1、钢的表面强化技术钢的表面强化技术1ppt课件 钢表面强化的目的钢表面强化的目的 （一）（一）喷丸表面强化喷丸表面强化 （二）（二）电火花表面强化电火花表面强化 （三）（三）激光表面处理技术激光表面处理技术钢的表面强化技术钢的表面强化技术2ppt课件钢的表面强化技术钢的表面强化技术 据统计，据统计，80%以上钢制零件的失效往往始于钢的以上钢制零件的失效往往始于钢的表面，钢表面性能的优劣直接影响到钢的使用及其寿表面，钢表面性能的优劣直接影响到钢的使用及其寿命。命。3ppt课件钢表面强化的目的钢表面强化的目的 （1）提高钢表面的硬度、耐磨性、耐蚀性和抗高温氧化性能，）提高钢表面的硬度、耐磨性、耐蚀性
2、和抗高温氧化性能，大幅度提高模具的使用寿命。大幅度提高模具的使用寿命。 （2）提高钢表面抗擦伤能力，提高生产率。）提高钢表面抗擦伤能力，提高生产率。 （3）采用碳素工具钢或低合金钢，经表面涂层或合金化处理）采用碳素工具钢或低合金钢，经表面涂层或合金化处理 后，可达到或超过高合金化材料甚至硬质合金的性能指标，后，可达到或超过高合金化材料甚至硬质合金的性能指标，不仅可大幅度降低材料成本，而且可以简化零件制造的加工不仅可大幅度降低材料成本，而且可以简化零件制造的加工工艺和热处理工艺，降低生产成本。工艺和热处理工艺，降低生产成本。4ppt课件（一）、喷丸表面强化（一）、喷丸表面强化 利用大量的珠丸（直
3、径一般为利用大量的珠丸（直径一般为0.42mm）以高速（以高速（3550m/s）打击已加工完毕的工件）打击已加工完毕的工件表面，使表面产生冷硬层和残余应力，可以表面，使表面产生冷硬层和残余应力，可以显著提高零件的疲劳强度。显著提高零件的疲劳强度。5ppt课件喷丸表面强化的应用喷丸表面强化的应用3Cr2W8V钢制活扳手热锻模，经常规处理后，钢制活扳手热锻模，经常规处理后，一次刃磨的使用寿命为一次刃磨的使用寿命为1750件左右；经喷丸处件左右；经喷丸处理后，使用寿命为理后，使用寿命为2634件，提高寿命件，提高寿命50%。Cr12钢制洗衣机电机定、转子落料冲裁模，经钢制洗衣机电机定、转子落料冲裁模
4、，经淬火、回火后，一次刃磨的使用寿命为淬火、回火后，一次刃磨的使用寿命为1.23.2万次，经喷丸强化后，一次刃磨的使用寿万次，经喷丸强化后，一次刃磨的使用寿命为命为11.49万次，提高倍数为万次，提高倍数为3.59.5。6ppt课件（二）、电火（二）、电火花表面强化花表面强化电火花表面强电火花表面强化是利用工具化是利用工具电极与工件间电极与工件间在气体中产生在气体中产生的火花放电作的火花放电作用，把作为电用，把作为电极的导电材料极的导电材料溶渗进工件表溶渗进工件表层形成合金化层形成合金化的的表面强化层表面强化层或对磨损部位或对磨损部位沉积堆焊（沉积堆焊（修修复复）。）。7ppt课件电火化表面强
5、化过程示意图电火化表面强化过程示意图1工具电极工具电极2工件工件8ppt课件电火花表面强化的设备电火花表面强化的设备 直流电以每隔直流电以每隔10-310-1秒的秒的周期，在周期，在10-610-5秒的极短秒的极短时间内放电，电极材料与工件时间内放电，电极材料与工件的接触部被加热到的接触部被加热到800025000，并且在等离子冶金，并且在等离子冶金状态下转移到工件表面及形成状态下转移到工件表面及形成合金（合金（Alloying）和堆积）和堆积（Deposition），同时向工），同时向工件表面扩散（件表面扩散（Diffusion）和）和渗透（渗透（Penetration）从而高）从而高强度密
