金属表面处理工艺

§3.4~6钢的表面强化工艺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。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①表面淬火用材料⑴0.4-0.5%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②预备热处理⑴工艺：对于结构钢为调质或正火。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:为表面淬火作组织准备；获得最终心部组织。

回火索氏体索氏体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)。感应加热表面淬火感应淬火机床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: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。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工频感应加热频率为50Hz,淬硬层深度10-15mm各种感应器感应穿透加热⑵火焰加热热:利用乙炔炔火焰直直接加热热工件表表面的方方法。成本低，，但质量量不易控控制。⑶激光光热处理理:利用高能能量密度度的激光光对工件件表面进进行加热热的方法法。效率高，，质量好好。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一、表面面热处理理2、化学表表面热处处理化学热处处理是将将工件置置于特定定介质中中加热保保温，使使介质中活活性原子子渗入工工件表层层从而改改变工件件表层化化学成分分和组织织,进而改变变其性能能的热处处理工艺艺。与表面淬淬火相比比，化学学热处理理不仅改改变钢的的表层组组织，还还改变其其化学成成分。化学热处处理也是是获得表表硬里韧韧性能的的方法之之一。根据渗入入的元素素不同，，化学热热处理可可分为渗渗碳、氮氮化、多多元共渗渗、渗其其他元素素等。可控气氛渗碳炉渗碳回火炉常用的化化学热处处理：渗碳、渗渗氮（俗俗称氮化化）、碳碳氮共渗渗（俗称称氰化和和软氮化化）等。。渗硫、渗渗硼、渗渗铝、渗渗钒、渗渗铬等。。发兰、、磷化可可以归为为表面处处理，不不属于化化学热处处理。化学热处处理过程程包括分解、吸吸收、扩扩散三个基本本过程。。①化学热处处理的基基本过程程⑴介质(渗剂)的分解:分解的同同时释放放出活性性原子。。如：渗碳碳CH4→2H2+[C]氮化2NH3→3H2+2[N]⑵工件表面面的吸收收:活性原子子向固溶溶体溶解解或与钢钢中某些些元素形形成化合合物。⑶原子向内内部扩散散。氮化扩散层②钢的渗碳碳是指向钢钢的表面面渗入碳碳原子的的过程。。⑴渗碳目的的提高工件件表面硬硬度、耐耐磨性及及疲劳强强度，同同时保持持心部良良好的韧韧性。⑵渗碳用钢钢为含0.1-0.25%C的低碳钢钢。碳高则心心部韧性性降低。。经渗碳的机车从动齿轮气体渗碳法示意图③渗碳方法法⑴气体体渗碳法法将工件放放入密封封炉内，，在高温温渗碳气气氛中渗渗碳。渗剂为气气体(煤气、液液化气等等)或有机液液体(煤油、甲甲醇等)。优点:质量好,效率高；；缺点:渗层成分分与深度度不易控控制⑵固体渗碳碳法将工件埋埋入渗剂剂中，装装箱密封封后在高高温下加加热渗碳碳。渗剂为木木炭。优点：操操作简单单；缺点：渗渗速慢，，劳动条条件差。。⑶真空渗碳碳法将工件放放入真空空渗碳炉炉中，抽抽真空后后通入渗渗碳气体体加热渗渗碳。优点:表面质量量好,渗碳速度度快。真空渗碳炉④渗碳温度度：为900-950℃。渗碳层厚厚度（由表面面到过度度层一半半处的厚厚度）：：一般为0.5-2mm。低碳钢渗碳缓冷后的组织渗碳层表表面含碳碳量：以0.85-1.05为最好。。渗碳缓冷冷后组织织：表层为P+网状Fe3CⅡ;心部为F+P;中间为过过渡区。。⑤渗碳后的的热处理理淬火+低温回火火,回火温度度为160-180℃。淬火方法法有：⑴预冷冷淬火法法渗碳后预预冷到略略高于Ar1温度直接接淬火。。