表面强化技术 PPT
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表面形变强化技术
奥赫弗尔特理论
• 奥赫弗尔特认为，喷丸的残余应力的产生 取决于两个方面的机制： • 一方面由于大量弹丸压人产生的切应力造 成了表面塑性延伸； • 另一方面，由于弹丸的冲击产生的表面法 向力引起了赫芝压应力与亚表面应力的结 合。 • 在大多数材料中这两种机制并存。
喷丸产生的残余压应力
• 经喷丸和滚压 后，金属表面产生 的残余压应力的大 小，不但与强化方 法、工艺参数有关， 还与材料的晶体类 型、强度水平以及 材料在单调拉伸时 的硬化率有关。
• 这种表面形貌和表层组织结构产生的变化，有效 地提高了金属表面强度、耐应力腐蚀性能和疲劳 强度。
二、表面形变强化的主要方法及应用
• （一）表面形变强化的 主要方法 • 1．滚压 • 目前，滚压强化用的滚 轮、滚压力大小等尚无 标准。 • 对于圆角、沟槽等可通 过滚压获得表层形变强 化，并能在表面产生约 5mm深的残余压应力， 其分布如图所示。
残余压应力
• 具有高硬化率的面心立方晶体的镍基或铁 基奥氏体热强合金，表面产生的压应力高， 可达材料自身屈服点的2－4倍。
• 材料的硬化率越高，产生的残余压应力越 大。
表面强化方法
有效地提高了金属表面强度、耐应力腐蚀性能和疲劳强度。
• 表面强化方法还可消除切削加工留下的刀痕； • 表面形变强化手段还可能使表面粗糙度略有增 加，但却使切削加工的尖锐刀痕圆滑，因此可减 轻由切削加工留下的尖锐刀痕的不利影响。
喷丸强度
• 当弧高度f达到饱和值，试片表面达到全覆 盖率时，以此弧高度f定义为喷九强度。 • 喷丸强度的表示方法是0.25C或fc=0.25， 字母或脚码代表试片种类，数字表示弧高 度值（单位为mm）。
（2）表面覆盖率试验
• 喷丸强化后表面弹丸坑占有的面积与总面 积的比值称为表面覆盖率。 • 一般认为，喷丸强化零件要求表面覆盖率 达到表面积的100％即全面覆盖时，才能有 效地改善疲劳性能和抗应力腐蚀性能。
第七章 表面形变强化技术
渗碳钢经喷丸后的残余压应力
• 常用的渗碳钢经喷丸后，表层的残留奥 氏体有相当大的一部分将转变成马氏体， 因相变时体积膨胀而产生压应力，从而 使得表层残余应力场向着更大的压应力 方向变化。
• 在相同喷丸压力下： • 大直径弹丸喷丸后的压应力较低，压应 力层较深； • 小直径弹丸喷丸后表面压应力较高，压 应力层较浅，且压应力值随深度下降很 快。 • 对于表面有凹坑、凸台。划痕等缺陷或 表面脱碳的工件，通常选用较大的弹丸， 以获得较深的压应力层，使表面缺陷造 成的应力集中减小到最低程度。
喷丸产生的残余压应力
• 经喷丸和滚压 后，金属表面产生 的残余压应力的大 小，不但与强化方 法、工艺参数有关， 还与材料的晶体类 型、强度水平以及 材料在单调拉伸时 的硬化率有关。
残余压应力
• 具有高硬化率的面心立方晶体的镍基或铁 基奥氏体热强合金，表面产生的压应力高， 可达材料自身屈服点的2－4倍。
喷丸强度
• 当弧高度f达到饱和值，试片表面达到全覆 盖率时，以此弧高度f定义为喷九强度。 • 喷丸强度的表示方法是0.25C或fc=0.25， 字母或脚码代表试片种类，数字表示弧高 度值（单位为mm）。
（2）表面覆盖率试验
• 喷丸强化后表面弹丸坑占有的面积与总面 积的比值称为表面覆盖率。 • 一般认为，喷丸强化零件要求表面覆盖率 达到表面积的100％即全面覆盖时，才能有 效地改善疲劳性能和抗应力腐蚀性能。
（4）玻璃弹丸
• 近十几年发展起来的新型喷丸材料， 已在国防工业和飞机制造业中获得广泛应 用。 • 脆性较大 。
（5）陶瓷弹丸
• 弹丸硬度很高，但脆性较大。喷丸后表层 可获得较高的残余应力。
（6）聚合塑料弹丸
• 是一种新型的喷丸介质，以聚合碳酸酯为 原料，颗粒硬而耐磨，无粉尘，不污染环 境，可连续使用，成本低，而且即使有棱 边的新丸也不会损伤工件表面。
钢的表面强化技术
冲裁模的强化部位
1—凸模
2—凹模
电火花强化
• 强化层的性能决定于基体和电极材料，通常所 用的电极材料有TiC、WC、ZrC、NbC、 Cr3C2、硬质合金等，基体材料包括碳钢、合 金钢、铸铁、铸钢等所有的导电体。 • 电火花表面强化因电极材料的沉积发生有规律 地胀大，除此之外工件没有其它变形，工件心 部的组织与性能也不发生变化，因此十分适用 模具的表面处理。
（二）、电火 花表面强化
电火花表面强 化是利用工具 电极与工件间 在气体中产生 的火花放电作 用，把作为电 极的导电材料 溶渗进工件表 层形成合金化 的表面强化层 或对磨损部位 沉积堆焊（修 复）。
电火化表面强化过程示意图
1—工具电极
2—工件
电火花表面强化的设备
