1、现代表面技术现代表面技术金属表面改性技金属表面改性技T1133-2 陈从胜陈从胜表面改性技术及应用表面改性技术及应用n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。n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。作用及内容作用及内容n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）。n掩盖基体材料表面缺陷，延长材料和构建使用寿命。n节约稀少、珍贵材料，节约能源，改善环境。n促进高新技术的发展。n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。通过机械手段在金属表面产生压缩变形，通过机械手段在金属表
2、面产生压缩变形，使表面形成硬化层，提高金属疲劳强度重使表面形成硬化层，提高金属疲劳强度重要工艺之一。要工艺之一。既要求表面有较高的硬度和耐磨性，又要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，必须采用各种表求心部具有足够的韧性，必须采用各种表面强化工艺。面强化工艺。工艺简单，成本低廉，是提高钢件抗疲劳工艺简单，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。能力，延长其使用寿命的重要工艺措施。1、喷丸n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和次表层发生一定的塑性变
3、形,形成硬化层并引进残余压应力，从形成硬化层并引进残余压应力，从而实现强化的一种技术。而实现强化的一种技术。n应用：形状较复杂的零件应用：形状较复杂的零件，广泛应用于弹簧、齿轮、链条、轴、叶，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、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。抗应力腐蚀疲劳、抗微动磨损、耐点蚀能力。n在磨削、电镀等工序后进行在磨削、电镀等工序后进行2、滚压处理n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，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
4、性变形，压平钢件表面的粗糙凸峰，形成有利使之产生塑性变形，压平钢件表面的粗糙凸峰，形成有利的残余压应力，从而的残余压应力，从而提高工件的耐磨性和抗疲劳能力提高工件的耐磨性和抗疲劳能力。n应用：圆柱面、锥面、平面等形状比较简单的零件应用：圆柱面、锥面、平面等形状比较简单的零件一、表面热处理n1、表面淬火、表面淬火n表面淬火是指在不改变钢的化学成分及心部组织情况下，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。面的热处理方法。感应加热感应加热n表面淬火目的：表面淬火目的：n 使表面具
5、有高的硬度、耐磨性和疲劳极限使表面具有高的硬度、耐磨性和疲劳极限;n 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。性。即表硬里韧。n适用于承受弯曲、扭转、摩擦和冲击的零件。适用于承受弯曲、扭转、摩擦和冲击的零件。n表面淬火用材料表面淬火用材料n 0.4-0.5%C的中碳钢。的中碳钢。n含碳量过低，则表面硬度、耐磨性下降。含碳量过低，则表面硬度、耐磨性下降。n含碳量过高，心部韧性下降；含碳量过高，心部韧性下降；n 铸铁铸铁 提高其表面耐磨性。提高其表面耐磨性。机床导机床导轨轨表面淬火齿轮表面淬火齿轮n表面淬火后的回火
