金屬表面處理工藝

金屬表面處理工藝第一頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日一、表面熱處理

1、表面淬火

表面淬火是指在不改變鋼的化學(xué)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(jìn)行淬火以強(qiáng)化零件表面的熱處理方法?；鹧婕訜岣袘?yīng)加熱第二頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日表面淬火目的：①使表面具有高的硬度、耐磨性和疲勞極限;②心部在保持一定的強(qiáng)度、硬度的條件下，具有足夠的塑性和韌性。即表硬里韌。適用于承受彎曲、扭轉(zhuǎn)、摩擦和沖擊的零件。軸的感應(yīng)加熱表面淬火第三頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日①表面淬火用材料⑴0.4-0.5%C的中碳鋼。含碳量過(guò)低，則表面硬度、耐磨性下降。含碳量過(guò)高，心部韌性下降；⑵鑄鐵提高其表面耐磨性。機(jī)床導(dǎo)軌表面淬火齒輪第四頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日②預(yù)備熱處理⑴工藝：對(duì)于結(jié)構(gòu)鋼為調(diào)質(zhì)或正火。前者性能高，用于要求高的重要件，后者用于要求不高的普通件。⑵目的:為表面淬火作組織準(zhǔn)備；獲得最終心部組織。

回火索氏體索氏體第五頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日③表面淬火后的回火采用低溫回火，溫度不高于200℃。回火目的為降低內(nèi)應(yīng)力，保留淬火高硬度、耐磨性。④表面淬火+低溫回火后的組織表層組織為M回；心部組織為S回(調(diào)質(zhì))或F+S(正火)。感應(yīng)加熱表面淬火感應(yīng)淬火機(jī)床第六頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日感應(yīng)加熱表面淬火示意圖⑤表面淬火常用加熱方法⑴感應(yīng)加熱:利用交變電流在工件表面感應(yīng)巨大渦流，使工件表面迅速加熱的方法。第七頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日感應(yīng)加熱分為：高頻感應(yīng)加熱頻率為250-300KHz，淬硬層深度0.5-2mm傳動(dòng)軸連續(xù)淬火感應(yīng)器感應(yīng)加熱表面淬火齒輪的截面圖第八頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日中頻感應(yīng)加熱頻率為2500-8000Hz，淬硬層深度2-10mm。各種感應(yīng)器中頻感應(yīng)加熱表面淬火的機(jī)車凸輪軸第九頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日工頻感應(yīng)加熱頻率為50Hz,淬硬層深度10-15mm各種感應(yīng)器感應(yīng)穿透加熱第十頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日⑵火焰加熱:

利用乙炔火焰直接加熱工件表面的方法。成本低，但質(zhì)量不易控制。⑶激光熱處理:

利用高能量密度的激光對(duì)工件表面進(jìn)行加熱的方法。效率高，質(zhì)量好?；鹧婕訜岜砻娲慊鹗疽鈭D激光表面熱處理火焰加熱表面淬火第十一頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日第十二頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日一、表面熱處理

2、化學(xué)表面熱處理

化學(xué)熱處理是將工件置于特定介質(zhì)中加熱保溫，使介質(zhì)中活性原子滲入工件表層從而改變工件表層化學(xué)成分和組織,進(jìn)而改變其性能的熱處理工藝。第十三頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日與表面淬火相比，化學(xué)熱處理不僅改變鋼的表層組織，還改變其化學(xué)成分?；瘜W(xué)熱處理也是獲得表硬里韌性能的方法之一。根據(jù)滲入的元素不同，化學(xué)熱處理可分為滲碳、氮化、多元共滲、滲其他元素等。

可控氣氛滲碳爐滲碳回火爐第十四頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日常用的化學(xué)熱處理：滲碳、滲氮（俗稱氮化）、碳氮共滲（俗稱氰化和軟氮化）等。滲硫、滲硼、滲鋁、滲釩、滲鉻等。發(fā)蘭、磷化可以歸為表面處理，不屬于化學(xué)熱處理?；瘜W(xué)熱處理過(guò)程包括分解、吸收、擴(kuò)散三個(gè)基本過(guò)程。第十五頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日①化學(xué)熱處理的基本過(guò)程

