表面强化技术 PPT
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
表2-1 喷丸对模具寿命的影响
模具名称 电动机定、转 子模 定子单模冲模 一字槽光冲模 活扳手热精压 模 模具材料 喷丸介质d/mm 铸钢丸0.5 玻璃丸0.25~0.35 玻璃丸0.25~0.35 铸钢丸0.5 玻璃丸0.25~0.35 一次刃磨使用寿命/万次 喷丸前 1.2~3.2 52 0.96~1.35 0.175 0.388 喷完后 11.49 70 2.0~2.3 0.263 0.517
表面锤击 表面滚压 内挤压 用小锤（手工或机械）锤击金属表面，使其内部加工硬化 通过滚轮对金属零件表面进行滚压强化 使孔的内表面形成形变强化的工艺措施，效果明显 国内外广泛应用于弹簧、齿轮链条、轴、叶片、火车轮等 新兴起的，设备体积小，应用方便，效率高
喷丸
超声冲击
2018/5/22
2 金属表面形变强化
塑形形变层 （a）弹丸撞击表面
位错 晶界 亚晶界 （b）喷弹丸后组织结构
图2-1 喷丸表面的塑形变形
图2-2 表面滚压示意图
2018/5/22
2 金属表面形变强化
2.2 喷丸强化 2.2.1 喷丸强化的设备
喷丸采用的设备按驱动弹丸的方式可分为机械离心喷丸 机和气动喷丸机两大类。喷丸机又有干喷和湿喷之分。干喷 式工作条件差，湿喷式是将弹丸混合在也太重成悬浮状，然 后喷出弹丸，因此工作条件有所改善。 （1）机械式离心喷丸机 弹丸由高速旋转的叶片和叶轮离 心力加速抛出。喷丸功率小，制造成本高，主要用于喷丸强 度高、品种少、批量大、形状简单、尺寸较大的工件。 （2）气动离心喷丸机 以压缩空气驱动弹丸达到高速后撞 击工件的受喷表面。可通过控制气压来控制喷丸强度，操作 灵活，一台机器可喷多个零件，适用于喷丸强度低、品种多 、批量小、形状复杂、尺寸较小的零部件，但功耗大、生产 效率低。
Cr12 Cr12 60Si2Mn 3CrW8V
2018/5/22
3 表面淬火
3.1 表面淬火的原理及特点
利用快速加热将钢件表面加热到相变温度以上转变为奥氏 体，然后快冷，形成马氏体组织的硬化层，而心部仍保持其 原始组织—珠光体、索氏体，且硬化层与基体之间具有不完 全淬火的过渡层。 适用材料 — 中、高碳钢，普通灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸 铁、合金铸铁。
1 表面强化技术的定义及分类
1.Байду номын сангаас 表面强化技术概述
表面工程是一个既古老又新颖 的学科，人们使用表面工程技 术已有悠久的历史。追溯到几 千年前，我国早在春秋战国时 期就已经开始应用钢的淬火、 铜器热镀锡、鎏金及油漆等古 老技术。但是，表面工程的迅 速发展还是从19世纪工业革命 开始，20世纪80年代成为世界 上10大关键技术，进入20世纪 90年代发展势头出现工程研究 的热潮，几乎涉及了工业的各 个领域，表面工程技术仍是将 是主导21世纪的关键技术之一 。 2018/5/22
热扩渗技术
表面 强化技术
气相沉积技术
等离子体扩渗技术
热喷涂和热喷焊 离子注入和电火花 表面强化
激光表面强化技术
2018/5/22
2 金属表面形变强化
2.1 金属表面形变强化的机理及主要方法
原理：通过机械手段（滚压、喷丸等）在金属表面产生压缩 变形，使表面形成形变硬化层，此形变硬化层深度可达 0.15~1.5mm。在此形变硬化层中产生两种变化： （1）在组织结构上，亚晶粒极大地细化，位错密度增加，晶 格畸变度变大； （2）形成了高的宏观残余应力。 表面形变强化的主要方法
2018/5/22
2 金属表面形变强化
2.2.2 喷丸材料
1 钢丝线切割丸 2
铸钢丸
铸钢丸
常用钢丝直径d=0.4~1.2mm，硬度为45~50 HRC 为最佳，组织最好好回火M或者B。
弹丸尺寸为0.2~1.5mm，退火处理，硬度为 30~57 HRC，易碎，耗量大，但价格便宜 一般来说，黑色金属制件可用铸铁丸、钢铸丸、 铸钢丸的品质与含碳量有关，一般含碳量在 钢丝线切割丸、玻璃丸和陶瓷丸。有色金属如 0.85%~1.2% ，锰含量在0.65%~1.2% 铝合金、镁合金、钛合金和不锈钢则采用不锈 含质量分数为60%的SiO2，硬度46~50HRC， 钢丸、玻璃丸和陶瓷丸。 脆性大，适用于零件硬度低于弹丸的硬度的场 合。 弹丸硬度高，但脆性大，喷丸后可或得较高的 残余压应力。 包括SiO2颗粒和Al2O3颗粒。喷丸时用水混合 SiO2颗粒，利用压缩空气溅射， 2018/5/22
