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1、表面热处理：中低碳钢,定义：仅对钢的表面加热、冷却而不改变其成分的热处理工艺。 原因：在动载荷及摩擦条件下工作的曲轴、齿轮等零件，承受交变应力，需要有好的综合力学性能，要求表面具有高硬度和耐磨性，而心部具有足够的韧性和塑性，要想同时满足两个条件，单纯从选材方面去解决非常困难，因为硬度与韧性是一对矛盾体，若硬度高则必然韧性、塑性低；若满足塑性、韧性，强度就不够。表面热处理仅对表层热处理，提高表层硬度，心部则仍然保持原来的韧性和塑性。,金属的表面处理技术：表面处理技术可以用少量的材料起到大量昂贵整体材料难以起到的作用，在不增加太多成本的前提下是表面得到强化，提高产品的使用寿命与可靠性，改善机械设备
2、的性能、质量。,钢的表面热处理,钢的表面淬火： 定义：采用特定热源将钢铁材料表面快速加热到Ac3（亚共析钢）或Ac1（共析钢或过共析钢）之上，快速冷却，发生马氏体相变，形成表面强化层的工艺，称表面淬火技术。常用的方法：火焰表面淬火和感应表面淬火，激光表面淬火、电子束加热表面淬火、1、火焰表面淬火：火焰加热表面淬火是利用氧乙炔气体（最高可达3000度）或其他可燃气体(如天然气、焦炉煤气最高可达（2100度）、石油气等)以一定比例混合进行燃烧，形成强烈的高温火焰，将零件迅速加热至淬火温度，然后急速冷却(冷却介质最常用的是水，也可以用乳化液)，使表面获得要求的硬度和一定的硬化层深度，而中心保持原有组
3、织的一种表面淬火方法。,表面淬火技术的原理和特点,火焰表面热处理后的组织：表面沿试样横截面分三个区：淬硬区、过渡区、心部 （1）淬硬区：全部马氏体 （2）过渡区：马氏体+自由铁素体 （3）心部：原始组织,表面淬火层的性能：硬度比普通淬火工艺高2-5HRC； 耐磨性比普通淬火好； 提高轴类零件的疲劳强度； 缺口敏感性下降（衡量金属性能的一个指标。表示金属材料由于存在缺口（切口、尖角、沟槽、横孔等截面急剧变化所引起的局部应力集中导致抗拉强度、抗弯强度、冲击韧度或疲劳强度降低的程度；,火焰表面处理适用范围 碳含量在0.35%1.20%的中、高碳钢； 基体相当于中碳钢的普通灰铁、球铁、可锻铸铁、合金铸
4、铁； 中碳钢与球墨铸铁最适合。,中碳钢经预先热处理（正火或调质）后进行表面淬火，不但心部有较高综合力学性能，且表面有较高硬度和耐磨性； 低碳钢表面强化效果不显著。,火焰表面淬火工艺,投资小，比较灵活，但是淬火层不好精确控制，主要靠经验，加热温度不易控制，工件表面易过热，淬火质量不够稳定，适于单件、小批量及大型零件局部表面淬火。,表面感应淬火,定义：采用一定方法使工件表面产生一定频率的感应电流，将零件表面迅速加热，然后迅速淬火冷却的一种热处理操作方法。,适用的钢种,中碳钢和中碳低合金钢，例：45、40Cr、40MnB 先正火或调质心部综合性能好，表面硬（50HRC）,表面感应淬火的原理,原理：将
5、工件放在感应器中，当感应器中通过交变电流时，在感应器周围产生与电流频率相同的交变磁场，贯穿放在感应圈中的金属工件，在工件中相应地产生了感应电动势，电磁感应产生同频率但是方向相反的感应电流即涡流。涡流在工件截面上的分布是不均匀的，心部几乎等于零，而表面电流密度极大，称为“集肤效应”，频率愈高，电流密度极大的表面层愈薄。依靠这种电流和工件本身的电阻，使工件表面迅速加热到淬火温度，而心部温度仍接近室温，然后立即喷水冷却，使工件表面淬硬，从而获得非常细小的针状马氏体组织。,最大尺寸的马氏体片小到光学显微镜无法分辨时，称为隐晶马氏体。,缺点： 设备较贵； 易产生尖角效应尖角棱边过热； 形状复杂零件处理困
