表面工程与热处理技术概述.ppt
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1983年，前联邦德国调查，摩擦磨损损失287亿马克； 英国 摩擦磨损损失51500英镑/年； 腐蚀：在环境及周围介质作用下，对金属材料及零件的腐蚀。 美国：BATTELLE实验室和国家标准局1978年调查： 1975年腐蚀损失达820亿美元，4.9%（占国民生产总值） ， 1995年腐蚀损失达3000亿美元 我国：1983年调查：400亿元/年
1．淬火
将 钢 加 热 到 AC3( 亚 共 析 钢 ) 或 AC1（过共析钢）以上一定温度， 保温后以大于临界冷却速度的冷速 得到马氏体(或下贝氏体)的热处理 工艺叫淬火。 常用的淬火介质为水 及水基液体。
3.2 热处理
2．回火 回火是将淬火后的钢加热到A1以下温度，保
温一段时间，然后置于空气或水等介质中冷却 的热处理工艺。
第3章
表面工程与热处理技术
3.1表面工程概述 3.2热处理 3.3表面工程技术方法与工艺
3.1 表面工程概述
• 3.1表面工程概述
应用实例1：
汽车轻量化→铝合金→表面耐磨问题 突出→表面耐磨涂层
火箭发动机的尾喷管内壁和燃烧室： 需承受2000～3300℃温度和巨大的热焰流
冲击
3.1 表面工程概述
化学热处理
火焰加热表面淬火 感应加热表面淬火
渗碳 渗氮 渗金属
3.2 热处理
3.2.2钢的热处理
整体热处理： 退火、正火、淬火、回火 表面热处理： 表面淬火、化学热处理
一、退火： 将钢加热到适当温度，保
温后缓慢冷却（随炉冷或砂冷） 的热处理工艺—预备热处理。
3.2 热处理
(1)完全退火：Ac3+（20-30）℃ •目的：重结晶细化晶粒，改善粗 大、不均匀组织；↓硬度→改善 机加性能。
应用实例2：
飞船或者洲际导弹的头部锥体和翼前沿：由于具有几 十倍的音速，并与大气层摩擦，即所谓气动加热，其温 度高达4000～5000℃：
问题：绝大多数的金属和合金不能承受如此高的温度。 解决问题的方法：依靠各种形式的隔热涂层、防火涂层 和烧蚀涂层。
隔热防火涂层是热导率低的氧化物：氧化铝、氧化 锆、氧化钍等。
3.2 热处理
3.2热处理
3.2.1热处理概述
1、热处理概念 热处理是将材料在固态下进行加热、保温
和冷却以获得所学组织与性能工艺。
3.2 热处理
1）定义：热处理过程一般包括加热
、保温、冷却几个阶段。
加热的目的： 获得A体组织 保温的目的： A体成分均匀化 冷却的目的： 获得预期的组织和性能。
3.2 热处理
表面工程技术日益得到重视的主要原因： 1） 社会生产、生活的需要 2） 通过表面处理大幅度提高产品质量 3） 节约贵重材料 4） 实现材料表面复合化，解决单一材料无法解决的问 题 5） 良好的节能、节材效果 6） 促进了新兴工业的发展
★表面工程是多学科交叉，综合，复合系统为特 色，逐步发展的新兴学科，以“表面” “界面”为研究核心 。
•特点：周期长。 •应用：亚共析钢/结构钢预备热 处理。
3.2 热处理
(2)去应力退火： 将钢加热到Ac1以下某一温度保温后， 缓慢冷却的热处理工艺。
•目的：消除铸、锻、焊件和机加工、 冷变形过程中的残余应力。
第一节 钢的热处理
2. 正火
正火是将钢加热到AC3(或Accm )以 上30-50℃，保温适当的时间后，在空气 中冷却的热处理工艺。
3.2 热处理
2、正火： 将钢加热到Ac3（亚共析钢）或
Accm（过共析钢）以上30-50℃， 保温后在空气中冷却，得到P类 （如S）组织的热处理工艺。
•特点： 组织尺寸<退火组织 强度、硬度>退火， 成本<退火。
3.2 热处理
（ 二 ） 淬 火 (quenching) 与 回 火 (tempering)
3.1 表面工程概述
●见图形树
3.1 表面工程概述
2、表面技术的分类
·表面工程按照功能分类如下： 1） 表面装饰：不同光亮、色泽、花纹的组合，使外 观精美、多样化，增加美感与耐用 2）防腐蚀 ：耐环境气氛腐蚀，耐淡水、海水腐蚀，耐 化学介质浸渍腐蚀等。 3） 耐磨：耐腐蚀磨损、微动磨损、磨粒磨损等。 4）热功能：耐热、抗高温氧化、热绝缘、热辐射等。 5）光、电、磁等特种功能：反光、消光、超导、导电、 绝缘、半导体、电磁屏蔽、吸波、红外反射、太阳能吸 收、辐射屏蔽功能等。
3.1 表面工程概述
磨损、腐蚀、塑性变形（材料强度不足或过载使用 ）、断裂（ 韧性断裂、脆性断裂和疲劳断裂三种类型 ）是机械零件、工程 构件的四大主要破坏形式。前二者造成经济损失占很大比重。 磨损：按磨损机理分为磨料磨损、冲蚀磨损、粘着磨损和疲劳 磨损四类。
美国国家材料政策委员会向美国国会提出的一份报告：摩 擦磨损引起的损失1000亿/年；材料损失约为200亿.
