金屬表面處理工藝培訓(xùn)課件

13三月2024金屬表面處理工藝培訓(xùn)課件表面改性技術(shù)及應(yīng)用表面改性技術(shù)是指采用某種工藝使材料表面獲得與基體材料的組織結(jié)構(gòu)、性能不同的一種技術(shù)。被廣泛的應(yīng)用在航空航天領(lǐng)域、軍事領(lǐng)域、機(jī)械制造領(lǐng)域，和生產(chǎn)生活緊密相連。作用及內(nèi)容使材料表面獲得各種特殊性能（如耐磨、耐腐蝕、耐高溫、超導(dǎo)、潤滑性等）。掩蓋基體材料表面缺陷，延長材料和構(gòu)建使用壽命。節(jié)約稀少、珍貴材料，節(jié)約能源，改善環(huán)境。促進(jìn)高新技術(shù)的發(fā)展。主要包含表面變形強(qiáng)化、表面熱處理、表面化學(xué)熱處理以及其他技術(shù)。一、金屬的表面強(qiáng)化工藝通過機(jī)械手段在金屬表面產(chǎn)生壓縮變形，使表面形成硬化層，提高金屬疲勞強(qiáng)度重要工藝之一。既要求表面有較高的硬度和耐磨性，又要求心部具有足夠的韌性，必須采用各種表面強(qiáng)化工藝。工藝簡單，成本低廉，是提高鋼件抗疲勞能力，延長其使用壽命的重要工藝措施。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，使零件表層和次表層發(fā)生一定的塑性變形,形成硬化層并引進(jìn)殘余壓應(yīng)力，從而實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化的一種技術(shù)。應(yīng)用：形狀較復(fù)雜的零件，廣泛應(yīng)用于彈簧、齒輪、鏈條、軸、葉片、火車輪等零部件，可顯著的提高抗彎曲疲勞、抗擊腐蝕疲勞、抗應(yīng)力腐蝕疲勞、抗微動(dòng)磨損、耐點(diǎn)蝕能力。在磨削、電鍍等工序后進(jìn)行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、平面等形狀比較簡單的零件一、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。火焰加熱感應(yīng)加熱表面淬火目的：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①表面淬火用材料⑴0.4-0.5%C的中碳鋼。含碳量過低，則表面硬度、耐磨性下降。含碳量過高，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)?；鼗鹚魇象w索氏體感應(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)加熱表面處理: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。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)車凸輪軸工頻感應(yīng)加熱頻率為50Hz,淬硬層深度10-15mm近些年又發(fā)展了超音頻、雙頻感應(yīng)加熱淬火工藝。實(shí)際上，硬化層深度取決于加熱層深度，淬火加熱溫度、冷卻速度和材料本身的淬透性等。由于感應(yīng)電流的“集膚效應(yīng)”，電流透入工件深度主要與交流電頻率有關(guān)，近似公式表示：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。此外還有接觸電阻加熱表面淬火、浴爐加熱表面淬火、電解液加熱表面淬火等火焰加熱表面淬火示意圖激光表面熱處理火焰加熱表面淬火三、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，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。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。化學(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、碳氮共滲、滲其他元素等?？煽貧夥諠B碳爐滲碳回火爐常用的化學(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?；瘜W(xué)熱處理過程包括分解、吸收、擴(kuò)散三個(gè)基本過程。①化學(xué)熱處理的基本過程

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活性元素的吸收:

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

氮化擴(kuò)散層②鋼的滲碳

是指向鋼的表面滲入碳原子的過程。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900-950℃時(shí)滴入醇、煤油、丙酮，在高溫下分解為CO、CO2、CH4等滲碳?xì)夥詹⑸苫钚蕴荚颖还ぜ杖苋電W氏體，形成滲碳層。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④滲碳溫度：為900-950℃。滲碳層厚度（由表面到過度層一半處的厚度）：

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;中間為過渡區(qū)。⑤滲碳后的熱處理要使?jié)B碳層發(fā)揮應(yīng)有的作用，滲碳后還須淬火+低溫回火處理,

回火溫度為160-180℃。淬火方法有：⑴直接淬火法滲碳后預(yù)冷到800-850℃后直接淬火，再在180-200℃溫度下回火。⑵一次淬火法：即滲碳空冷后重新加熱到830-860℃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。

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+F⑥鋼的氮化

氮化是指向鋼的表面滲入氮原子的過程。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0.6-0.7mm。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。離子氮化爐氣體滲氮常采用的工藝為：鍛造→正火→粗加工→調(diào)質(zhì)→精加工→去應(yīng)力→粗磨→滲氮→精磨或研磨

滲氮的特點(diǎn)：1、高硬度、高耐磨性。

2、疲勞極限高。

3、工件變形小。原因是氮化溫度低，氮化后不需進(jìn)行熱處理。