表面强化技术

1、概述、表面强化技术：在这种情况下，是指通过施加外力或热处理改变材料表面结构，而不添加外来物质，从而提高表面强度、硬度、抗疲劳和抗应力腐蚀能力的技术方法。表面变形强化，表面相变强化，8.1表面变形强化，原理喷丸强化，表面滚压技术孔挤压强化，1。原则1。定义：指在金属材料表面施加外力，使表面薄层发生塑性变形，细化晶粒，从而提高零件疲劳强度和抗应力腐蚀能力的技术手段。机制：加工硬化机制。也就是说，随着变形量的增加，金属的强度和硬度增加，而塑性和韧性下降。机制：加工硬化机制。也就是说，随着变形量的增加，金属的强度和硬度增加，而塑性和韧性下降。原因如下：1 .位错密度随着变形量的增加而增加，因此变形抗力

2、增加；b、随着变形的增加，亚结构细化，亚晶粒边界阻碍位错运动；c、随着变形的增加，空位密度增加；几何硬化。原理：喷丸强化，也称控制喷丸强化，在室温下用高速喷射的微小硬质弹丸撞击工件表面，在再结晶温度下引起表层的弹塑性变形，并呈现较大的残余压应力，从而提高表面的疲劳强度和抗应力腐蚀能力。在对重要焊接件的焊缝和热影响区进行控制喷丸处理后，拉应力可以转变为压应力，从而提高焊缝区域的疲劳强度。汽车钢板弹簧喷丸后的疲劳寿命可延长5倍。例如，在最终喷丸处理之前，合金高强度钢18Cr2Ni4WA的疲劳寿命为1.38105。次数(切削负荷-600 MpA)；喷丸后的疲劳寿命为1.04107(喷丸后的表面压应力

3、为800兆帕)，疲劳寿命提高了74.3倍。综上所述，九喷强化技术是一种使用简单、成本低廉、适用范围广的零件表面强化技术。其强化效果主要表现在延长零件在交变载荷下的使用寿命。这种效果特别明显和立竿见影，是其他加固方法无法比拟的。喷丸强化设备(1)叶轮喷丸强化机(2)气动喷丸强化机(1)叶轮喷丸强化机特点：叶轮喷丸强化机内喷丸流的位置和速度不易改变，常用于形状简单、批量大的工件。(2)气动喷丸机的特点：依靠调节气压来改变喷丸速度，适用于表面形状复杂、批量生产条件小的零件。关键技术是根据零件的材料和形状特征，控制弹丸的流动速度以及零件表面与弹丸流动之间的相对运动。3.喷丸强化喷丸控制喷丸喷丸中使用的

4、喷丸包括铸铁喷丸、铸钢喷丸、不锈钢喷丸、钢丝切割喷丸、玻璃喷丸和陶瓷喷丸。选择喷丸时，不仅要考虑零件的工艺要求，包括喷丸表面的预期变形层深度、最大残余压应力和表面粗糙度，还要考虑喷丸设备的条件和喷丸的消耗。一般来说，钢件选用铸钢或铸铁丸，以获得较深的塑性变形层和较大的残余压应力值，但当要求表面粗糙度较低时，通常采用玻璃丸。玻璃颗粒通常用于不锈钢、铝合金和钛合金。4。控制喷丸对材料表面形貌和性能的影响(1)对材料表面硬度的影响硬度大大提高，硬化层可达1.5毫米(2)对材料表面粗糙度的影响(3)对疲劳寿命和抗应力腐蚀性能的影响可大大提高材料的疲劳寿命和抗应力腐蚀性能。例如，在对纯铁、1Cr18Ni

5、9Ti不锈钢、20钢、45钢和60Si2Mn钢进行喷丸处理后，疲劳强度提高了14G%。这旋转叶片高速旋转，反复撞击零件表面，达到喷丸强化的目的。强化效果极佳。6.喷丸剥离新技术塑料喷丸剥离涂料，为了在飞机等重要大型结构件的表面无损检测中发现疲劳裂纹和硬损伤，第一种表面技术是脱漆。传统的方法是用化学试剂剥离或用砂轮手工研磨，这两种方法都有缺点。塑料喷丸是近年来发展起来的一项新技术。其原理是在压缩空气的作用下，通过喷嘴将颗粒状塑料高速喷射到工件表面，在尖角切割和塑料颗粒撞击撞击的双重作用下，将漆层表面剥离，从而达到高效剥漆的目的。6.喷丸新技术空气火焰超音速表面喷砂、喷丸、空气火焰超音速表面喷砂、