6、表面淬火后的回火n采用低温回火采用低温回火，温度不，温度不n高于高于200。n回火目的为降低内应力，回火目的为降低内应力，n保留淬火高硬度、耐磨性。保留淬火高硬度、耐磨性。n表面淬火表面淬火+低温回火后低温回火后n的组织的组织n表层组织为表层组织为M回回；心部组；心部组n织为织为S回回(调质调质)或或F+S(正火正火)。回火索氏体回火索氏体索氏体索氏体感应加热感应加热表面淬火表面淬火示意图示意图n表面淬火常用加热方法表面淬火常用加热方法n 感应加热感应加热表面处理表面处理:利利用交变电流在工件表面感用交变电流在工件表面感应巨大涡流，使工件表面应巨大涡流，使工件表面迅速加热的方法。迅速加热的方法
7、。n感应加热分为：感应加热分为：n高频感应加热高频感应加热 频率为频率为250-300KHz，淬硬层深度淬硬层深度0.5-2mm传动轴连续淬传动轴连续淬火感应器火感应器感应加热表面淬火齿轮的截面图感应加热表面淬火齿轮的截面图n中频感应加热中频感应加热 频 率 为频 率 为 2 5 0 0-8000Hz，淬硬，淬硬层深度层深度2-10mm。各种感应器各种感应器中频感应加热表面淬火的机车凸中频感应加热表面淬火的机车凸轮轴轮轴n工频感应加热工频感应加热n频率为频率为50Hz,淬硬层深度淬硬层深度10-15 mmn近些年又发展了超音频、双频感应加热淬火工艺。n实际上，硬化层深度取决于加热层深度，淬火加
8、热温度、冷却速度和材料本身的淬透性等。n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：f/600n 火焰加热火焰加热:利用乙炔火焰直接加热工利用乙炔火焰直接加热工件表面的方法。件表面的方法。成本低，但质量不易控成本低，但质量不易控制。制。n 激光热处理激光热处理:利用高能量密度的激光利用高能量密度的激光对工件表面进行加热的方法。对工件表面进行加热的方法。效率高，效率高，质量好。质量好。n此外还有接触电阻加热表面淬火、浴炉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火焰加热表面淬火示
9、意图激光表面热处理激光表面热处理火焰加热表面淬火火焰加热表面淬火三、化学表面热处理n化学热处理是将工件置于特定介质中加热保温，化学热处理是将工件置于特定介质中加热保温，介质中活性原介质中活性原子渗入工件表子渗入工件表层从而改变工层从而改变工件表层化学成件表层化学成分和组织分和组织,进而进而改变其性能的改变其性能的热处理工艺。热处理工艺。n与表面淬火相比，化学热处理不仅改变钢的表层组织，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。还改变其化学成分。n化学热处理也是获得表硬里韧性能的方法之一。化学热处理也是获得表硬里韧性能的方法之一。n根据渗入的元素不同，根据渗入的元素不同，
10、化学热处理可分为渗碳、氮化、化学热处理可分为渗碳、氮化、碳氮碳氮共渗、渗其他元素等。共渗、渗其他元素等。可控气氛渗碳可控气氛渗碳炉炉渗碳回火炉渗碳回火炉常用的化学热处理：常用的化学热处理：渗碳、渗氮（俗称氮化）、碳氮共渗（俗称氰渗碳、渗氮（俗称氮化）、碳氮共渗（俗称氰化和软氮化）等。化和软氮化）等。化学热处理过程包括化学热处理过程包括分解、吸收、扩散分解、吸收、扩散三个基三个基本过程。本过程。化学热处理的基本过程 n介质介质(渗剂渗剂)的分解的分解:分解的同时分解的同时释放出活性原子。释放出活性原子。n如：渗碳如：渗碳 CH42H2+C 氮化氮化 2NH33H2+2Nn活性元素活性元素的吸收的