• 直流电以每隔10-3～10-1秒的 周期，在10-6～10-5秒的极短 时间内放电，电极材料与工件 的接触部被加热到8000～ 25000℃，并且在等离子冶金 状态下转移到工件表面及形成 合金（Alloying）和堆积 （Deposition），同时向工 件表面扩散（Diffusion）和 渗透（Penetration）从而高 强度密切结合。
• （1）提高钢表面的硬度、耐磨性、耐蚀性和抗高温氧化性能， 大幅度提高模具的使用寿命。
• （2）提高钢表面抗擦伤能力，提高生产率。 • （3）采用碳素工具钢或低合金钢，经表面涂层或合金化处理 后，可达到或超过高合金化材料甚至硬质合金的性能指标， 不仅可大幅度降低材料成本，而且可以简化零件制造的加工 工艺和热处理工艺，降低生产成本。
电火花强化的应用
• 用YG8作电极，对3Cr2W8V钢制模具进行 电火花强化处理后，在各类酸碱中的耐蚀 性提高4～15倍； • 对Cr12钢制定子双槽模刃口部位经电火花 表面强化后，每次刃磨的平均使用寿命由5 万次提高到20万次
表面强化ppt
材料的表面强化
surface strengthening
组员：安
研究目的
材料的失效,如,疲劳、磨 损、腐蚀、氧化、烧损以 及辐射损伤等,一般都是 从表面开始的,表面的局 部损坏又很快造成整个零 件失效,最终导致设备停 产。
表面强化
改善机械零件和构件表面性能、提高疲劳强度 和耐磨性能，提高耐腐蚀性能的工艺方法，又 叫表面处理。
表面机械处理
原理：通过机械手段在金属表面产生压缩变形，使表面形成形变
硬化层，微观是晶粒间产生位错，晶粒变形或破碎——细晶强化。
方法：喷丸，表面锤击，表面滚压，
内挤压，超声冲击。
应用：1.使模具表面产生冷作硬化
磨损性能，从而提高模具使用寿命。
2. 改善模具表面粗糙度 3.提高模具疲劳强度，抗冲击，
• 表面强化的优势
表面，形成表面合金层的工艺。
种类：渗碳，渗氮，碳氮共渗，渗硼，渗金属
越王勾践剑历经2500年未生锈，且吹可断发，原因是什么？
越王勾践剑的主要成分是铜、锡以 及少量的铝、铁、镍、硫组成的青 铜合金。 通过对菱形花纹的成分、结构等进 行分析测试，剑身菱形花纹处含硫 高，推测采用化学方法——硫化 工艺，硫化铜可以防止锈蚀，以保 持花纹的艳丽，千年不锈。
中国在战国时代已经 开始对钢进行淬火。 利用大豆中分解出来 的 N ,C 元素富化烧红的 铁剑表面,以增强其强度 和韧性。 飞机 在飞行， 停飞 中，遇到空气摩擦升温 到200°C，因而飞机蒙 皮的表面涂上高聚物涂 料使其免受环境介质腐 蚀，减少阻力。
表面热处理
• 表面淬火 • 感应加热热处理
• 渗碳、渗氮 表面化学处理 • 渗金属 • 喷丸 表面机械处理 • 和滚压等
• 根据需要,改善材料的表面性能,会有效地延长使用寿命。 • 节约资源,提高生产力,减少环境污染。 • 最大优势是能制备出优于本体材料性能的 表面功能薄层, 其厚度 一般为几微米到几毫米,却使零件具有了更高的耐面技术正在蓬勃发展,
surface strengthening
组员：安
研究目的
材料的失效,如,疲劳、磨 损、腐蚀、氧化、烧损以 及辐射损伤等,一般都是 从表面开始的,表面的局 部损坏又很快造成整个零 件失效,最终导致设备停 产。
表面强化
改善机械零件和构件表面性能、提高疲劳强度 和耐磨性能，提高耐腐蚀性能的工艺方法，又 叫表面处理。
表面机械处理
原理：通过机械手段在金属表面产生压缩变形，使表面形成形变
硬化层，微观是晶粒间产生位错，晶粒变形或破碎——细晶强化。
方法：喷丸，表面锤击，表面滚压，
内挤压，超声冲击。
应用：1.使模具表面产生冷作硬化
磨损性能，从而提高模具使用寿命。
2. 改善模具表面粗糙度 3.提高模具疲劳强度，抗冲击，
• 表面强化的优势
表面，形成表面合金层的工艺。
种类：渗碳，渗氮，碳氮共渗，渗硼，渗金属
越王勾践剑历经2500年未生锈，且吹可断发，原因是什么？
越王勾践剑的主要成分是铜、锡以 及少量的铝、铁、镍、硫组成的青 铜合金。 通过对菱形花纹的成分、结构等进 行分析测试，剑身菱形花纹处含硫 高，推测采用化学方法——硫化 工艺，硫化铜可以防止锈蚀，以保 持花纹的艳丽，千年不锈。
中国在战国时代已经 开始对钢进行淬火。 利用大豆中分解出来 的 N ,C 元素富化烧红的 铁剑表面,以增强其强度 和韧性。 飞机 在飞行， 停飞 中，遇到空气摩擦升温 到200°C，因而飞机蒙 皮的表面涂上高聚物涂 料使其免受环境介质腐 蚀，减少阻力。
表面热处理
• 表面淬火 • 感应加热热处理
• 渗碳、渗氮 表面化学处理 • 渗金属 • 喷丸 表面机械处理 • 和滚压等
• 根据需要,改善材料的表面性能,会有效地延长使用寿命。 • 节约资源,提高生产力,减少环境污染。 • 最大优势是能制备出优于本体材料性能的 表面功能薄层, 其厚度 一般为几微米到几毫米,却使零件具有了更高的耐面技术正在蓬勃发展,
表面强化技术