烧蚀涂层：有机材料加石英纤维、陶瓷纤维或碳纤 维。
3.1 表面工程概述
1.表面工程的定义与内涵
定义：表面工程是经表面预处理后，通过表 面涂覆金属或非金属，以改善表面性能的系统工 程。
内涵：对产品的表面进行一系列形、色、质、 光等处理，使之更加宜人、更加完美、更能满足 人们多方面的使用要求，是工业设计中必不可少 的重要方面。工业设计中常用的表面处理技术有 涂装、电镀、氧化着色等。
3.1 表面工程概述
腐蚀磨损均是发生于机件表面的材料流失过 程，其他形式的失效过程有许多也是从表面开始 →延缓和控制表面破坏→促进表面工程学的发展 与形成。
表面工程学围绕腐蚀、摩擦与磨损和功能特 性（声，光，磁，电的转换）三大因素，成为80 年代重点发展的7项关键技术之一，形成表面工 程学。
3.1 表面工程概述
(1)低温回火 低温回火温度约为l50-250℃，回火组织为
回火马氏体。 (2)中温回火 中温回火温度一般在250-500℃之间，回火
的组织为回火托氏体。 (3)高温回火 高温回火温度约为500-650Βιβλιοθήκη Baidu，回火组织为
2）、作用：（1）. 改善材料的加工工艺性能。 （2）.提高零件或工具的使用性能
3）、必要条件： （1）. 材料在不同温度具有不同 的晶体结构（同素异晶性） （2）. 固溶体中溶质的溶解度随 温度发生变化，可形成过饱和固 溶体
3.2 热处理
4）、分类：
普通热处理 热处理
表面热处理
退火 正火 淬火 回火 表面淬火
1．淬火
将 钢 加 热 到 AC3( 亚 共 析 钢 ) 或 AC1（过共析钢）以上一定温度， 保温后以大于临界冷却速度的冷速 得到马氏体(或下贝氏体)的热处理 工艺叫淬火。 常用的淬火介质为水 及水基液体。
3.2 热处理
2．回火 回火是将淬火后的钢加热到A1以下温度，保
温一段时间，然后置于空气或水等介质中冷却 的热处理工艺。
第3章
表面工程与热处理技术
3.1表面工程概述 3.2热处理 3.3表面工程技术方法与工艺
3.1 表面工程概述
• 3.1表面工程概述
应用实例1：
汽车轻量化→铝合金→表面耐磨问题 突出→表面耐磨涂层
火箭发动机的尾喷管内壁和燃烧室： 需承受2000～3300℃温度和巨大的热焰流
冲击
3.1 表面工程概述
化学热处理
火焰加热表面淬火 感应加热表面淬火
渗碳 渗氮 渗金属
3.2 热处理
3.2.2钢的热处理
整体热处理： 退火、正火、淬火、回火 表面热处理： 表面淬火、化学热处理
一、退火： 将钢加热到适当温度，保
温后缓慢冷却（随炉冷或砂冷） 的热处理工艺—预备热处理。
3.2 热处理
(1)完全退火：Ac3+（20-30）℃ •目的：重结晶细化晶粒，改善粗 大、不均匀组织；↓硬度→改善 机加性能。
应用实例2：
飞船或者洲际导弹的头部锥体和翼前沿：由于具有几 十倍的音速，并与大气层摩擦，即所谓气动加热，其温 度高达4000～5000℃：
问题：绝大多数的金属和合金不能承受如此高的温度。 解决问题的方法：依靠各种形式的隔热涂层、防火涂层 和烧蚀涂层。
隔热防火涂层是热导率低的氧化物：氧化铝、氧化 锆、氧化钍等。
3.2 热处理
3.2热处理
3.2.1热处理概述
1、热处理概念 热处理是将材料在固态下进行加热、保温
和冷却以获得所学组织与性能工艺。
3.2 热处理
1）定义：热处理过程一般包括加热
、保温、冷却几个阶段。
加热的目的： 获得A体组织 保温的目的： A体成分均匀化 冷却的目的： 获得预期的组织和性能。
3.2 热处理