⑴介質(zhì)(滲劑)的分解:

分解的同時(shí)釋放出活性原子。如：滲碳CH4→2H2+[C]

氮化2NH3→3H2+2[N]⑵工件表面的吸收:

活性原子向固溶體溶解或與鋼中某些元素形成化合物。⑶原子向內(nèi)部擴(kuò)散。

氮化擴(kuò)散層第十六頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日②鋼的滲碳

是指向鋼的表面滲入碳原子的過(guò)程。⑴滲碳目的提高工件表面硬度、耐磨性及疲勞強(qiáng)度，同時(shí)保持心部良好的韌性。⑵滲碳用鋼為含0.1-0.25%C的低碳鋼。碳高則心部韌性降低。

經(jīng)滲碳的機(jī)車從動(dòng)齒輪第十七頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日氣體滲碳法示意圖③滲碳方法⑴氣體滲碳法將工件放入密封爐內(nèi)，在高溫滲碳?xì)夥罩袧B碳。滲劑為氣體(煤氣、液化氣等)或有機(jī)液體(煤油、甲醇等)。優(yōu)點(diǎn):質(zhì)量好,效率高；缺點(diǎn):滲層成分與深度不易控制第十八頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日⑵固體滲碳法將工件埋入滲劑中，裝箱密封后在高溫下加熱滲碳。滲劑為木炭。優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)：滲速慢，勞動(dòng)條件差。⑶真空滲碳法將工件放入真空滲碳爐中，抽真空后通入滲碳?xì)怏w加熱滲碳。優(yōu)點(diǎn):表面質(zhì)量好,滲碳速度快。真空滲碳爐第十九頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日第二十頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日④滲碳溫度：為900-950℃。滲碳層厚度（由表面到過(guò)度層一半處的厚度）：

一般為0.5-2mm。低碳鋼滲碳緩冷后的組織滲碳層表面含碳量：以0.85-1.05為最好。滲碳緩冷后組織：表層為P+網(wǎng)狀Fe3CⅡ;心部為F+P;中間為過(guò)渡區(qū)。第二十一頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日⑤滲碳后的熱處理淬火+低溫回火,

回火溫度為160-180℃。淬火方法有：⑴預(yù)冷淬火法滲碳后預(yù)冷到略高于Ar1溫度直接淬火。滲碳后的熱處理示意圖第二十二頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日⑵一次淬火法：即滲碳緩冷后重新加熱淬火。⑶二次淬火法：即滲碳緩冷后第一次加熱為心部Ac3+30-50℃，細(xì)化心部；第二次加熱為Ac1+30-50℃，細(xì)化表層。

滲碳后的熱處理示意圖第二十三頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日常用方法是滲碳緩冷后，重新加熱到Ac1+30-50℃淬火+低溫回火。此時(shí)組織為：表層：M回+顆粒狀碳化物+A’(少量)心部：M回+F（淬透時(shí)）滲碳淬火后的表層組織M+F第二十四頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日⑥鋼的氮化