2．激光表面处理原理：激光束向金属表面层进行热传递，金 属表层和其所吸引的激光进行光热转换。由于光子能穿过金属 的能力极低，仅能使金属表面的一薄层温度升高，加之金属导 带电子的平均自由时间只有10-3s左右，因此，这种交换和热平 衡的建立是非常迅速的。从理论上分析，在激光加热过程中， 金属表面极薄层的温度在微秒(10-6s)级，甚至纳秒(10-9s)级或皮 秒(10-12s)级内就能达到相变或熔化温度。 3．激光表面处理设备： 4．激光表面处理技术： （1）激光表面强化 （2）激光表面涂敷 （3）激光表面非晶态处理 （4）激光表面合金化 （5）激光气相沉积
二、表面热处理强化 和表面化学热处理强化
1、表面热处理： 定义：通过对零件表层加热，冷却，表层发生相变，从而改 变表层组织和性能而不改变成分的一种技术，它是最基本、应 用最广泛的表面强化技术之一。 原理：当零件表面层快速加热时，零件截面上的温度分布是 不均匀的，表层温度高而且由表及里逐渐降低。当表面的温度 超过相变点以上达到奥氏体状态时，随后的快冷使表面获得马 氏体组织，而零件的心部仍保留原组织状态，表面得到硬化层， 这样就达到强化零件表面的目的。 常用方法：高频和中频感应加热表面淬火，火焰加热表面淬 火，接触电阻加热表面淬火，浴炉(高温盐浴炉)加热表面淬火 等。以上除接触电阻加热表面淬火外，其它均为常规的热处子束表面相变强化 (2)电子束表面重熔 (3)电子束表面合金化 (4)电子束表面非晶态处理 3．电子束表面处理设备
三、电火花强化P68
定义：通过电火花的放电作用把一种导电材料涂敷熔渗 到另一种导电材料的表面，从而改变后者表面的性能。 (如把硬质合金材料涂到用碳素钢制成的各类刀具、量具 及零件表面，可大幅提高其表面硬度(硬度可达70～74HRC)、 增加耐磨性、耐腐蚀性，提高使用寿命1～2倍。) 适用范围：上述各类零件的表面强化和磨损部位的修补。 原理：在电极与工件之间接直流或交流电，振动器使电 极与工件之间的放电间隙频繁发生变化并不断产生火花放 电，经多次放电并相应移动电极的位置，就使电极材料熔 结覆盖在工件表面上，从而形成强化层。
第十章-模具表面强化技术
(4) 渗氮处理后，工件的变形很小，适合精密模具的表面强化。
*
表面化学热处理技术
二、渗氮(氮化)
(一)气体渗氮
表2 部分模具钢的气体渗氮工艺规范
牌号
处理 方法
渗氮工艺规范
渗氮层 深度/mm
表面硬度
阶段
渗氮温度/℃
时间/h
氨分解率/%
30CrMnSiA
一段
—
500±5
25～30
20～30
0.2～0.3
(一)气体渗氮
(1) 经过渗氮后钢表面形成一层极硬的合金氮化物，渗氮层的硬度一般可达到68～72HRC，不需要再经过淬火便具有很高的表面硬度和耐磨层，而且还可以保持到600～650℃而不明显下降。
(2) 渗氮后钢的疲劳极限可提高15%～35%。这是由于渗氮层的体积增大，使工件表面产生了残余压应力。
(3) 渗氮后的钢具有很高的抗腐蚀能力。
>58HRC
Cr12MoV
760～800HV
*
表面化学热处理技术
二、渗氮(氮化)
(二)离子渗氮
离子渗氮有如下特点：
(1) 渗氮速度快，生产周期短。
(2) 渗氮层质量高。
(3) 工件的变形小。
(4) 对材料的适应性强。
氮碳共渗
提高硬度、耐磨性、抗粘附性、抗蚀性、耐热疲劳性
冷挤模、拉深模、挤压模穿孔针
渗硼
具有极好的表面硬度、耐磨性、抗粘附性、抗氧化性、热硬性、良好的抗蚀性
挤压模、拉深模
碳氮硼三元共渗
提高硬度、强度、耐磨性、耐疲劳性、抗蚀性
挤压模、冲头针尖
盐浴覆层 (TD处理)
提高硬度、耐磨性、耐热疲劳性、抗蚀性、抗粘附性、抗氧化性
*
表面化学热处理技术
二、渗氮(氮化)
(一)气体渗氮
表2 部分模具钢的气体渗氮工艺规范
牌号
处理 方法
渗氮工艺规范
渗氮层 深度/mm
表面硬度
阶段
渗氮温度/℃
时间/h
氨分解率/%
30CrMnSiA
一段
—
500±5
25～30
20～30
0.2～0.3
(一)气体渗氮
(1) 经过渗氮后钢表面形成一层极硬的合金氮化物，渗氮层的硬度一般可达到68～72HRC，不需要再经过淬火便具有很高的表面硬度和耐磨层，而且还可以保持到600～650℃而不明显下降。
(2) 渗氮后钢的疲劳极限可提高15%～35%。这是由于渗氮层的体积增大，使工件表面产生了残余压应力。
(3) 渗氮后的钢具有很高的抗腐蚀能力。
>58HRC
Cr12MoV
760～800HV
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表面化学热处理技术
二、渗氮(氮化)
(二)离子渗氮
离子渗氮有如下特点：
(1) 渗氮速度快，生产周期短。
(2) 渗氮层质量高。
(3) 工件的变形小。
(4) 对材料的适应性强。
氮碳共渗
提高硬度、耐磨性、抗粘附性、抗蚀性、耐热疲劳性
冷挤模、拉深模、挤压模穿孔针
渗硼
具有极好的表面硬度、耐磨性、抗粘附性、抗氧化性、热硬性、良好的抗蚀性
挤压模、拉深模
碳氮硼三元共渗