1 表面强化技术的定义及分类
表面强化是经表面欲处理后，通过表面涂覆、表面改 性或表面复合处理，改变固体金属表面或非金属表面 的化学成分、组织结构、形态和应力状态等，以获得 所需要表面性能的系统工程。它是近代技术与经典表 面工艺相结合而繁衍、发展起来的，有着坚实的科学 基础，具有明显的交叉、边缘学科的性质和极强的实 用性。
第13讲 表面强化技术
目
1 2 3
录
表面强化技术的定义及分类 金属表面形变强化 表面淬火 热扩渗技术 等离子体扩渗技术 激光表面强化技术 电子束表面强化技术
2018/5/22
4
5 6 7
目
8 9 10
录
电镀和化学镀 气相沉积技术 热喷涂、堆焊和热喷焊 离子注入和电火花表面强化
11
2018/5/22
丸 的 分 类
3
4 玻璃弹丸
5 陶瓷弹丸
6 液态喷丸介质
2 金属表面形变强化
2.3 表面强化在模具表面强化工艺中的影响
表面形变强化可以使模具表面产生冷作硬化，改善模具表面 的粗糙度，有效去除电火花加工产生的表面变质层，提高模具的 疲劳强度，抗冲击磨损性能，从而达到提高零件使用寿命的目的 。喷丸强化后模具使用寿命的提高见表2-1。
1.2 表面强化技术定义
定义：采用某种工艺手段使零件表面获得与基体材料 的组织结构，性能不同的一种技术。 优点：延长零件的使用寿命，节约稀有、昂贵材料， 促进高新技术发展。
2018/5/22
1 表面强化技术的定义及分类
1.3 表面强化技术分类
金属表面形变强化 电子束表面强化技术
表面淬火
电镀和化学镀
2018/5/22
2 金属表面形变强化
1.叶轮 2.叶轮转向 3.接触叶片前的弹丸
6
机械离心式喷丸机
4.弹丸输送管 5.漏斗
6.压缩空气 7.喷射管 8.90°弯曲喷管 9.弹丸
2018/5/22
2 金属表面形变强化
气动式喷丸机
1.零件 2.阀门 4.管道 5.喷嘴 7.储丸箱 8.排尘管
3.空气过滤器 6.导丸管 9.转换口
模具名称 电动机定、转 子模 定子单模冲模 一字槽光冲模 活扳手热精压 模 模具材料 喷丸介质d/mm 铸钢丸0.5 玻璃丸0.25~0.35 玻璃丸0.25~0.35 铸钢丸0.5 玻璃丸0.25~0.35 一次刃磨使用寿命/万次 喷丸前 1.2~3.2 52 0.96~1.35 0.175 0.388 喷完后 11.49 70 2.0~2.3 0.263 0.517
表面锤击 表面滚压 内挤压 用小锤（手工或机械）锤击金属表面，使其内部加工硬化 通过滚轮对金属零件表面进行滚压强化 使孔的内表面形成形变强化的工艺措施，效果明显 国内外广泛应用于弹簧、齿轮链条、轴、叶片、火车轮等 新兴起的，设备体积小，应用方便，效率高
喷丸
超声冲击
2018/5/22
2 金属表面形变强化
塑形形变层 （a）弹丸撞击表面
位错 晶界 亚晶界 （b）喷弹丸后组织结构
图2-1 喷丸表面的塑形变形
图2-2 表面滚压示意图
2018/5/22
2 金属表面形变强化
2.2 喷丸强化 2.2.1 喷丸强化的设备
喷丸采用的设备按驱动弹丸的方式可分为机械离心喷丸 机和气动喷丸机两大类。喷丸机又有干喷和湿喷之分。干喷 式工作条件差，湿喷式是将弹丸混合在也太重成悬浮状，然 后喷出弹丸，因此工作条件有所改善。 （1）机械式离心喷丸机 弹丸由高速旋转的叶片和叶轮离 心力加速抛出。喷丸功率小，制造成本高，主要用于喷丸强 度高、品种少、批量大、形状简单、尺寸较大的工件。 （2）气动离心喷丸机 以压缩空气驱动弹丸达到高速后撞 击工件的受喷表面。可通过控制气压来控制喷丸强度，操作 灵活，一台机器可喷多个零件，适用于喷丸强度低、品种多 、批量小、形状复杂、尺寸较小的零部件，但功耗大、生产 效率低。
Cr12 Cr12 60Si2Mn 3CrW8V
2018/5/22
3 表面淬火
3.1 表面淬火的原理及特点
