熱式氣氛滲碳。吸熱式氣氛是原料氣與空氣混合，在吸熱式發(fā)生器內(nèi)通過不完全燃燒，形成的滲碳能力較弱氣體。其主要成分為CO、H2、N2及微量H2O、CO2、CH4、O2等。原料氣一般用天然氣、甲烷或丙烷。3）氮基氣氛滲碳氮基氣氛滲碳是一種以純氮為載氣、添加碳氫化合物進行氣體滲碳的工藝方法。直接在工作爐內(nèi)制取滲碳氣體。也有把這種碳氫化物、氮氣、空氣等在爐中就地形成的氣氛稱為直接氣氛。使用這種氣氛可節(jié)省20%～25%的天然氣；在掃氣方面改用氮基氣氛可以節(jié)省保護氣氛的用量；另外，氮氣能使爐子耐熱層具有更好的絕熱性能，可節(jié)約10%的加熱用的天然氣。因而滲碳能力弱的載氣已在一定程度上被氮和氮與甲醇的混合氣取代。而所需的碳則由添加的碳氫化合物提供。1.滲碳（4）固體滲碳固體滲碳是把裝有工件及固體滲碳劑的滲碳箱放在爐中加熱進行，主要用于單件生產(chǎn)、局部滲碳或返修使用。它的缺點是由于固體滲碳劑導熱性較差，因而滲碳所需加熱時間較長，且勞動強度較大，表面碳濃度及滲碳層深度不易控制。固體滲碳劑應具備活性高、強度高、體積收縮小、導熱性好、密度小、灰分和有害雜質低、使用壽命長、經(jīng)濟性好及材料來源充分等特性。固體滲碳劑由供碳劑（木炭、焦炭、骨炭)、催滲劑（堿金屬或堿土金屬的碳酸鹽）、填充劑及枯結劑所組成。為了提高滲碳速度而引進了快速加熱滲碳法、真空、離子束、流態(tài)層滲碳等先進的工藝方法，它們均能提高滲碳速度和滲碳質量。1.滲碳（5）液體滲碳液體滲碳，也叫鹽浴滲碳，是將被處理的零件浸入鹽浴滲碳劑中，通過加熱使?jié)B碳劑分解出活性的碳原子來進行滲碳。液體滲碳工藝操作簡單，加熱速度快，滲碳速度快，滲碳時間短，靈活性大，并可直接淬火，適合處理小批量或局部滲碳的工件，但目前液體滲碳鹽浴多數(shù)有公害，工件表面易因殘鹽較難徹底清除而產(chǎn)生腐蝕。鹽浴滲碳之鹽浴由滲碳劑和中性鹽組成。前者主要起滲碳作用，后者起調(diào)整鹽浴密度、熔點和流動性的作用。1.滲碳（6）滲碳后的熱處理工件滲碳后，提供了表層高碳，心部低碳這樣一種含碳量的工件。為了得到合乎理想的性能，尚需進行適當?shù)臒崽幚?。熱處理工藝特點及應用直接淬火在工件滲碳后，預冷到一定溫度，然后立即進行淬火冷卻。適用干氣體滲碳或液體滲碳，特點是減少加熱、冷卻次數(shù)，簡化操作，減少變形及氧化脫碳，由于滲碳時在較高的滲碳溫度停留較長的時間，容易發(fā)生輿氏體晶粒長大。