氮化是指向鋼的表面滲入氮原子的過(guò)程。⑴氮化用鋼井式氣體氮化爐為含Cr、Mo、Al、Ti、V的中碳鋼。常用鋼號(hào)為38CrMoAl。⑵氮化溫度為500-570℃氮化層厚度不超過(guò)。第二十五頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日⑶常用氮化方法氣體氮化法與離子氮化法。氣體氮化法與氣體滲碳法類似，滲劑為氨。離子氮化法是在電場(chǎng)作用下，使電離的氮離子高速?zèng)_擊作為陰極的工件。與氣體氮化相比，氮化時(shí)間短，氮化層脆性小。離子氮化爐第二十六頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日⑷氮化的特點(diǎn)及應(yīng)用氮化件表面硬度高（69~72HRC），耐磨性高。疲勞強(qiáng)度高。由于表面存在壓應(yīng)力。氮化層組織38CrMoAl氮化層硬度第二十七頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日⑶工件變形小。原因是氮化溫度低，氮化后不需進(jìn)行熱處理。⑷耐蝕性好。因?yàn)楸韺有纬傻牡锘瘜W(xué)穩(wěn)定性高。氮化的缺點(diǎn)：工藝復(fù)雜，成本高，氮化層薄。用于耐磨性、精度要求高的零件及耐熱、耐磨及耐蝕件。如儀表的小軸、輕載齒輪及重要的曲軸等。

縫紉機(jī)用氮化件經(jīng)氮化的機(jī)車曲軸第二十八頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日滲氮與滲碳相比：滲氮層硬度和耐磨性高于滲碳層，硬度可達(dá)69~72HRC，且在600～650℃高溫下仍能保持較高硬度；滲氮層具有很高的抗疲勞性和耐蝕性；滲氮后不需再進(jìn)行熱處理，可避免熱處理帶來(lái)的變形和其他缺陷；滲氮溫度較低。只適用于中碳合金鋼，需要較長(zhǎng)的工藝時(shí)間才能達(dá)到要求的滲氮層。第二十九頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日二、表面形變強(qiáng)化

表面形變強(qiáng)化指使鋼件在常溫下發(fā)生塑性變形，以提高其表面硬度并產(chǎn)生有利的殘余壓應(yīng)力分布的表面強(qiáng)化工藝。工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，是提高鋼件抗疲勞能力，延長(zhǎng)其使用壽命的重要工藝措施。第三十頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日1、噴丸

噴丸強(qiáng)化是將大量高速運(yùn)動(dòng)的彈丸噴射到零件表面上，猶如無(wú)數(shù)個(gè)小錘錘擊金屬表面，使零件表層和次表層發(fā)生一定的塑性變形而實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化的一種技術(shù)。應(yīng)用：形狀較復(fù)雜的零件在磨削、電鍍等工序后進(jìn)行第三十一頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日2、滾壓處理

利用自由旋轉(zhuǎn)的淬火鋼滾子對(duì)鋼件的已加工表面進(jìn)行滾壓，使之產(chǎn)生塑性變形，壓平鋼件表面的粗糙凸峰，形成有利的殘余壓應(yīng)力，從而提高工件的耐磨性和抗疲勞能力。應(yīng)用：圓柱面、錐面、平面等形狀比較簡(jiǎn)單的零件第三十二頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日三、表面覆層強(qiáng)化

表面覆層強(qiáng)化是通過(guò)物理或化學(xué)的方法在金屬表面涂覆一層或多層其他金屬或非金屬的表面強(qiáng)化工藝。目的：提高鋼件的耐磨性、耐蝕性、耐熱性或進(jìn)行表面裝飾。第三十三頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日1、金屬噴涂技術(shù)

將金屬粉末加熱至熔化或半熔化狀態(tài)，用高壓氣流使其霧化并噴射于工件表面形成涂層的工藝稱為熱噴涂。利用熱噴涂技術(shù)可改善材料的耐磨性、耐蝕性、耐熱性及絕緣性等。廣泛用于包括航空航天、原子能、電子等尖端技術(shù)在內(nèi)的幾乎所有領(lǐng)域。等離子熱噴涂第三十四頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日2、金屬鍍層