6、难。,感应加热表面淬火实物及示意图,高频(200300KHz), =0.52mm 中频(25008000Hz), =25mm 工频(50Hz), =1015mm,碳钢：,钢中电流透入深度的计算简化公式：,式中，f为电流频率。,激光表面热处理,定义：激光快速扫描工件表面，表面薄层急剧升温到相变点以上，激光移开后，高温薄层在基底冷却下，进行自冷淬火，从而产生相变硬化。, 生产率高 变形很小，局部表面 过热度大(50200)，硬度高 无介质、无污染 不接触、光能照到就能淬火 易于自动化,特点：,火车缸套,激光相变硬化应用,轧辊,激光器,数控加工机床,总控制台,激光加工系统设备组成,电子束表面加热淬火
7、,化学表面热处理（1）定义：将钢件置于一定温度的活性介质中保温，使介质中的一种或几种元素原子深渗入工件表面，以改变钢件表层化学成分和组织的热处理工艺。渗碳（针对含碳量0.12-0.25%的钢）、渗氮（针对含碳量0.15-0.45%且含有Cr、Mo、Al的合金钢）、碳氮共渗、渗硼、渗铝等（2）目的：提高耐磨行、耐腐蚀性、抗氧化性及疲劳强等度渗层的组织类型：固溶体、化合物,三个基本过程 介质的分解：形成活性原子； 表面吸收和溶解：形成固溶体或化合物； 原子扩散：形成一定的扩散层。,方法：根据渗入物质的状态分为气体法、液体法、固体法、等离子法 气体法：应用最广 液体法：熔融液体 固体法：粉末、膏剂，
8、例如渗硼 等离子法：低真空中辉光放电产生的高能量离子轰击表面,（1）渗碳：活性碳原子C渗入钢的表层。 （2）目的：增加表面C含量，淬火低温回火，表面硬，心部韧,（3）渗碳方法：气体、固体和液体渗碳,（4）适合的钢种： 低碳钢和低碳合金钢，如20、20Cr、20CrMnTi等,渗碳,气体渗碳炉,（5）工艺：900950，1h,淬硬层 0.5mm； 4h,淬硬层1mm 渗碳层厚度指的是从表面到过渡层的一半处，一般0.52.5mm,（6）热处理： 淬火（一次和二次）低温回火,（7）组织与性能: 表层：高碳回火M碳化物A 心部：低碳回火M或F 性能：表面硬度高，58HRC64HRC；耐磨性好；心部韧性
9、好，硬度较低，疲劳强度高、表面压应力,（3）工艺： 气体渗氮 2NH33H2+2N 200以上,渗氮,（1）氮化： 在一定温度下使活性氮原子N渗入工件表面。,（2）目的： 提高表面硬度、耐磨性、疲劳强度、热硬性和耐蚀性等,（4）特点： 氮化温度低 500600 时间长 2050h，厚度 0.30.5mm催化剂（苯、苯胺、氯化胺等）0.33倍 氮化前钢件须调质处理,性能： 硬度高（1000HV1100HV），很高的耐磨性和热硬性 表面压应力，疲劳强度 温度低，零件变形小 耐蚀性好,氮化用钢： 35CrAlA、38CrMoAlA、38CrWVAlA等（A表示质量等级为高级优质） 主要是氮与钢中的合
10、金元素结合形成各种合金氮化物，特别是氮化铝、氮化铬、氮化钨等。这些氮化物具有很高的硬度、热稳定性、抗腐蚀性，因而可使渗氮后的钢件得到高的表面硬度、耐磨性、疲劳强度、抗咬合性、抗大气和过热蒸汽腐蚀能力、并降低缺口敏感性。,气体渗氮工艺：,碳氮共渗,同时渗入碳氮氰化,（1）工艺（高温气体碳氮共渗工艺） 煤油+氨气 温度：830850，保温12h，0.20.5mm 淬火+低温回火,（2）机械性能 表面含氮M，耐磨性更好 较高的压应力，更高疲劳强度、耐蚀性,作业：总结比较各种表面热处理和化学热处理方法、特点及应用领域的异同。,几种表面热处理和化学热处理的比较,金属材料的表面涂覆,1 电镀：电镀就是利用
11、电解原理在某些金属表面上镀上一薄层其它金属或合金的过程。电镀时，镀层金属做阳极，被氧化成阳离子进入电镀液；待镀的金属制品做阴极，镀层金属的阳离子在金属表面被还原形成镀层。为排除其它阳离子的干扰，且使镀层均匀、牢固，需用含镀层金属阳离子的溶液做电镀液，以保持镀层金属阳离子的浓度不变。电镀的目的是在基材上镀上金属镀层，改变基材表面性质或尺寸.电镀能增强金属的抗腐蚀性(镀层金属多采用耐腐蚀的金属)、增加硬度、防止磨耗、提高导电性、润滑性、耐热性、和表面美观。,以镀锌为例： 阴极主要反应 : Zn2+ 2e- Zn (s) 阳极主要反应 : Zn Zn2+ + 2e- 电镀液：主要分为氰化镀锌（氰化物