6、切结合。强度密切结合。 9ppt课件冲裁模的强化部位冲裁模的强化部位1凸模凸模2凹模凹模10ppt课件电火花强化电火花强化 强化层的性能决定于基体和电极材料，通常所强化层的性能决定于基体和电极材料，通常所用的电极材料有用的电极材料有TiC、WC、ZrC、NbC、Cr3C2、硬质合金等，基体材料包括碳钢、合、硬质合金等，基体材料包括碳钢、合金钢、铸铁、铸钢等所有的导电体。金钢、铸铁、铸钢等所有的导电体。 电火花表面强化因电极材料的沉积发生有规律电火花表面强化因电极材料的沉积发生有规律地胀大，除此之外工件没有其它变形，工件心地胀大，除此之外工件没有其它变形，工件心部的组织与性能也不发生变化，因此十
7、分适用部的组织与性能也不发生变化，因此十分适用模具的表面处理。模具的表面处理。11ppt课件电火花强化的应用电火花强化的应用 用用YG8作电极，对作电极，对3Cr2W8V钢制模具进行钢制模具进行电火花强化处理后，在各类酸碱中的耐蚀电火花强化处理后，在各类酸碱中的耐蚀性提高性提高415倍；倍； 对对Cr12钢制定子双槽模刃口部位经电火花钢制定子双槽模刃口部位经电火花表面强化后，每次刃磨的平均使用寿命由表面强化后，每次刃磨的平均使用寿命由5万次提高到万次提高到20万次万次12ppt课件（三）、激光表面处理技术（三）、激光表面处理技术激光表面处激光表面处理技术理技术激光表面热处理激光表面热处理激光表
8、面改性技术激光表面改性技术激光表面合金化激光表面合金化激光熔覆激光熔覆激光表面淬火激光表面淬火激光非晶化激光非晶化激光冲击硬化激光冲击硬化13ppt课件（1）激光非晶化）激光非晶化 激光非晶化是利用激光使工件表面熔化及快速激光非晶化是利用激光使工件表面熔化及快速冷却的工艺方法，在工件表面上形成厚度为冷却的工艺方法，在工件表面上形成厚度为110m的玻璃态非晶化组织，这种非晶组的玻璃态非晶化组织，这种非晶组织具有高强度、高韧性和高的耐磨性。织具有高强度、高韧性和高的耐磨性。（2）激光冲击硬化）激光冲击硬化 激光冲击硬化是利用高强度脉冲激光束照射激光冲击硬化是利用高强度脉冲激光束照射金属表面，使其表
9、面薄层迅速汽化，在表面金属表面，使其表面薄层迅速汽化，在表面原子逸出期间，发生动量脉冲，产生强的机原子逸出期间，发生动量脉冲，产生强的机械冲击波和应力波，使材料表面硬化。激光械冲击波和应力波，使材料表面硬化。激光冲击硬化不仅可以大大提高材料的强度和硬冲击硬化不仅可以大大提高材料的强度和硬度，而且能有效地提高抗疲劳性能。由于冲度，而且能有效地提高抗疲劳性能。由于冲击波持续的时间短，因而产生的变形很小。击波持续的时间短，因而产生的变形很小。14ppt课件（3）激光表面强化激光表面强化 激光淬火（激光相变硬化）激光淬火（激光相变硬化） 以高能量的激光束快速扫描工件，使材料以高能量的激光束快速扫描工件