渗碳后的热处理示意图⑵一次淬火火法：即渗碳碳缓冷后后重新加加热淬火火。⑶二次次淬火法法：即渗碳缓缓冷后第一次加加热为心心部Ac3+30-50℃℃，细化心部部；第二次加加热为Ac1+30-50℃℃，细化表层层。渗碳后的热处理示意图常用方法法是渗碳碳缓冷后后，重新新加热到到Ac1+30-50℃℃淬火+低温回火火。此时组织织为：表层：M回+颗粒状碳碳化物+A’(少量)心部：M回+F（淬透时时）渗碳淬火后的表层组织M+F⑥钢的氮化化氮化是指指向钢的的表面渗渗入氮原原子的过过程。⑴氮化用钢钢井式气体氮化炉为含Cr、Mo、Al、Ti、V的中碳钢钢。常用钢号号为38CrMoAl。⑵氮化温温度为500-570℃氮化层厚厚度不超过0.6-0.7mm。⑶常用氮化化方法气体氮化化法与离离子氮化化法。气体氮化化法与气气体渗碳碳法类似似，渗剂剂为氨。。离子氮化化法是在在电场作作用下，，使电离离的氮离离子高速速冲击作作为阴极极的工件件。与气气体氮化化相比，，氮化时时间短，，氮化层层脆性小小。离子氮化炉⑷氮化的特特点及应应用氮化件表表面硬度度高（69~72HRC），耐磨磨性高。。疲劳强度度高。由于表面面存在压压应力。。氮化层组织38CrMoAl氮化层硬度⑶工件变形形小。原因是氮氮化温度度低，氮氮化后不不需进行行热处理理。⑷耐蚀蚀性好。。因为表层层形成的的氮化物物化学稳稳定性高高。氮化的缺缺点：工工艺复杂杂，成本本高，氮氮化层薄薄。用于耐磨磨性、精精度要求求高的零零件及耐耐热、耐耐磨及耐耐蚀件。。如仪表表的小轴轴、轻载载齿轮及及重要的的曲轴等等。缝纫机用氮化件经氮化的机车曲轴滲氮与滲滲碳相比比：滲氮层硬硬度和耐耐磨性高高于滲碳碳层，硬硬度可达达69~72HRC，且在600～650℃高温下仍能保保持较高硬度度；滲氮层具有很很高的抗疲劳劳性和耐蚀性性；滲氮后不需再再进行热处理理，可避免热热处理带来的的变形和其他他缺陷；滲氮温度较低低。只适用于中碳碳合金钢，需需要较长的工工艺时间才能能达到要求的的滲氮层。二、表面形变变强化表面形变强化化指使钢件在在常温下发生生塑性变形，以提高其表表面硬度并产产生有利的残残余压应力分分布的表面强强化工艺。工艺简单，成成本低廉，是是提高钢件抗抗疲劳能力，，延长其使用用寿命的重要要工艺措施。。1、喷丸喷丸强化是将将大量高速运运动的弹丸喷喷射到零件表表面上，犹如如无数个小锤锤击金属表面，使使零件表层和和次表层发生生一定的塑性性变形而实现现强化的一种种技术。应用：形状较较复杂的零件件在磨削、电镀镀等工序后进进行2、滚压处理利用自由旋转转的淬火钢滚滚子对钢件的的已加工表面面进行滚压，，使之产生塑塑性变形，压压平钢件表面面的粗糙凸峰峰，形成有利利的残余压应应力，从而提高工件的耐耐磨性和抗疲疲劳能力。应用：圆柱面面、锥面、平平面等形状比比较简单的零零件三、表面覆层层强化表面覆层强化化是通过物理理或化学的方方法在金属表表面涂覆一层层或多层其他他金属或非金金属的表面强强化工艺。目的：提高钢钢件的耐磨性性、耐蚀性、、耐热性或进进行表面装饰饰。1、金属喷涂技技术将金属粉末加加热至熔化或或半熔化状态态，用高压气气流使其雾化化并喷射于工工件表面形成成涂层的工艺艺称为热喷涂。利用热喷涂技技术可改善材材料的耐磨性性、耐蚀性、、耐热性及绝绝缘性等。广泛用于包括括航空航天、、原子能、电电子等尖端技技术在内的几几乎所有领域域。等离子热喷涂2、金属镀层在基体材料的的表面覆上一一层或多层金金属镀层，可可以显著改善善其耐磨性、、耐蚀性和耐耐热性，或获获得其他特殊殊性能。电镀：工件作作为阴极化学镀：不外外加电源的条条件下，利用用化学还原的的方法在基体体材料表面催催化膜上沉积积一层金属的的表面强化方方法。特点：形状工件复杂杂上也能得到到均匀厚度镀镀层；镀层晶晶粒细小致密密，孔隙与裂裂纹少；可以以在非金属材材料表面沉积积金属层。复合镀：电镀镀或化学镀的的溶液中加入入适量金属或或非金属微粒粒，借助于强强烈的搅拌，，与基质金属属一起均匀沉沉积而获得特特殊性能镀层层的表面强化化方法。应用：对材料料有特殊要求求。原子能工工业和航天航航空工业3、金属碳化物物覆层～气相相沉积法气相沉积技术术是指将含有沉沉积元素的气气相物质，通通过物理或化化学的方法沉沉积在材料表表面形成薄膜膜的一种新型型镀膜技术。。