金属表面处理工艺.ppt

* * 现代表面技术金属表面改性技T1133-2 陈从胜 第一页，共三十二页。 表面改性技术及应用 表面改性技术是指采用某种工艺使材料表面获得与基体材料的组织结构、性能不同的一种技术。 被广泛的应用在航空航天领域、军事领域、机械制造领域，和生产生活紧密相连。 第二页，共三十二页。 作用及内容 使材料表面获得各种特殊性能（如耐磨、耐腐蚀、耐高温、超导、润滑性等）。 掩盖基体材料表面缺陷，延长材料和构建使用寿命。 节约稀少、珍贵材料，节约能源，改善环境。 促进高新技术的发展。 主要包含表面变形强化、表面热处理、表面化学热处理以及其他技术。 第三页，共三十二页。 一、 金属的表面强化工艺 通过机械手段在金属表面产生压缩变形，使表面形成硬化层，提高金属疲劳强度重要工艺之一。 既要求表面有较高的硬度和耐磨性，又要求心部具有足够的韧性，必须采用各种表面强化工艺。 工艺简单，成本低廉，是提高钢件抗疲劳能力，延长其使用寿命的重要工艺措施。 第四页，共三十二页。 1、喷丸 喷丸强化是将大量高速运动的弹丸喷射到零件表面上，使零件表层和次表层发生一定的塑性变形,形成硬化层并引进残余压应力，从而实现强化的一种技术。 应用：形状较复杂的零件，广泛应用于弹簧、齿轮、链条、轴、叶片、火车轮等零部件，可显著的提高抗弯曲疲劳、抗击腐蚀疲劳、抗应力腐蚀疲劳、抗微动磨损、耐点蚀能力。 在磨削、电镀等工序后进行 第五页，共三十二页。 2、滚压处理 利用自由旋转的淬火钢滚子对钢件的已加工表面进行滚压，使之产生塑性变形，压平钢件表面的粗糙凸峰，形成有利的残余压应力，从而提高工件的耐磨性和抗疲劳能力。 应用：圆柱面、锥面、平面等形状比较简单的零件 第六页，共三十二页。 一、表面热处理 1、表面淬火 表面淬火是指在不改变钢的化学成分及心部组织情况下，利用快速加热将表层奥氏体化后进行淬火以强化零件表面的热处理方法。 火焰加热 感应加热 第七页，共三十二页。 表面淬火目的： ① 使表面具有高的硬度、耐磨性和疲劳极限; ② 心部在保持一定的强度、硬度的条件下，具有足够的塑性和韧性。即表硬里韧。 适用于承受弯曲、扭转、摩擦和冲击的零件。 轴的感应加热表面淬火 第八页，共三十二页。 ①表面淬火用材料 ⑴ 0.4-0.5%C的中碳钢。 含碳量过低，则表面硬度、耐磨性下降。 含碳量过高，心部韧性下降； ⑵ 铸铁 提高其表面耐磨性。 机床导轨 表面淬火齿轮 第九页，共三十二页。 ③表面淬火后的回火 采用低温回火，温度不 高于200℃。 回火目的为降低内应力， 保留淬火高硬度、耐磨性。 ④表面淬火+低温回火后 的组织 表层组织为M回；心部组 织为S回(调质)或F+S(正火)。 回火索氏体 索氏体 第十页，共三十二页。 感应加热表面淬火示意图 ⑤表面淬火常用加热方法 ⑴ 感应加热表面处理: 利用交变电流在工件表面感应巨大涡流，使工件表面迅速加热的方法。 第十一页，共三十二页。 感应加热分为： 高频感应加热 频率为250-300KHz，淬硬层深度0.5-2mm 传动轴连续淬火感应器 感应加热表面淬火齿轮的截面图 第十二页，共三十二页。 中频感应加热 频率为2500-8000Hz，淬硬层深度2-10mm。 各种感应器 中频感应加热表面淬火的机车凸轮轴 第十三页，共三十二页。 工频感应加热 频率为50Hz,淬硬层深度10-15 mm 近些年又发展了超音频、双频感应加热淬火工艺。 实际上，硬化层深度取决于加热层深度，淬火加热温度、冷却速度和材料本身的淬透性等。 由于感应电流的“集肤效应”，电流透入工件深度主要与交流电频率有关，近似公式表示： 第十四页，共三十二页。 ⑵ 火焰加热: 利用乙炔火焰直接加热工件表面的方法。成本低，但质量不易控制。 ⑶ 激光热处理: 利用高能量密度的激光对工件表面进行加热的方法。效率高，质量好。 此外还有接触电阻加热表面淬火、浴炉加热表面淬火、电解液加热表面淬火等 火焰加热表面淬火示意图 激光表面热处理 火焰加热表面淬火 第十五页，共三十二页。 三、化学表面热处理 化学热处理是将工件置于特定介质中加热保温， 介质中活性原子渗入工件表层从而改变工件表层化学成分和组织,进而改变其性能的热处理工艺。 第十六页，共三十二页。 与表面淬火相比，化学热处理不仅改变钢的表层组织，还改变其化学成分。 化学热处理也是获得表硬里韧性能的方法之一。 根据渗入的元素不同，化学热处理可分为渗碳、氮化、碳氮共渗、渗其他元素等。 可控气氛渗碳炉 渗碳回火炉 第十七页，共三十二页。 常用的化学热处理： 渗碳、渗氮（俗称氮化）、碳氮共渗（俗称氰化和软氮化）等。 化学热处理过程包括分解、吸收、扩散三个基本过程。 第十八页，共三十二页。