在基體材料的表面覆上一層或多層金屬鍍層，可以顯著改善其耐磨性、耐蝕性和耐熱性，或獲得其他特殊性能。電鍍：工件作為陰極化學(xué)鍍：不外加電源的條件下，利用化學(xué)還原的方法在基體材料表面催化膜上沉積一層金屬的表面強(qiáng)化方法。特點(diǎn)：形狀工件復(fù)雜上也能得到均勻厚度鍍層；鍍層晶粒細(xì)小致密，孔隙與裂紋少；可以在非金屬材料表面沉積金屬層。復(fù)合鍍：電鍍或化學(xué)鍍的溶液中加入適量金屬或非金屬微粒，借助于強(qiáng)烈的攪拌，與基質(zhì)金屬一起均勻沉積而獲得特殊性能鍍層的表面強(qiáng)化方法。應(yīng)用：對(duì)材料有特殊要求。原子能工業(yè)和航天航空工業(yè)第三十五頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日3、金屬碳化物覆層～氣相沉積法

氣相沉積技術(shù)是指將含有沉積元素的氣相物質(zhì)，通過(guò)物理或化學(xué)的方法沉積在材料表面形成薄膜的一種新型鍍膜技術(shù)。根據(jù)沉積過(guò)程的原理不同，氣相沉積技術(shù)可分為物理氣相沉積(PVD)

和化學(xué)氣相沉積(CVD)兩大類。物理氣相沉積TiAl靶第三十六頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日①物理氣相沉積（PVD）物理氣相沉積是指在真空條件下，用物理的方法，

使材料汽化成原子、分子或電離成離子，并通過(guò)氣相過(guò)程，在材料表面沉積一層薄膜的技術(shù)。物理沉積技術(shù)主要包括真空蒸鍍、濺射鍍、離子鍍?nèi)N基本方法。磁控濺射鍍膜設(shè)備第三十七頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日真空蒸鍍是蒸發(fā)成膜材料使其汽化或升華沉積到工件表面形成薄膜的方法。真空蒸鍍TiN活塞環(huán)真空蒸鍍Al膜的塑料制品第三十八頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日濺射鍍是在真空下通過(guò)輝光放電來(lái)電離氬氣，氬離子在電場(chǎng)作用下加速轟擊陰極，濺射下來(lái)的粒子沉積到工件表面成膜的方法。濺射鍍示意圖磁控濺射鍍膜機(jī)磁控濺射鍍Al的塑料制品第三十九頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日離子鍍是在真空下利用氣體放電技術(shù)，將蒸發(fā)的原子部分電離成離子，與同時(shí)產(chǎn)生的大量高能中性粒子一起沉積到工件表面成膜的方法。多弧離子鍍膜機(jī)第四十頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日物理氣相沉積具有適用的基體材料和膜層材料廣泛；工藝簡(jiǎn)單、省材料、無(wú)污染；獲得的膜層膜基附著力強(qiáng)、膜層厚度均勻、致密、針孔少等優(yōu)點(diǎn)。廣泛用于機(jī)械、航空航天、電子、光學(xué)和輕工業(yè)等領(lǐng)域制備耐磨、耐蝕、耐熱、導(dǎo)電、絕緣、光學(xué)、磁性、壓電、滑潤(rùn)、超導(dǎo)等薄膜。

離子鍍產(chǎn)品第四十一頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日②化學(xué)氣相沉積(CVD)化學(xué)氣相沉積是指在一定溫度下，混合氣體與基體CVD設(shè)備表面相互作用而在基體表面形成金屬或化合物薄膜的方法。例如，氣態(tài)的TiCl4與N2和H2在受熱鋼的表面反應(yīng)生成TiN，并沉積在鋼的表面形成耐磨抗蝕的沉積層。第四十二頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日由于化學(xué)氣相沉積膜層具有良好的耐磨性、耐蝕性、耐熱性及電學(xué)、光學(xué)等特殊性能，已被廣泛用于機(jī)械制造、航空航天、交通運(yùn)輸、煤化工等工業(yè)領(lǐng)域。經(jīng)CVD處理的模具經(jīng)CVD處理的活塞環(huán)第四十三頁(yè)，共四十六頁(yè)，2022年，8月28日4、非金屬覆層根據(jù)不同目的，在金屬表面涂覆各種非金屬覆層，如氧化