直接淬火，雖經(jīng)預冷也不能改變奧氏體晶粒度，因而可能在淬火后機械性能降低一次加熱淬火滲碳后緩冷，再次加熱淬火。再次加熱淬火的溫度應根據(jù)工件要求而定。一次加熱淬火的方法適用于固體滲碳。當然，液體、氣體滲碳的工件，特別是本質粗晶粒鋼，或滲碳后不能直接淬火的零件也可采用一次加熱淬火。兩次淬火在滲碳緩冷后進行兩次加熱淬火。第一次淬火是細化心部組織，消除表面網(wǎng)狀碳化物。第二次淬火是細化滲碳層中馬氏體晶粒，獲得隱晶馬氏體、殘余奧氏體及均勻分布的細粒狀碳化物的滲層組織。特點：需要多次加熱，不僅生產(chǎn)周期長、成本高，已發(fā)生氧化、脫碳及變形等缺陷。目前兩次淬火法在生產(chǎn)上很少應用，僅對性能要求較高的零件才間或采用。二、化學熱處理分類2.滲氮滲氮是將工件放在含氮介質中，加熱到480～600℃低溫，使氮原子滲入其表面，形成以氮化物為主的滲層，也稱為氮化。（1）滲氮的特點及工藝過程滲氮可以獲得比滲碳更高的表面硬度和耐磨性，滲氮后的表面硬度可以高達HV950～1200(相當于HRC65～72），無需再進行熱處理，而且到600℃仍可維持相當高的硬度。滲氮還可獲得比滲碳更高的彎曲疲勞被度。此外，由于滲氮溫度較低（500～570℃之間），故變形很小，滲氮也可以提高工件的抗腐蝕性能。目前除了鋼以外，其它如鈦、鉬等難熔金屬及其合金也廣泛地采用滲氮。但是滲氮工藝過程較長，勞動條件差，滲層也較薄，不能承受太大的接觸應力。2.滲氮（2）滲氮工藝參數(shù)控制一般控制滲氮的工藝參數(shù)是加熱溫度、保溫時間及不同加熱、保溫階段的罐內(nèi)氨分解率。滲氮溫度常在480℃～560℃范圍內(nèi)選擇。隨著滲氮溫度的提高，滲層深度增加，而硬度卻顯著降低。滲氮時間滲氮層隨時間延長而增厚，呈拋物線規(guī)律，隨保溫時間的延長，硬度下降。滲氮時間根據(jù)鋼材成分、滲氮溫度與層深要求而定。氨分解率對于一定的工藝溫度，氨分解率在一個比較適宜的范圍降低時，滲氮層深度及硬度也隨之下降，超過一定界限，就會很快下降。氨分解率的控制是通過調(diào)整氨的流量及爐內(nèi)壓力來實現(xiàn)的。2.滲氮（3）滲氮工藝方法根據(jù)使用介質的不同，滲氮工藝可以分成固體滲氮、液體滲氮和氣體滲氮三種。由于氣體滲氮法遠優(yōu)于另外兩種，因而氣體滲氮法在工業(yè)生產(chǎn)中使用最多。氣體滲氮基本裝置1-氨瓶2-干燥箱3-氨壓力表4-流量計5-進氣管6-熱電偶7-滲氮罐