11、吸收:活性原子向活性原子向固溶体溶解或与钢中某些元素形固溶体溶解或与钢中某些元素形成化合物。成化合物。n活性元素活性元素内部扩散。内部扩散。氮化扩散层氮化扩散层钢的渗碳是指向钢的表面渗入碳原子的过程。n渗碳目的渗碳目的n提高工件表面硬度、耐提高工件表面硬度、耐磨性及疲劳强度，同时磨性及疲劳强度，同时保持心部良好的韧性保持心部良好的韧性。n渗碳用钢渗碳用钢n为含为含0.1-0.25%C的低的低碳钢。碳钢。碳高则心部韧性碳高则心部韧性降低。降低。经渗碳的机车从动齿轮经渗碳的机车从动齿轮气体渗碳气体渗碳法示意图法示意图n渗碳方法渗碳方法n 气体渗碳法气体渗碳法n将工件放入密封炉内，将工件放入密封炉内
12、，在在900-950时滴入醇、煤油、丙酮，时滴入醇、煤油、丙酮，在在高温高温下分解为下分解为CO、CO2、CH4等等渗碳气氛渗碳气氛并生成活性碳原子被并生成活性碳原子被工件吸收溶入奥氏体，形成工件吸收溶入奥氏体，形成渗碳渗碳层层。n优点优点:质量好质量好,效率高；效率高；n缺点缺点:渗层成分与深度不易控制渗层成分与深度不易控制n 固体渗碳法固体渗碳法n将工件埋入渗剂中，装箱密封后在高温下加热渗碳。将工件埋入渗剂中，装箱密封后在高温下加热渗碳。n渗剂为木炭。渗剂为木炭。n优点：操作简单；优点：操作简单；n缺点：渗速慢，劳动条件差。缺点：渗速慢，劳动条件差。l 真空渗碳法真空渗碳法l将工件放入真空
13、渗碳炉中，抽真将工件放入真空渗碳炉中，抽真空后通入渗碳气体加热渗碳。空后通入渗碳气体加热渗碳。l优点优点:表面质量好表面质量好,渗碳速度快。渗碳速度快。真空渗碳炉真空渗碳炉n渗碳温度渗碳温度：为：为900-950。n渗碳层厚度渗碳层厚度（由表面到过度层一半处的厚度）：（由表面到过度层一半处的厚度）：一般为一般为0.5-2mm。低碳钢渗碳缓冷后的组织低碳钢渗碳缓冷后的组织l渗碳层表面含碳量：渗碳层表面含碳量：以以0.85-1.05为最好。为最好。l渗碳缓冷后组织：渗碳缓冷后组织：表层为表层为P+网状网状Fe3C;心部为心部为F+P;中间为过渡区。中间为过渡区。n渗碳后的热处理渗碳后的热处理n要使
14、渗碳层发挥应有的作用，渗碳后还须要使渗碳层发挥应有的作用，渗碳后还须淬火淬火+低温回火低温回火处理处理,回火温度为回火温度为160-180。淬火方法有：淬火方法有：n 直接直接淬火法淬火法n渗碳后预冷到渗碳后预冷到800-850后后直接淬火直接淬火，再在，再在180-200温度温度下回火下回火。n一次淬火法一次淬火法：即渗碳：即渗碳空空冷后重新加热冷后重新加热到到830-860淬火。淬火。n 二次淬火法二次淬火法：即渗碳缓冷后即渗碳缓冷后第一次加热为心部第一次加热为心部Ac3+30-50，细化心部细化心部；第二次加热为第二次加热为Ac1+30-50，细化表层细化表层。n常用方法是渗碳缓冷后，重
15、新加热到常用方法是渗碳缓冷后，重新加热到Ac1+30-50淬火淬火+低温回火。低温回火。此时组织为：此时组织为：n表层：表层：M回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A(少量少量)n心部：心部：M回回+F（淬透时）（淬透时）渗碳淬火后的表层组渗碳淬火后的表层组织织M+F钢的氮化 n氮化是指向钢的表面渗入氮原子的过程。氮化是指向钢的表面渗入氮原子的过程。n氮化用钢氮化用钢井式气体氮化炉井式气体氮化炉l为含为含Cr、Mo、Al、Ti、V的中碳钢。的中碳钢。l常用钢号为常用钢号为38CrMoAl。l氮化温度氮化温度为为500-570l氮化层厚度氮化层厚度不超过不超过0.6-0.7mm。n常用氮化方法常用氮
16、化方法n气体氮化法与离子氮化法。气体氮化法与离子氮化法。n气体氮化法与气体渗碳法气体氮化法与气体渗碳法类似，渗剂为氨。类似，渗剂为氨。n离子氮化法是在电场作用离子氮化法是在电场作用下，使电离的氮离子高速下，使电离的氮离子高速冲击作为阴极的工件。与冲击作为阴极的工件。与气体氮化相比，氮化时间气体氮化相比，氮化时间短，氮化层脆性小。短，氮化层脆性小。离子氮化炉离子氮化炉 气体渗氮常采用的工艺为：锻造气体渗氮常采用的工艺为：锻造正火正火粗加工粗加工调调质质精加工精加工去应力去应力粗磨粗磨渗氮渗氮精磨或研磨精磨或研磨 渗氮的特点：渗氮的特点：1、高硬度、高耐磨性。、高硬度、高耐磨性。2、疲劳极限高。、