12、属于剧毒物质）、锌酸盐镀锌、氯化物镀锌和硫酸盐镀锌,电刷镀,PVD是英文Physical Vapor Deposition（物理气相沉积）的缩写。 具体过程：是指在真空条件下，采用低电压、大电流的电弧放电技术，利用气体放电使靶材蒸发并使被蒸发物质与气体都发生电离，利用电场的加速作用，使被蒸发物质及其反应产物沉积在工件上。,在两根焊丝状的金属材料之间产生电弧，因电弧产生的热使金属焊丝逐渐熔化，熔化部分被压缩空气气流喷向基体表面而形成涂层。 特点：防腐寿命长；与金属基体的结合力高；生产效率高；涂层质量好；可修复性强；普遍适应性好。,它是把金属线以一定的速度送进喷枪里，使端部在高温火焰中熔化，随即用
13、压缩空气把其雾化并吹走，沉积在预处理过的工件表面上,它是把金属线以一定的速度送进喷枪里，,使端,等离子涂技术是采用由直流电驱动的等离子电弧作为热源，将陶瓷、合金、金属等材料加热到熔融或半熔融状态，并以高速喷向经过预处理的工件表面而形成附着牢固的表面层的方法。,等离子体：对于气态物质，温度升至几千度时，由于物质分子的热运动加速，相互间的碰撞就会使气体分子产生电离，这样物质就变成自由运动并相互作用的正离子与电子的混合物，成为等离子体。 金属蒸汽的离子化：金属加热到气态时，让其通过高压电场或者激光束被加热到远远高于蒸汽温度。,粉 末 冶 金材料,粉末冶金成型工艺简介,概 述,粉末冶金成型,1 概 述
14、,一、粉末冶金成型工艺(又称金属陶瓷法),是一门研究制造各种金属材料粉末和以粉末为原料通过成型、烧结和必要的后续处理制取金属材料和制品的科学技术。 （粉末冶金生产工艺与陶瓷生产工艺在形式上类似又称金属陶瓷法。）,二 特 点,1. 具有优异的组织结构和性能 2. 表现出显著的技术经济效益； 3. 能生产许多用其它方法所不能生产的材料和制品（如：许多难熔材料）； 4. 是制造各种机器零件重要而又经济的成型技 术；（能够获得具有最终尺寸和形状的零件，实现了少无切削加工）,1 概 述,粉末冶金成型,二 特 点,5.普通粉末冶金制品的强度比相应锻件或铸件要低（2030）%；（制品内部有孔隙） 6.成型过
15、程中粉末的流动性不如液态金属（对产品的结构形状有限制） 7.制品一般 10kg（因为成型压强高） 8.压模成本高。 9.只是用于成批或大量生产,1 概 述,粉末冶金成型,三、工艺过程,1原料粉末制备； 2粉末物料在专用压模中加压成型，得到一定形状和尺寸的压坯； 3烧结 压坯在低于基体金属熔点的温度下加热，使制品获得最终的物理机械性能。 4. 后处理,1 概 述,粉末冶金成型,四、制品种类,1难熔金属及其合金 2组元彼此不熔合、熔点十分悬殊的烧结合金 3难熔金属及其碳化物的粉末制品（硬质合金） 4金属与陶瓷材料的粉末制品（金属陶瓷） 5含油轴承和摩擦零件以及其它孔性制品,1 概 述,粉末冶金成型
16、,五、应用,板、带、棒、管、丝等各种型材 齿轮、链轮、棘轮、轴套类等各种零件 重量仅百分之几克的小制品 近两吨重大型坯料（用热等静压法）,1 概 述,成批或 大量生产,粉末冶金成型,2 粉末冶金成型工艺简介,粉末冶金成型,烧结后的处理,压制成型,烧 结,粉末冶金成品,粉料制备,粉末冶金成型,一粉料制备（粉末冶金原料）,2 粉末冶金成型工艺简介,粉末冶金原材料（粉末）,制取方法选择：取决于该材料的特殊性能及制取方法的成本,种类,纯金属 非金属 化合物,粉末冶金成型,纯金属 合金 化合物 复合金属粉末,分类,机械法,2 粉末冶金成型工艺简介,1、粉末的制造方法,二者区别,将原材料机械 地粉碎而化学成分 基本上不发生变化 的工艺过程。,