6、喷丸：空气火焰超音速表面预处理技术是利用气体燃料或液体燃料与高压电或高压空气在超音速喷枪的燃烧室中混合、燃烧和膨胀，产生高温高速的火焰流，从而驱使砂子或颗粒以超音速喷射到被处理的零件表面。燃烧火焰速度超过1500米/秒，颗粒速度为300600米/秒，可获得高效优质的表面预处理效果。超音速表面喷丸强化的生产效率是普通喷丸强化的24倍，特别适用于大型结构件的高效喷丸强化。3.表面轧制技术。定义：用滚球或滚轴在一定压力下滚动或挤压被加工零件表面，使其塑性变形并形成强化层的过程。3.特点：表面改性层最大深度超过5毫米。4.用途：仅适用于形状简单的平面零件、轴类零件和槽类零件，但不适用于形状复杂的零件表

7、面。4.孔挤压强化，1。定义：使用特殊工具和模具(杆、衬套、开合模等)的表面强化工艺。)连续、缓慢、均匀地挤压工件的孔壁或周边，形成一定厚度的塑性变形层，以提高表面疲劳强度和抗应力腐蚀能力。2.加工方法：棒材挤压、套筒挤压、模具挤压和旋压挤压。，压模挤压强化，旋压挤压强化，3。特点：孔挤压强化主要针对内孔要求抗疲劳但其他方法不能达到的工件，如飞机上的重要零件。压模挤压适用于大型零件、蒙皮等关键轴承零件的强化；旋压成形适用于起落架等大型零件的内孔强化。外力缓慢而均匀地施加到工件表面。直接结果是材料表面可以获得预压缩应力，提高其抗疲劳和抗应力腐蚀能力。8.2表面相变强化，概述感应加热表面淬火火焰加

8、热表面淬火激光加热表面淬火激光表面熔化技术激光冲击淬火技术，1。概述，1 .定义：对钢铁材料表面进行热处理，使其表面发生结构转变，提高强度、硬度、抗疲劳和高温抗氧化能力。也就是说，我们通常称表面淬火和其他技术方法。目的：使钢获得较高的表面硬度和压应力状态，从而提高其耐磨性和疲劳强度。特别适用于承受弯曲、扭转、摩擦或冲击的零件。3.中碳含量为0.4-0.5的中碳钢。4.表面淬火后的显微组织表面：m中心部分：回火索氏体(淬火和回火处理)或铁素体索氏体(正火)；5.特点：一、加热速度快(感应加热速度可达103 /s，激光加热可达105-109/s)，加热温度高于整个淬火温度；冷却速度快；c、高表面硬

9、度(硬度比普通淬火高hrc24d、需要做好热处理准备；适用于中高碳钢。2.感应加热表面淬火。1.原理：趋肤效应、邻近效应和环形效应基本过程：将工件放入一个有足够功率输出的感应线圈中，在高频交流磁场的作用下，会产生很大的感应电流，由于趋肤效应，感应电流会集中在工件表面，使表面迅速加热到钢的转变点Ac3或Accm以上，然后在冷却介质中迅速冷却，使工件表面获得m2。特点：(1)加热速度范围宽，可达31000转/秒。加热时间短，可在几秒至几十秒内完成，淬火后晶粒更细小，硬度更高。与一般淬火硬度相比，高2-4HRC，具有更高的耐磨性。(2)工艺参数易于调整和控制。因此，工作效率高，可实现机械化作业，特别

10、适合大批量生产。(3)由于加热速度快，表面氧化脱碳少，表面质量高，不变形，可作为最终加工工序。(4)需要大量的设备投资，因此小批量生产单件时生产成本高。大型工件的淬火无法完成。设备不能移动，所以灵活性相对较差。3。工艺流程和技术要点，预淬火和回火，确定加热温度和加热方式，根据工件要求选择功率，设计感应加热器，确定冷却方式和冷却介质，制定回火工艺参数。(1)早期预处理后，型芯可获得最佳的强度和韧性性能匹配，与使用中的表面硬化层相匹配。(2)表面硬度的选择感应加热淬火后套圈的硬度应根据零件的使用性能来确定：a .用于摩擦零件，如曲轴轴颈常用的HRC5562和HRC5664通常用于凸轮轴；b .用于