10、，使材料表面极薄一层的局部小区域内快速吸收能量而表面极薄一层的局部小区域内快速吸收能量而使温度急剧上升使温度急剧上升(升温速度可达升温速度可达105/s106/s)，此时工件基体仍处于冷态，激光离，此时工件基体仍处于冷态，激光离去后，由于热传导的作用，此局部区域内的热去后，由于热传导的作用，此局部区域内的热量迅速传递到工件其它部位，冷却速度可达量迅速传递到工件其它部位，冷却速度可达105/s以上，使该局部区域在瞬间进行自冷淬以上，使该局部区域在瞬间进行自冷淬火，因而使材料表面发生相变硬化。火，因而使材料表面发生相变硬化。15ppt课件激光淬火及其性能 激光淬火的特点是淬火层的硬度比常规淬火硬度
11、激光淬火的特点是淬火层的硬度比常规淬火硬度高（高（15%20%），其疲劳强度也高于常规热处），其疲劳强度也高于常规热处理。理。16ppt课件激光表面强化的应用激光表面强化的应用 激光表面淬火与高频及火焰表面加热淬火相比激光表面淬火与高频及火焰表面加热淬火相比较，前者受热及冷却区域极小，因之畸变极小、较，前者受热及冷却区域极小，因之畸变极小、残佘应力小，且由于毫无氧化脱碳作用，淬火残佘应力小，且由于毫无氧化脱碳作用，淬火表面更加光亮浩净，从而可在最终精加工工序表面更加光亮浩净，从而可在最终精加工工序以后进行。利用激光表面加热淬火还可以解决以后进行。利用激光表面加热淬火还可以解决工件拐角、沟槽、盲
12、孔、深孔内壁等用其它热工件拐角、沟槽、盲孔、深孔内壁等用其它热处理方法很难解决的强化问题。处理方法很难解决的强化问题。 激光表面热处理可提高模具表面硬度、耐磨性、激光表面热处理可提高模具表面硬度、耐磨性、热稳定性、抗疲劳性和临界断裂韧性等力学性热稳定性、抗疲劳性和临界断裂韧性等力学性能，是提高模具寿命的有效途径之一。能，是提高模具寿命的有效途径之一。17ppt课件应用示例应用示例 例如例如GCr15钢制轴承保持架冲孔用的冲孔钢制轴承保持架冲孔用的冲孔凹模，经常规处理后的使用寿命为凹模，经常规处理后的使用寿命为1.12万万次，经激光硬化处理后的寿命达次，经激光硬化处理后的寿命达2.8万次万次 G
13、Cr15钢制挤压孔边用的压坡模，经激光钢制挤压孔边用的压坡模，经激光硬化处理后可连续冲压硬化处理后可连续冲压6000件，常规处理件，常规处理后的最高使用寿命为后的最高使用寿命为3000件。件。18ppt课件激光表面合金化激光表面合金化 激光表面合金化是利用激光束使合金元素激光表面合金化是利用激光束使合金元素与基体表面金属混合熔化，在很短的时间与基体表面金属混合熔化，在很短的时间内形成不同化学成分和结构的高性能表面内形成不同化学成分和结构的高性能表面合金层。合金层。 用激光对用激光对CrWMn钢进行合金化，可使其钢进行合金化，可使其磨损率仅为磨损率仅为CrWMn淬火钢的淬火钢的1/10，使用，使用寿命为寿命为CrWMn淬火钢的淬火钢的14倍。倍。19ppt课件同步注粉式激光表面熔覆同步注粉式激光表面熔覆光熔覆法是利用激光熔覆法是利用激光束在工件表面熔光束在工件表面熔覆一层硬度高、耐覆一层硬度高、耐磨、耐蚀和抗疲劳磨、耐蚀和抗疲劳好的材料，以提高好的材料，以提高工件折表面性能工件折表面性能能实施熔覆的基体能实施熔覆的基体材料有低碳钢、合材料有低碳钢、合金钢、铸铁、不锈金钢、铸铁、不锈钢、铜和铝合金、钢、铜和铝合金、镍铬钛耐热合金等。镍铬钛耐热合金等。用于熔覆的合金有用于熔覆的合金有铝基、铁基、镍基铝基、铁基、镍基合金。合金。20ppt课件