8-氨分解測定計

9-U形壓力計10-泡泡瓶二、化學熱處理分類3.碳氮共滲碳氮共滲是在一定溫度下，同時將碳、氮滲入工件表面奧氏體中，并以滲碳為主的化學熱處理工藝。碳氮共滲層比滲碳有更高的耐磨性、疲勞強度和耐蝕性；比滲氮有較高的抗壓強度和較低的表面脆性。而且生產(chǎn)周期短，滲速快，所用材料廣泛。3.碳氮共滲（1）碳氮共滲分類及特點分類：按所使用介質的不同可分為固體碳氮共滲、液體碳氮共滲和氣體碳氮共滲。其中氣體碳氮共滲表面質量容易控制，操作簡便，生產(chǎn)過程易于實現(xiàn)機械化與自動化，應用廣泛。按滲層深度分類，可分為薄層碳氮共滲、碳氮共滲和深層碳氮共滲。按共滲溫度分類，可分為低溫碳氮共滲、中溫碳氮共滲和高溫碳氮共滲。特點：碳氮共滲溫度低，共滲后奧氏體晶粒不致長大，可以直接淬火，而且變形??；由于氮的滲入，提高了滲層中的碳濃度；共滲層的淬火組織，一般是由細針狀(或隱晶)馬氏體、適量碳氮化合物及殘余奧氏體組成；具有高耐磨性；碳氮共滲的滲層較薄，在0.25～0.6mm范圍。3.碳氮共滲（2）碳氮共滲后的熱處理碳氮共滲因溫度較低，一般不會發(fā)生晶粒長大，故在共滲后大都可以進行直接淬火，使得滲層轉變?yōu)楹?、氮的馬氏體，心部為馬氏體、貝氏體或珠光體組織，通過低溫回火，適當提高鋼的韌性。3.碳氮共滲（3）氣體碳氮共滲氣體碳氮共滲與氣體滲碳差不多，僅需將滲碳設備略加改裝，增添供氨系統(tǒng)即可。對碳氮共滲介質的基本要求：碳氮共滲介質在加熱時應能同時產(chǎn)生碳、氮活性原子，碳、氮含量成一定比例共滲溫度的選擇應同時考慮工藝性和工件的使用性能，如共滲速度、工件變形、滲層組織及性能等。溫度愈高，為達到一定厚度滲層所需時間愈短，但工件變形增大，而且滲層中氮含量急劇下降。溫度過低，不僅滲速減慢，而且在滲層表面易形成脆性的高氮化合物，心部組織淬火后硬度較低，性能變差。共滲溫度一經(jīng)確定，則保溫時間主要取決于滲層深度要求，隨著時間延長，滲層內(nèi)碳、氮濃度梯度變得較為平緩，有利于提高工件表面的承載能力。但時間過長，易使表面碳、氮濃度過高，引起表面脆性或淬火后殘余奧氏體過多。如出現(xiàn)這種情況，應該降低共滲后期的滲劑供應量，或適當提高處理溫度。第三節(jié)表面淬火處理利用快速加熱將鋼件表面加熱到其共析溫度以上轉變?yōu)閵W氏體，然后快冷，形成馬氏體組織的硬化層，而心部仍保持其原始組織———珠光體、索氏體，硬化層與基體之間一般都存在有不完全淬火的過渡層，這種工藝常稱為表面淬火。表面淬火方法很多，根據(jù)加熱時所用的功率密度大小可分為：較高能率密度加熱和高能率密度加熱。根據(jù)加熱方法的不同可分為：感應加熱、火焰加熱、激光加熱、電子束加熱等。根據(jù)加熱的能量來源的不同又可分為：內(nèi)熱源加熱和外熱源加熱。表面淬火極大地提高了生產(chǎn)率，節(jié)省能源，所以是發(fā)展相當迅速的熱處理工藝。原始組織對快速加熱固態(tài)相變影響很大。原始組織細、均勻時，可在較低溫度和較短的保溫時間內(nèi)完成組織轉變，淬火后得到細的或隱晶馬氏體，硬度高，疲勞強度高，耐磨性好。為此，表面淬火前一般需要進行預處理，中碳結構鋼常采調(diào)質或正火處理。第三節(jié)表面淬火處理一、感應淬火1.特點熱能集中工件表面層，加熱速度快，生產(chǎn)率高；加熱時間短，沒有保溫時間，表面氧化、脫碳輕微，表面局部加熱，使淬火變形?。槐砻嬗捕雀?，耐磨性好；因馬氏體轉變時體積膨脹，使工件表層存在壓應力，從而提高了疲勞極限；淬火時工件內(nèi)部未被加熱，故淬火變形??；感應加熱淬火設備可安置在生產(chǎn)線上，進行程序自動控制；設備昂貴，維修調(diào)整技術要求高，不適宜單件及小批量生產(chǎn)。第三節(jié)表面淬火處理2.感應淬火工藝淬火后的回火