17、疲劳极限高。3、工件变形小。原因是氮化温度低，氮化后不需进行热处理。4、耐蚀性好。因为表层形成的氮化物化学稳定性高。G:钢的表面热处理钢的表面热处理_标清标清.flvn氮化的缺点：工艺复杂，成本高，氮化层薄。氮化的缺点：工艺复杂，成本高，氮化层薄。n主要应用在交变载荷下工作工作并要求具有高的耐磨性主要应用在交变载荷下工作工作并要求具有高的耐磨性工件上，如高速转动精密齿轮、高速柴油机曲轴、高精工件上，如高速转动精密齿轮、高速柴油机曲轴、高精度机床主轴、模具等度机床主轴、模具等 缝纫机用氮化件缝纫机用氮化件经氮化的机车曲轴经氮化的机车曲轴滲氮与滲碳相比：滲氮与滲碳相比：u滲氮层硬度和耐磨性高于滲碳
18、层，硬度可达滲氮层硬度和耐磨性高于滲碳层，硬度可达6972HRC，且在，且在600650高温下仍能保持较高硬度；高温下仍能保持较高硬度；u滲氮层具有很高的抗疲劳性和耐蚀性；滲氮层具有很高的抗疲劳性和耐蚀性；u滲氮后不需再进行热处理，可避免热处理带来的变形滲氮后不需再进行热处理，可避免热处理带来的变形和其他缺陷；和其他缺陷；u滲氮温度较低。滲氮温度较低。u只适用于中碳合金钢，需要较长的工艺时间才能达到只适用于中碳合金钢，需要较长的工艺时间才能达到要求的滲氮层。要求的滲氮层。Thank you for yous listening激励学生学习的名言格言激励学生学习的名言格言220、每一个成功者都有
19、一个开始。勇于开始，才能找到成功的路。221、世界会向那些有目标和远见的人让路（冯两努香港著名推销商）222、绊脚石乃是进身之阶。223、销售世界上第一号的产品不是汽车，而是自己。在你成功地把自己推销给别人之前，你必须百分之百的把自己推销给自己。224、即使爬到最高的山上，一次也只能脚踏实地地迈一步。225、积极思考造成积极人生，消极思考造成消极人生。226、人之所以有一张嘴，而有两只耳朵，原因是听的要比说的多一倍。227、别想一下造出大海，必须先由小河川开始。228、有事者，事竟成；破釜沉舟，百二秦关终归楚；苦心人，天不负；卧薪尝胆，三千越甲可吞吴。229、以诚感人者，人亦诚而应。230、积
20、极的人在每一次忧患中都看到一个机会，而消极的人则在每个机会都看到某种忧患。231、出门走好路，出口说好话，出手做好事。232、旁观者的姓名永远爬不到比赛的计分板上。233、怠惰是贫穷的制造厂。234、莫找借口失败，只找理由成功。（不为失败找理由，要为成功找方法）235、如果我们想要更多的玫瑰花，就必须种植更多的玫瑰树。236、伟人之所以伟大，是因为他与别人共处逆境时，别人失去了信心，他却下决心实现自己的目标。237、世上没有绝望的处境，只有对处境绝望的人。238、回避现实的人，未来将更不理想。239、当你感到悲哀痛苦时，最好是去学些什么东西。学习会使你永远立于不败之地。240、伟人所达到并保持着的高处，并不是一飞就到的，而是他们在同伴们都睡着的时候，一步步艰辛地向上爬241、世界上那些最容易的事情中，拖延时间最不费力。242、坚韧是成功的一大要素，只要在门上敲得够久、够大声，终会把人唤醒的。243、人之所以能，是相信能。244、没有口水与汗水，就没有成功的泪水。245、一个有信念者所开发出的力量，大于99个只有兴趣者。246、环境不会改变，解决之道在于改变自己。247、两粒种子，一片森林。248、每一发奋努力的背后，必有加倍的赏赐。249、如果你希望成功，以恒心为良友，以经验为参谋，以小心为兄弟，以希望为哨兵。250、大多数人想要改造这个世界，但却罕有人想改造自己。