表面工程技术日益得到重视的主要原因： 1） 社会生产、生活的需要 2） 通过表面处理大幅度提高产品质量 3） 节约贵重材料 4） 实现材料表面复合化，解决单一材料无法解决的问 题 5） 良好的节能、节材效果 6） 促进了新兴工业的发展
★表面工程是多学科交叉，综合，复合系统为特 色，逐步发展的新兴学科，以“表面” “界面”为研究核心 。
•特点：周期长。 •应用：亚共析钢/结构钢预备热 处理。
3.2 热处理
(2)去应力退火： 将钢加热到Ac1以下某一温度保温后， 缓慢冷却的热处理工艺。
•目的：消除铸、锻、焊件和机加工、 冷变形过程中的残余应力。
第一节 钢的热处理
2. 正火
正火是将钢加热到AC3(或Accm )以 上30-50℃，保温适当的时间后，在空气 中冷却的热处理工艺。
3.2 热处理
2、正火： 将钢加热到Ac3（亚共析钢）或
Accm（过共析钢）以上30-50℃， 保温后在空气中冷却，得到P类 （如S）组织的热处理工艺。
•特点： 组织尺寸<退火组织 强度、硬度>退火， 成本<退火。
3.2 热处理
（ 二 ） 淬 火 (quenching) 与 回 火 (tempering)
3.1 表面工程概述
●见图形树
3.1 表面工程概述
2、表面技术的分类
·表面工程按照功能分类如下： 1） 表面装饰：不同光亮、色泽、花纹的组合，使外 观精美、多样化，增加美感与耐用 2）防腐蚀 ：耐环境气氛腐蚀，耐淡水、海水腐蚀，耐 化学介质浸渍腐蚀等。 3） 耐磨：耐腐蚀磨损、微动磨损、磨粒磨损等。 4）热功能：耐热、抗高温氧化、热绝缘、热辐射等。 5）光、电、磁等特种功能：反光、消光、超导、导电、 绝缘、半导体、电磁屏蔽、吸波、红外反射、太阳能吸 收、辐射屏蔽功能等。
3.1 表面工程概述
磨损、腐蚀、塑性变形（材料强度不足或过载使用 ）、断裂（ 韧性断裂、脆性断裂和疲劳断裂三种类型 ）是机械零件、工程 构件的四大主要破坏形式。前二者造成经济损失占很大比重。 磨损：按磨损机理分为磨料磨损、冲蚀磨损、粘着磨损和疲劳 磨损四类。
美国国家材料政策委员会向美国国会提出的一份报告：摩 擦磨损引起的损失1000亿/年；材料损失约为200亿.
烧蚀涂层：有机材料加石英纤维、陶瓷纤维或碳纤 维。
3.1 表面工程概述
1.表面工程的定义与内涵
定义：表面工程是经表面预处理后，通过表 面涂覆金属或非金属，以改善表面性能的系统工 程。
内涵：对产品的表面进行一系列形、色、质、 光等处理，使之更加宜人、更加完美、更能满足 人们多方面的使用要求，是工业设计中必不可少 的重要方面。工业设计中常用的表面处理技术有 涂装、电镀、氧化着色等。
3.1 表面工程概述
腐蚀磨损均是发生于机件表面的材料流失过 程，其他形式的失效过程有许多也是从表面开始 →延缓和控制表面破坏→促进表面工程学的发展 与形成。
表面工程学围绕腐蚀、摩擦与磨损和功能特 性（声，光，磁，电的转换）三大因素，成为80 年代重点发展的7项关键技术之一，形成表面工 程学。
3.1 表面工程概述
(1)低温回火 低温回火温度约为l50-250℃，回火组织为
回火马氏体。 (2)中温回火 中温回火温度一般在250-500℃之间，回火
的组织为回火托氏体。 (3)高温回火 高温回火温度约为500-650Βιβλιοθήκη Baidu，回火组织为
2）、作用：（1）. 改善材料的加工工艺性能。 （2）.提高零件或工具的使用性能
3）、必要条件： （1）. 材料在不同温度具有不同 的晶体结构（同素异晶性） （2）. 固溶体中溶质的溶解度随 温度发生变化，可形成过饱和固 溶体
3.2 热处理
4）、分类：
普通热处理 热处理
表面热处理
退火 正火 淬火 回火 表面淬火