（低溫回火

）獲得的組織與性能

（馬氏體，高疲勞強度、低疲勞缺口敏感性

）感應淬火（同時加熱或連續(xù)加熱）淬火冷卻（噴液冷卻或浸液冷卻

）第三節(jié)表面淬火處理二、火焰淬火火焰淬火是外熱源加熱淬火的一種，其特點：①操作方便，成本較低，靈活較大，對單件、小批量生產(chǎn)的異形大型件及淬火面積大的工件等較為適用；②加熱的功率密度不太大，淬硬層較深，可在較寬范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，一般為2～8mm，加熱速度較快，過渡層的硬度梯度較為平緩；③影響工件質量的工藝因素較多，工件表面容易過熱，淬硬層深度不易控制。二、火焰淬火第四節(jié)激光熱處理技術激光表面處理技術主要利用激光的高輻射亮度、高方向性和高單色性三大特點。當激光作用在金屬表面時，可以顯著改善其表面性能。如可提高金屬表面硬度、強度、耐磨性、耐蝕性和耐高溫等性能，從而大大提高了產(chǎn)品的質量，成倍地延長產(chǎn)品使用壽命和降低成本，可以取得巨大的經(jīng)濟效益。激光表面處理設備由激光器、功率計、導光聚焦系統(tǒng)、工作臺、數(shù)控系統(tǒng)、軟件編程系統(tǒng)等部件組成。激光表面處理工藝包含激光相變硬化、激光熔覆、激光合金化、激光非晶化和激光沖擊硬化等。共同理論基礎是激光與材料相互作用的規(guī)律。區(qū)別在于作用在材料表面的激光功率密度、冷卻速度不同。第四節(jié)激光熱處理技術一、激光表面處理設備激光器工作物質、激勵源和諧振器三者結合在一起稱為激光器。外圍裝置外圍裝置主要包括光學系統(tǒng)、機械系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)等。第四節(jié)激光熱處理技術二、激光表面處理工藝1.激光表面相變硬化激光相變硬化是在固態(tài)下經(jīng)受激光輻照，其表層被迅速加熱到奧氏體溫度以上，并在激光停止輻射后快速自淬火得到馬氏體組織的一種工藝方法，所以又叫激光淬火，適用的材料為珠光體灰鑄鐵、鐵素體灰鑄鐵、球墨鑄鐵、碳素鋼、合金鋼和馬氏體型不銹鋼等。此外，還對鋁合金等進行了成功的研究和應用。激光相變硬化的主要目的是在工件表面有選擇性地局部產(chǎn)生硬化帶以提高耐磨性，還可以通過在表面產(chǎn)生壓應力來提高疲勞強度。激光相變工藝的優(yōu)點是簡便易行，強化后工件表面光滑，變形小，基本上不需經(jīng)過加工即能直接裝配使用。硬化層具有很高的硬度，一般不回火即能應用。它特別適合于形狀復雜、體積大、精加工后不易采用其他方法強化的工件。2.激光表面熔凝處理激光熔凝處理又稱上釉，是利用能量密度很高的激光束在金屬表面連續(xù)掃描，使之迅速形成一層非常薄的熔化層，并且利用基體的吸熱作用使熔池中的金屬液以106～108K/S的速度冷卻、凝固，從而使金屬表面產(chǎn)生特殊的微觀組織結構的一種表面改性方法。激光熔凝主要對以下三方面材料處理：鑄鐵、工具鋼和某些能形成非晶態(tài)的材料。前兩種材料通過處理以提高硬度，后者具有優(yōu)良的抗腐蝕性能。根據(jù)被處理的材料和工藝參數(shù)不同，激光熔凝處理后得到的組織有非晶組織、固溶度增大的固溶體、超細共晶組織和細樹枝晶組織。二、激光表面處理工藝3.激光表面合金化激光合金化是一種既改變表層的物理狀態(tài)，又改變其化學成分的激光表面處理技術。它是用激光束將金屬表面和外加合金元素一起熔化、混合后，迅速凝固在金屬表面獲得物理狀態(tài)、組織結構和化學成分不同的新的合金層，從而提高表層的耐磨性、耐蝕性和高溫抗氧化性等。激光合金化組織結構的主要特征與激光熔凝處理有相似之處，合金化區(qū)域具有細密的組織，成分近于均勻。激光表面合金化所采用的工藝形式有預置法、硬質粒子噴射法和氣相合金化法。4.激光表面熔覆激光表面熔覆是使一種合金熔覆在基體材料表面，要求基體對表層合金的稀釋度為最小。通常將硬度高、良好抗磨、抗熱、抗腐蝕和抗疲勞性能的材料選擇用作覆層材料。激光表面熔覆工藝有預置法和氣動噴注法。5.激光沖擊硬化激光沖擊硬化是用功率密度很高的激光束，在極短的脈沖持續(xù)時間內(nèi)照射金屬表面使其很快氣化，在表面原子逸出期間產(chǎn)生動量脈沖而形成沖擊波，或應力波作用于金屬表面使表層材料顯微組織中的位錯密度增加，形成類似于受到爆炸沖擊或高能快速平面沖擊后產(chǎn)生的亞結構，從而提高合金的強度、硬度和疲勞極限。第五節(jié)其他熱處理工藝簡介一、退火處理退火是將鋼件加熱到高于或低于鋼的相變點適當溫度，保溫一定時間。隨后在爐中或埋入導熱性較差的介質中緩慢冷卻，以獲得接近平衡狀態(tài)組織的一種熱處理工藝。1．退火的目的（1）降低鋼件硬度，便于切削加工。（2）消除殘余應力，防止變形和開裂。（3）消除缺陷，改善組織，細化晶粒，提高鋼的力學性能。（4）消除前一道工序（鑄造、鍛造、冷加工等）所產(chǎn)生的內(nèi)應力，為下一道工序最終熱處理（淬火回火）做好組織準備。（5）消除冷作硬化，提高塑性以利于繼續(xù)冷加工。此外，退火還可以消除鑄造偏析。一、退火處理2.退火工藝