提高硬度、强度、耐磨性、耐疲劳性、抗蚀性
挤压模、冲头针尖
盐浴覆层 (TD处理)
提高硬度、耐磨性、耐热疲劳性、抗蚀性、抗粘附性、抗氧化性
表面强化技术
• 2.机理： 加工硬化机理。即随变形量的增 加，金属强度硬度升高，塑性韧性下降。
• 2.机理： 加工硬化机理。即随变形量的 增加，金属强度硬度升高，塑性韧性下 降。
• 原因：a、位错密度随变形量增加而增加， 从而变形抗力增加；b、随变形量增加， 亚结构细化，亚晶界对位错运动有阻碍； c、随变形量增加，空位密度增加；d、 几何硬化。
件、轴类零件和沟槽类零件等，对形状
复杂的零件表面就无法应用了。
四、孔挤压强化
• 1.定义：利用特定的工模具（棒、衬套、 开合模具等）对工件的孔壁或周边进行 连续、缓慢、均匀的挤压，使其形成一 定厚度的塑性变形层，达到提高表面疲 劳强度和抗应力腐蚀能力的一种表面强 化工艺。
• 2.工艺方法：棒挤压、套挤压、压印模挤 压、旋压挤压。
HRC＝20＋60(2C－1.3C2)
• （4）加热温度的确定
• （5）感应加热淬火设备参数确定
• 包括感应电源、感应圈、喷火装置。
• 感应电源的输出频率主要有高频(100～ 500KHz)、超音频(20～100KHz)、中频 (0.5～10KHz)、和工频(50Hz)。频率是根 据零件的尺寸和硬化层深度确定的。
（4）需很大的设备投入，所以单件小批量生产时 生产成本高。大型的工件淬火，它无法完成。 设备无法移动，因此灵活性相对较差。
• 3、工艺流程和技术要点
预先调质 处理
确定加热温 度与加热方式
根据工件要 求选择功率
制定回火 工艺参数
确定冷却方 式与冷却介质
设计感应 加热器
• （1）前期的预先处理
中高碳钢经过调质处理后，心部可以获得强度和
成本低、应用范围广的零件表面强化技术。它 的强化效果主要表现在延长承受交变负荷的零 件使用寿命。这个效果特别明显，也特别立竿 见影，是其它强化方法难以比拟的。
• 2.机理： 加工硬化机理。即随变形量的 增加，金属强度硬度升高，塑性韧性下 降。
• 原因：a、位错密度随变形量增加而增加， 从而变形抗力增加；b、随变形量增加， 亚结构细化，亚晶界对位错运动有阻碍； c、随变形量增加，空位密度增加；d、 几何硬化。
件、轴类零件和沟槽类零件等，对形状
复杂的零件表面就无法应用了。
四、孔挤压强化
• 1.定义：利用特定的工模具（棒、衬套、 开合模具等）对工件的孔壁或周边进行 连续、缓慢、均匀的挤压，使其形成一 定厚度的塑性变形层，达到提高表面疲 劳强度和抗应力腐蚀能力的一种表面强 化工艺。
• 2.工艺方法：棒挤压、套挤压、压印模挤 压、旋压挤压。
HRC＝20＋60(2C－1.3C2)
• （4）加热温度的确定
• （5）感应加热淬火设备参数确定
• 包括感应电源、感应圈、喷火装置。
• 感应电源的输出频率主要有高频(100～ 500KHz)、超音频(20～100KHz)、中频 (0.5～10KHz)、和工频(50Hz)。频率是根 据零件的尺寸和硬化层深度确定的。
（4）需很大的设备投入，所以单件小批量生产时 生产成本高。大型的工件淬火，它无法完成。 设备无法移动，因此灵活性相对较差。
• 3、工艺流程和技术要点
预先调质 处理
确定加热温 度与加热方式
根据工件要 求选择功率
制定回火 工艺参数
确定冷却方 式与冷却介质
设计感应 加热器
• （1）前期的预先处理
中高碳钢经过调质处理后，心部可以获得强度和
成本低、应用范围广的零件表面强化技术。它 的强化效果主要表现在延长承受交变负荷的零 件使用寿命。这个效果特别明显，也特别立竿 见影，是其它强化方法难以比拟的。
表面处理ppt课件
1-5铬的后处理 镀锌是电镀之后，容易变色，用手碰的时候很容易沾上指纹。特别是空 气湿润时候，容易生成白色斑点。不使用优秀的光泽漆的话，很难做到 表面有光亮的镀金层。为了克服这个问题，开发了一种新的铬处理。 做铬处理，腐蚀性也大大增加，有色彩，表面光亮。
6
最新课件
达克罗表面处理
2-1概要 达克罗表面处理是利用金属锌的粉末，和氧化金属结合的耐蚀性能，极 高的银白色表面处理。铬酸与乙醇水溶液中加上细微的锌薄片混合在一 起，在金属表面涂抹，形成一层薄膜(6 - 10㎛),通过热处理(300℃)获得 它的皮膜层。达克罗处理是，利用粉刷的形式处理皮膜，达克罗原料的 构成是，特殊的锌粉末，金属氧化物，还原剂等。
6.皮膜密度：3.2-4.0 g/㎠
2-3 达克罗处理特点
1.防锈能力强，适合用在中-高，腐蚀性部位。
2.耐热性防锈能力好。
3.不需去氢处理。
4.绿色工程（经整个工程，没有有害物质排除。）
5.什么样的金属他都可以处理。
6.对铝的接触，有着很好的防锈能力。
8
最新课件
磷酸盐皮膜
3-1磷酸盐皮膜性质 磷酸锌与磷酸锰的皮膜是结晶，它们的形状个不同。色彩是磷酸锌是灰 色，磷酸锰是灰黑色。磷酸铁的皮膜是非晶体，表面色彩是由促进剂， 处理之前铁的表面情况来判断她的颜色由金色到紫色，根据条件种类也 不同。皮膜的耐蚀性是一般越薄的话会越弱。特别是磷酸铁的皮膜很 薄，所以耐蚀性很弱。