利用快速加热将钢件表面加热到相变温度以上转变为奥氏 体，然后快冷，形成马氏体组织的硬化层，而心部仍保持其 原始组织—珠光体、索氏体，且硬化层与基体之间具有不完 全淬火的过渡层。 适用材料 — 中、高碳钢，普通灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸 铁、合金铸铁。
1 表面强化技术的定义及分类
1.Байду номын сангаас 表面强化技术概述
表面工程是一个既古老又新颖 的学科，人们使用表面工程技 术已有悠久的历史。追溯到几 千年前，我国早在春秋战国时 期就已经开始应用钢的淬火、 铜器热镀锡、鎏金及油漆等古 老技术。但是，表面工程的迅 速发展还是从19世纪工业革命 开始，20世纪80年代成为世界 上10大关键技术，进入20世纪 90年代发展势头出现工程研究 的热潮，几乎涉及了工业的各 个领域，表面工程技术仍是将 是主导21世纪的关键技术之一 。 2018/5/22
热扩渗技术
表面 强化技术
气相沉积技术
等离子体扩渗技术
热喷涂和热喷焊 离子注入和电火花 表面强化
激光表面强化技术
2018/5/22
2 金属表面形变强化
2.1 金属表面形变强化的机理及主要方法
原理：通过机械手段（滚压、喷丸等）在金属表面产生压缩 变形，使表面形成形变硬化层，此形变硬化层深度可达 0.15~1.5mm。在此形变硬化层中产生两种变化： （1）在组织结构上，亚晶粒极大地细化，位错密度增加，晶 格畸变度变大； （2）形成了高的宏观残余应力。 表面形变强化的主要方法
2018/5/22
2 金属表面形变强化
2.2.2 喷丸材料
1 钢丝线切割丸 2
铸钢丸
铸钢丸
常用钢丝直径d=0.4~1.2mm，硬度为45~50 HRC 为最佳，组织最好好回火M或者B。
弹丸尺寸为0.2~1.5mm，退火处理，硬度为 30~57 HRC，易碎，耗量大，但价格便宜 一般来说，黑色金属制件可用铸铁丸、钢铸丸、 铸钢丸的品质与含碳量有关，一般含碳量在 钢丝线切割丸、玻璃丸和陶瓷丸。有色金属如 0.85%~1.2% ，锰含量在0.65%~1.2% 铝合金、镁合金、钛合金和不锈钢则采用不锈 含质量分数为60%的SiO2，硬度46~50HRC， 钢丸、玻璃丸和陶瓷丸。 脆性大，适用于零件硬度低于弹丸的硬度的场 合。 弹丸硬度高，但脆性大，喷丸后可或得较高的 残余压应力。 包括SiO2颗粒和Al2O3颗粒。喷丸时用水混合 SiO2颗粒，利用压缩空气溅射， 2018/5/22
1 表面强化技术的定义及分类
表面强化是经表面欲处理后，通过表面涂覆、表面改 性或表面复合处理，改变固体金属表面或非金属表面 的化学成分、组织结构、形态和应力状态等，以获得 所需要表面性能的系统工程。它是近代技术与经典表 面工艺相结合而繁衍、发展起来的，有着坚实的科学 基础，具有明显的交叉、边缘学科的性质和极强的实 用性。
第13讲 表面强化技术
目
1 2 3
录
表面强化技术的定义及分类 金属表面形变强化 表面淬火 热扩渗技术 等离子体扩渗技术 激光表面强化技术 电子束表面强化技术
2018/5/22
4
5 6 7
目
8 9 10
录
电镀和化学镀 气相沉积技术 热喷涂、堆焊和热喷焊 离子注入和电火花表面强化
11
2018/5/22
丸 的 分 类
3
4 玻璃弹丸
5 陶瓷弹丸
6 液态喷丸介质
2 金属表面形变强化
2.3 表面强化在模具表面强化工艺中的影响
表面形变强化可以使模具表面产生冷作硬化，改善模具表面 的粗糙度，有效去除电火花加工产生的表面变质层，提高模具的 疲劳强度，抗冲击磨损性能，从而达到提高零件使用寿命的目的 。喷丸强化后模具使用寿命的提高见表2-1。
1.2 表面强化技术定义
定义：采用某种工艺手段使零件表面获得与基体材料 的组织结构，性能不同的一种技术。 优点：延长零件的使用寿命，节约稀有、昂贵材料， 促进高新技术发展。
2018/5/22
1 表面强化技术的定义及分类
1.3 表面强化技术分类
金属表面形变强化 电子束表面强化技术
表面淬火
电镀和化学镀
2018/5/22
2 金属表面形变强化
1.叶轮 2.叶轮转向 3.接触叶片前的弹丸
6
机械离心式喷丸机
4.弹丸输送管 5.漏斗
6.压缩空气 7.喷射管 8.90°弯曲喷管 9.弹丸
2018/5/22
2 金属表面形变强化
气动式喷丸机
1.零件 2.阀门 4.管道 5.喷嘴 7.储丸箱 8.排尘管
3.空气过滤器 6.导丸管 9.转换口