11、破碎、扭转和剪切的零件应具有较高的硬度，如锻锤、汽车半轴、钢板弹簧等的锤头表面常用的HRC5064。HRC2060(2C1.3C2)，(4)加热温度的确定，(5)感应加热和淬火设备参数的确定，包括感应电源、感应线圈和火焰喷射器。感应电源的主要输出频率为高频(100500千赫)、超音频(20100千赫)、中频(0.51千赫)和工频(50千赫)。频率根据零件的尺寸和硬化层的深度确定。4.感应加热表面淬火的应用(1)齿轮的表面淬火。齿轮通常由淬火和回火钢制成。例如，45和40Cr钢在淬火和回火后进行表面淬火，然后表面组织是硬度为54-58HRC的隐晶回火m，而核心组织是硬度为20-25HRC的回火s

12、。(2)机床导轨的表面淬火。车床导轨采用HT320，原结构为珠光体片状石墨，导轨表面要求耐磨。因此，高频加热表面淬火得到马氏体片状石墨，硬度提高到4852HRC，硬化层深度为1.5 mm。定义：火焰加热表面淬火是用高温火焰快速加热钢表面，然后喷水冷却，在表面获得马氏体组织的工艺方法。2.工艺要点：所用燃料主要是煤气(一氧化碳)或碳氢化合物(如C2H2)，以及天然气和液化石油气；在实际操作中，通过控制火焰与工件的相对位置和移动速度来控制工件的表面温度、加热层深度和加热速度。材料要求：火焰淬火前，工件应进行正火或调质处理，以获得细粒状或片状珠光体或回火索氏体，从而获得综合力学性能。注：由于火焰淬火

13、的加热速度比感应加热慢，工件表面的温度梯度相对平缓，过渡区较宽。4.火焰加热设备火焰加热表面淬火所需的设备主要包括火焰喷枪、储气罐、喷水装置等。5.火焰加热表面淬火的特点与感应加热表面淬火相比，火焰加热设备简单，投资少，运动灵活，能加热较大的难以运动的零件。不需要电源，相对节约能源。因此，主要用于齿轮、轴、滚子、导轨等大型零件的单件小批生产和表面淬火。4.激光加热表面淬火，1。定义：聚焦激光束用来照射工件表面，使其温度迅速上升到相变点以上，然后激光被去除，工件本身的冷却用来达到淬火的目的。2.特点：(1)加热和冷却速度快，加热速度可达105109/s；相应的加热时间为10-310-7秒。冷却速

14、度可达104107/s。扫描速度越快，冷却速度越快。(2)高硬度激光淬火的表面硬度比常规淬火层高1520。铸铁淬火后的耐磨性可提高35倍。(3)对基体的热影响很小，由于加热速度快，硬化层薄(一般为0.30.5毫米)，硬化层的深度可控，所以对基体几乎没有热影响，表面几乎没有氧化和脱碳，可以作为最后的加工工序。(4)工艺灵活，工件的局部可以加热淬火，只要激光能到达的部分可以加热即可。(5)由于加热速度快，可以自冷淬火，工艺简单，表面氧化倾向小。3.从目前的研究和应用情况来看，激光相变硬化的主要材料是钢和铸铁，一些有色金属材料如钛合金、铝合金、铜合金、镁合金和锆合金也可以通过激光相变硬化。激光淬火最适合需要局部表面硬化的零件。目前，它广泛应用于汽车缸套、机床导轨、工具、模具、农业机械、军工产品等。5.其他激光表面处理技术激光表面处理是新激光技术和金属热处理相结合的产物，具有悠久的历史。它向材料表面施加极高的能量，使其发生物理和化学变化，从而显著改变材料的硬度、强度、耐磨性、耐腐蚀性和高温性能。激光表面处理技术主要包括相变硬化、熔化、涂层、合金化、非