材及其设备。
特点：操作简单，使用方便、经济实用，同时添加了高效缓蚀剂、抑雾剂，防止金属出现
过腐蚀和氢脆现象、抑制酸雾的产生。特别适用于小型复杂工件。
15
最新课件
脱脂是除去基体表面油污的过程。
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达克罗表面处理
2-1概要 达克罗表面处理是利用金属锌的粉末，和氧化金属结合的耐蚀性能，极 高的银白色表面处理。铬酸与乙醇水溶液中加上细微的锌薄片混合在一 起，在金属表面涂抹，形成一层薄膜(6 - 10㎛),通过热处理(300℃)获得 它的皮膜层。达克罗处理是，利用粉刷的形式处理皮膜，达克罗原料的 构成是，特殊的锌粉末，金属氧化物，还原剂等。
6.皮膜密度：3.2-4.0 g/㎠
2-3 达克罗处理特点
1.防锈能力强，适合用在中-高，腐蚀性部位。
2.耐热性防锈能力好。
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5.什么样的金属他都可以处理。
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3-1磷酸盐皮膜性质 磷酸锌与磷酸锰的皮膜是结晶，它们的形状个不同。色彩是磷酸锌是灰 色，磷酸锰是灰黑色。磷酸铁的皮膜是非晶体，表面色彩是由促进剂， 处理之前铁的表面情况来判断她的颜色由金色到紫色，根据条件种类也 不同。皮膜的耐蚀性是一般越薄的话会越弱。特别是磷酸铁的皮膜很 薄，所以耐蚀性很弱。
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过腐蚀和氢脆现象、抑制酸雾的产生。特别适用于小型复杂工件。
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表面处理第四、五讲表面淬火及表面形变强化
（1） 激光淬火组织 相变硬化区：极细的马氏体； 过渡区：为复杂的多相组织； 基体：原始的基体组织。
图4－7 45钢表面激光淬火 区横截面金相组织
（2） 激光淬硬层的硬度（1）
图4－8 45钢激光淬火区显微 硬度与淬硬层深度的关系
激光淬硬层的硬度（2）
因极快速的加热和冷却，致使激光淬硬层的硬度比常规淬 火高15％～20％。淬硬层的硬度与和钢的淬硬性有关。
超高频冲击淬火 27.12 MHz
(10-30) kW/cm2 (1 ~ 500) ms
(0.05 ~ 0.5) mm 自身冷却
极细针状马氏体 极小
感应加热淬火新技术（2）
2 双频感应加热淬火
对于凹凸不平的工件可采用两种频率交替加热， 较高频率加热时，凸出部位温度较高；较低频率 加热时，低凹部位温度较高。这样可达到均匀硬 化的目的。
2 表面淬火层的性能（1）
（1） 表面硬度：经高频加热淬火的工件其表面硬度比普通 淬火高2～5个HRC。这是由于表面淬火晶粒细化和高的残余 压应力。
表面淬火层的性能（2）
（2） 耐磨性：高频淬火件的耐磨性比普通淬火要高。这是 由于淬硬层中马氏体晶粒极为细小，碳化物高度弥散，淬硬 层硬度和强度都比较高。
1.0 1.75 4.0
* 2.0
空气与燃料 气体体积比
—
9.0 25.0
* —
3 火焰加热淬火方法（1）
为了使工件表面加热均匀,可采取如下方法：
（1） 旋转法：火焰喷嘴 或工件旋转。
适合中小型工件。
火焰加热淬火方法（2） （2） 推进法：工件和火焰喷嘴做相对移动。
适合导轨、大齿轮等工件；
火焰加热淬火方法（3）
4 激光淬火的工艺参数
第四章 钢的热处理及表面强化技术讲解
2．化学镀镍磷
化学镀是指在无外加电流条件下，利用化学方法在金属表面沉积其他金 属或合金的工艺方法。化学镀镍磷合金可提高工件表面的硬度、抗粘着性、 减摩性，从而提高其耐磨性。
2 气相沉积TiN和TiC
气相沉积是指在一定成分的气体中加热至一定温 度，通过化学或物理作用在钢件表面沉积其他金属或 金属化合物的工艺方法。在钢件表面沉积TiN、TiC等 超硬金属化合物，能大大提高其表面的硬度、耐磨性、 耐蚀性和高温抗氧化性。
表 面 热处理
钢加热时的组织转变
钢的预备热处理——退火与正火
钢的最终热处理（一）——淬火与回火 钢的最终热处理（二）——表面热处理 钢的表面强化技术
本 章 要 点
钢的热处理是指将钢在固态下进行 加热、保温和冷却，以获得所需的组织 和性能的工艺方法。通过适当的热处理， 能显著提高钢的力学性能，以满足零件 的使用要求和延长零件的使用寿命；能 改善钢的加工工艺性能（如切削加工性 能、冲压性能等），以提高生产率和加 工质量；还能消除钢在加工（如铸造、 焊接、切削、冷变形等）过程中产生的 残余内应力，以稳定零件的形状和尺寸。
淬火加热后组织 钢种
亚共析钢 Wc≤0.5%