根据沉积过程程的原理不同同，气相沉积积技术可分为为物理气相沉积积(PVD)和化学气相沉积积(CVD)两大类。物理气相沉积TiAl靶①物理气相沉积积（PVD）物理气相沉积积是指在真空条条件下，用物物理的方法，，使材料汽化成成原子、分子子或电离成离离子，并通过过气相过程，，在材料表面面沉积一层薄薄膜的技术。。物理沉积技术术主要包括真空蒸镀、溅溅射镀、离子子镀三种基本方法法。磁控溅射镀膜设备真空蒸镀是蒸发成膜材材料使其汽化化或升华沉积积到工件表面面形成薄膜的的方法。真空蒸镀TiN活塞环真空蒸镀Al膜的塑料制品溅射镀是在真空下通通过辉光放电电来电离氩气气，氩离子在在电场作用下下加速轰击阴阴极，溅射下下来的粒子沉沉积到工件表表面成膜的方方法。溅射镀示意图磁控溅射镀膜机磁控溅射镀Al的塑料制品离子镀是在真空下利利用气体放电电技术，将蒸蒸发的原子部部分电离成离离子，与同时时产生的大量量高能中性粒粒子一起沉积到到工件表面成成膜的方法。。多弧离子镀膜膜机物理气相沉积积具有适用的的基体材料和和膜层材料广广泛；工艺简简单、省材料料、无污染；；获得的膜层层膜基附着力力强、膜层厚厚度均匀、致致密、针孔少少等优点。广泛用于机械械、航空航天天、电子、光光学和轻工业业等领域制备备耐磨、耐蚀蚀、耐热、导导电、绝缘、、光学、磁性性、压电、滑滑润、超导等等薄膜。离子镀产品②化学气相沉积积(CVD)化学气相沉积积是指在一定定温度下，混混合气体与基基体CVD设备表面相互作用用而在基体表表面形成金属属或化合物薄薄膜的方法。。例如，气态的的TiCl4与N2和H2在受热钢的表表面反应生成成TiN，并沉积在钢钢的表面形成成耐磨抗蚀的的沉积层。由于化学气相相沉积膜层具具有良好的耐耐磨性、耐蚀蚀性、耐热性性及电学、光光学等特殊性性能，已被广广泛用于机械械制造、航空空航天、交通通运输、煤化化工等工业领领域。经CVD处理的模具经CVD处理的活塞环4、非金属覆层层根据不同目的的，在金属表表面涂覆各种种非金属覆层层，如氧化膜膜、防锈涂料料、塑料、橡橡胶、陶瓷等等。氧化（发蓝））磷化四、热处理的的工艺性热处理时机的的确定：预备热处理一一般安排在毛毛坯生产之后后，切削加工之前正火和退火：：消除热加工工时毛坯的内内应力、细化晶粒、调调整组织、改改善切削加工工性调质：提高零零件综合性能能，为最终热热处理做组织上的准准备最终热处理（（淬火+回火或化学热热处理）：一般放在半精精加工之后，，磨削加工之之前。热处理工艺对对零件结构的的要求9、静夜四无无邻，荒居居旧业贫。。。12月-2212月-22Wednesday,December28,202210、雨中黄叶叶树，灯下下白头人。。。21:57:1421:57:1421:5712/28/20229:57:14PM11、以我独沈沈久，愧君君相见频。。。12月-2221:57:1421:57Dec-2228-Dec-2212、故人江海海别，几度度隔山川。。。21:57:1421:57:1421:57Wednesday,December28,202213、乍见翻疑梦梦，相悲各问问年。。12月-2212月-2221:57:1421:57:14December28,202214、他乡乡生白白发，，旧国国见青青山。。。28十十二二月20229:57:14下下午21:57:1412月月-2215、比比不不了了得得就就不不比比，，得得不不到到的的就就不不要要。。。。。十二二月月229:57下下午午12月月-2221:57December28,202216、行动出出成果，，工作出出财富。。。2022/12/2821:57:1421:57:1428December202217、做前，，能够环环视四周周；做时时，你只只能或者者最好沿沿着以脚脚为起点点的射线线向前。。。9:57:14下午午9:57下午午21:57:1412月-229、没有有失败败，只只有暂暂时停停止成成功！！。12月月-2212月月-22Wednesday,December28,202210、很多事情情努力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