亚共析钢 Wc＞0.5%
淬火温度(℃) Ac3+30～50
Ac3+30～50 Ac1+30～50 Ac1+30～50
残
最终组织 M
M + A残 M + A残 M+Fe3C+A
共析钢 过共析钢
单液淬火 将加热后的零件投入一种冷却剂中冷却至室温。 优点：操作简单，容易实现自动化 缺点：易产生淬火缺陷， 水中淬火易产生变形和 裂纹，油中淬火易产生硬度不足或硬度不均匀等 现象。 应用：碳钢一般用水作冷却介质，合金钢可用油 作冷却介质。
钢的表面强化工艺课件
氧化（发蓝） 磷化
四、热处理的工艺性
热处理时机的确定： 预备热处理一般安排在毛坯生产之后，切
削加工之前 正火和退火：消除热加工时毛坯的内应力、
细化晶粒、调整组织、改善切削加工性 调质：提高零件综合性能，为最终热处理
做组织上的准备
最终热处理（淬火+回火或化学热处理）： 一般放在半精加工之后，磨削加工之前。 热处理工艺对零件结构的要求
•
一致是强有力的，而纷争易于被征服 。。22. 3.2322. 3.23We dnesda y, March 23, 2022
•
勤奋是登上知识高峰的一条捷径，不 怕吃苦 才能在 知识的 海洋里 自由遨 游。。1 7:21:07 17:21:0 717:21 3/23/20 22 5:21:07 PM
CVD设备
由于化学气相沉积膜 层具有良好的耐磨性、
经CVD处理
耐蚀性、耐热性及电 的活塞环 学、光学等特殊性能， 已被广泛用于机械制 造、航空航天、交通 运输、煤化工等工业 领域。
经CVD处理的模具
4、非金属覆层
根据不同目的，在金属表面涂覆各种非金属覆层，如氧化 膜、防锈涂料、塑料、橡胶、陶瓷等。
中碳钢。 常用钢号为38CrMoAl。 ⑵氮化温度为500-570℃ 氮化层厚度不超过0.6-0.7mm。
井式气体氮化炉
⑶常用氮化方法 气体氮化法与离子氮化法。 气体氮化法与气体渗碳法类似，
渗剂为氨。 离子氮化法是在电场作用下，
使电离的氮离子高速冲击作为 阴极的工件。与气体氮化相比， 氮化时间短，氮化层脆性小。
或有机液体(煤油、甲醇等)。 优点: 质量好, 效率高； 缺点: 渗层成分与深度不易控
制
气体渗碳 法示意图
⑵ 固体渗碳法 将工件埋入渗剂中，装箱密封后在高温下加热渗碳。 渗剂为木炭。 优点：操作简单； 缺点：渗速慢，劳动条件差。
四、热处理的工艺性
热处理时机的确定： 预备热处理一般安排在毛坯生产之后，切
削加工之前 正火和退火：消除热加工时毛坯的内应力、
细化晶粒、调整组织、改善切削加工性 调质：提高零件综合性能，为最终热处理
做组织上的准备
最终热处理（淬火+回火或化学热处理）： 一般放在半精加工之后，磨削加工之前。 热处理工艺对零件结构的要求
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一致是强有力的，而纷争易于被征服 。。22. 3.2322. 3.23We dnesda y, March 23, 2022
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勤奋是登上知识高峰的一条捷径，不 怕吃苦 才能在 知识的 海洋里 自由遨 游。。1 7:21:07 17:21:0 717:21 3/23/20 22 5:21:07 PM
CVD设备
由于化学气相沉积膜 层具有良好的耐磨性、
经CVD处理
耐蚀性、耐热性及电 的活塞环 学、光学等特殊性能， 已被广泛用于机械制 造、航空航天、交通 运输、煤化工等工业 领域。
经CVD处理的模具
4、非金属覆层
根据不同目的，在金属表面涂覆各种非金属覆层，如氧化 膜、防锈涂料、塑料、橡胶、陶瓷等。
中碳钢。 常用钢号为38CrMoAl。 ⑵氮化温度为500-570℃ 氮化层厚度不超过0.6-0.7mm。
井式气体氮化炉
⑶常用氮化方法 气体氮化法与离子氮化法。 气体氮化法与气体渗碳法类似，
渗剂为氨。 离子氮化法是在电场作用下，
使电离的氮离子高速冲击作为 阴极的工件。与气体氮化相比， 氮化时间短，氮化层脆性小。
或有机液体(煤油、甲醇等)。 优点: 质量好, 效率高； 缺点: 渗层成分与深度不易控
制
气体渗碳 法示意图
⑵ 固体渗碳法 将工件埋入渗剂中，装箱密封后在高温下加热渗碳。 渗剂为木炭。 优点：操作简单； 缺点：渗速慢，劳动条件差。
材料强度学_表面强化技术
3.3 碳氮共渗
高温碳氮共渗 (氰化): • 共渗层厚度为0.5~1.2 mm, 渗碳多于渗氮 • T=750~800ºC , t = 2~6 hours 低温碳氮共渗 (软氮化): •共渗层厚度为0.05~0.6 mm,渗氮多于渗碳 • T=500~650ºC , t = 2~6 hours
4.表面冶金强化
利用工件表面层金属的重新融化和凝固，以得到预期的成分或组织的 表面强化处理技术称为表面冶金强化。 包括 表面自溶性合金或复合粉末涂层、 表面融化结晶或非晶态处理、 表面合金化等方法。 这些方法的特点是： 采用高能量密度的快速加热，将金属表面层或涂覆于金属表面的合金 化材料熔化，随后靠自己冷却进行凝固以得到特殊结构或 特定性能的 强化层。这种特殊的结构或许是细化的晶体组织，也或许是过饱和相、 亚稳相、甚至是非晶体组织，这取决于表面冶金的工艺参数和方法。 滚动轴承行业 在微型轴承工作表面做过激光加热强化研究，效果良好。
电镀
化学镀
化学气相沉积（CVD）
将含有覆层材料元素的反应介质置于较低温度下汽 化，然后送入高温反应室与工件表面接触，产生高温化 学反应，析出合金或金属及其化合物，沉积于工件表面 形成覆层。 覆层材料可以是氧化物、碳化物、氮化物、硼化物。
获得需要的CVD覆层，反应必须具备如下条件： 能够形成所需的沉积层，反应物应是气态。 反应物质在室温下或不太高的温度下应是气态，且易获得 高纯度。 沉积设备简单，操作方便，成本适宜。
2.表面热处理强化
利用固态相变，通过快速加热的方法对零件的表面层进行淬火处理 称为表面热处理，俗称表面淬火。 包括 火焰加热淬火、 高(中)频感应加热淬火、 激光加热或电子束加热淬火等。 这些方法的特点是： 表面局部加热淬火，工件变形小； 加热速度快，生产效率高； 加热时间短，表面氧化脱碳很轻微。
电火花表面强化技术
的温度，足以使任何金属材料局部 熔化、气化，形成放电凹坑，使熔化了的金 属材料互相粘结、扩散而形成合金或产生新 的化合物。
2
电火花加工的条件
▪ 使工具电极和工件被加工表面之间保持一定的间隙 （几um到几百um）。间隙过大，极间电压不能击 穿极间介质，不会产生电火花；间隙过小，容易形 成短路接触，也不能产生火花放电。必须有工具电 极的自动进给和调节装置
▪ 火花放电必须是瞬时的脉冲放电，放电产生的热量 来不及传导扩散到其余部分，否则像电弧放电那样 会使表面烧伤而无法采用脉冲电源
▪ 火花放电必须在有一定绝缘性能的液体介质中进行 （煤油，去离子水等），液体介质还能把放电过程 产生的金属小屑、炭黑等电蚀产物从放电间隙中悬 浮出来，对电极表面有较好的冷却作用。
▪ 工具电极材料的转移：工具电极的材料接触转移到 工件金属熔融表面，一些金属合金元素（W/Ti/Cr） 迅速扩散在金属的表面层。
5
3
金属电火花表面强化
▪ 通过电火花放电的作用把一种导电材料涂敷 熔渗到另一种导电材料的表面，从而改变后 者的表面物理、化学性能。
▪ 例如把硬质合金等材料涂敷在用碳素钢制成 的各类模具、刀具、量具及机械零件表面， 可以提高其表面硬度（HV1100~1200,相当于 HRC70~72)
4
电火花表面强化的物理化学过程
▪ 超高速淬火：电火花放电使工件表面极小面积的金 属被加热到高温，熔化或部分气化，而放电时间很 短暂，被加热的金属周围有大量的冷金属，冷速很 快。
▪ 渗氮；放电区域内温度很高，空气中的氮分子呈原 子状态，与熔化的金属中的一些元素形成氮化物 （氮化铁、氮化铬等）
▪ 渗碳：石墨电极或周围介质的碳元素，溶解在加热 而熔化的铁中，形成金属碳化物（碳化铁、碳化铬)
2
电火花加工的条件
▪ 使工具电极和工件被加工表面之间保持一定的间隙 （几um到几百um）。间隙过大，极间电压不能击 穿极间介质，不会产生电火花；间隙过小，容易形 成短路接触，也不能产生火花放电。必须有工具电 极的自动进给和调节装置
▪ 火花放电必须是瞬时的脉冲放电，放电产生的热量 来不及传导扩散到其余部分，否则像电弧放电那样 会使表面烧伤而无法采用脉冲电源
▪ 火花放电必须在有一定绝缘性能的液体介质中进行 （煤油，去离子水等），液体介质还能把放电过程 产生的金属小屑、炭黑等电蚀产物从放电间隙中悬 浮出来，对电极表面有较好的冷却作用。
▪ 工具电极材料的转移：工具电极的材料接触转移到 工件金属熔融表面，一些金属合金元素（W/Ti/Cr） 迅速扩散在金属的表面层。
5
3
金属电火花表面强化
▪ 通过电火花放电的作用把一种导电材料涂敷 熔渗到另一种导电材料的表面，从而改变后 者的表面物理、化学性能。
▪ 例如把硬质合金等材料涂敷在用碳素钢制成 的各类模具、刀具、量具及机械零件表面， 可以提高其表面硬度（HV1100~1200,相当于 HRC70~72)
4
电火花表面强化的物理化学过程
▪ 超高速淬火：电火花放电使工件表面极小面积的金 属被加热到高温，熔化或部分气化，而放电时间很 短暂，被加热的金属周围有大量的冷金属，冷速很 快。
▪ 渗氮；放电区域内温度很高，空气中的氮分子呈原 子状态，与熔化的金属中的一些元素形成氮化物 （氮化铁、氮化铬等）
▪ 渗碳：石墨电极或周围介质的碳元素，溶解在加热 而熔化的铁中，形成金属碳化物（碳化铁、碳化铬)
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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
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
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
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
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。
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
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。
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
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
1 表面强化技术的定义及分类
1.1 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
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。
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。
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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
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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
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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
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。
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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
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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
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。
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
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2 金属表面形变强化
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。
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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
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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
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
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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
1 表面强化技术的定义及分类
1.1 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
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。
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
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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。