金属表面处理工艺(PPT31页).pptx

低碳钢渗碳缓冷后的组织
⑤渗碳后的热处理
要使渗碳层发挥应有的作用，渗碳后还须淬火+低温回火 处理, 回火温度为160-180℃。淬火方法有：
现代表面技术
金属表面改性技
T1133-2 陈从胜
表面改性技术及应用
表面改性技术是指采用某种工艺使材料表面获 得与基体材料的组织结构、性能不同的一种技 术。
被广泛的应用在航空航天领域、军事领域、机 械制造领域，和生产生活紧密相连。
作用及内容
使材料表面获得各种特殊性能（如耐磨、耐腐 蚀、耐高温、超导、润滑性等）。
用交变电流在工件表面感 应巨大涡流，使工件表面 迅速加热的方法。
感应加热 表面淬火
示意图
传动轴连续淬 火感应器
z， 淬硬层深度0.5-2mm
感应加热表面淬火齿轮的截面图
中频感应加热 频率为25008000Hz，淬硬 层深度2-10mm 。
中频感应加热表面淬火的机车凸 轮轴
各种感应器
工频感应加热 频率为50Hz,淬硬层深度10-15 mm 近些年又发展了超音频、双频感应加热淬火工艺。 实际上，硬化层深度取决于加热层深度，淬火加热温度、冷却
速度和材料本身的淬透性等。 由于感应电流的“集肤效应”，电流透入工件深度主要与交流
电频率有关，近似公式表示：
机床导 轨
表面淬火齿轮
③表面淬火后的回火 采用低温回火，温度不 高于200℃。 回火目的为降低内应力， 保留淬火高硬度、耐磨性。 ④表面淬火+低温回火后 的组织 表层组织为M回；心部组 织为S回(调质)或F+S(正火)。
回火索氏体 索氏体
⑤表面淬火常用加热方法 ⑴ 感应加热表面处理: 利
掩盖基体材料表面缺陷，延长材料和构建使用 寿命。
节约稀少、珍贵材料，节约能源，改善环境。 促进高新技术的发展。
主要包含表面变形强化、表面热处理、 表面化学热处理以及其他技术。
一、 金属的表面强化工艺
通过机械手段在金属表面产生压缩变形， 使表面形成硬化层，提高金属疲劳强度重 要工艺之一。 既要求表面有较高的硬度和耐磨性，又要 求心部具有足够的韧性，必须采用各种表 面强化工艺。 工艺简单，成本低廉，是提高钢件抗疲劳 能力，延长其使用寿命的重要工艺措施。
1、喷丸
喷丸强化是将大量高速运动的弹丸喷射到零件表面上，使零件表层 和次表层发生一定的塑性变形,形成硬化层并引进残余压应力，从 而实现强化的一种技术。
应用：形状较复杂的零件，广泛应用于弹簧、齿轮、链条、轴、叶 片、火车轮等零部件，可显著的提高抗弯曲疲劳、抗击腐蚀疲劳、 抗应力腐蚀疲劳、抗微动磨损、耐点蚀能力。
三、化学表面热处理
化学热处理是将工件置于特定介质中加热保温， 介质中活性原 子渗入工件表 层从而改变工 件表层化学成 分和组织,进而 改变其性能的 热处理工艺。
与表面淬火相比，化学热处理不仅改变钢的表层组织， 还改变其化学成分。
化学热处理也是获得表硬里韧性能的方法之一。 根据渗入的元素不同，化学热处理可分为渗碳、氮化、
⑶ 真空渗碳法 将工件放入真空渗碳炉中，抽真
空后通入渗碳气体加热渗碳。
优点: 表面质量好, 渗碳速度快。
真空渗碳炉
④渗碳温度：为900-950℃。 渗碳层厚度（由表面到过度层一半处的厚度）：
一般为0.5-2mm。
渗碳层表面含碳量： 以0.85-1. 05为最好。
渗碳缓冷后组织： 表层为P+网状 Fe3CⅡ; 心部为 F+P; 中间为过渡 区。
③渗碳方法 ⑴ 气体渗碳法 将工件放入密封炉内，在900-
950℃时滴入醇、煤油、丙酮， 在高温下分解为CO、CO2、CH4 等渗碳气氛并生成活性碳原子被 工件吸收溶入奥氏体，形成渗碳 层。 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。
在磨削、电镀等工序后进行
2、滚压处理 利用自由旋转的淬火钢滚子对钢件的已加工表面进行滚压，
使之产生塑性变形，压平钢件表面的粗糙凸峰，形成有利 的残余压应力，从而提高工件的耐磨性和抗疲劳能力。 应用：圆柱面、锥面、平面等形状比较简单的零件
一、表面热处理
1、表面淬火 表面淬火是指在不改变钢的化学成分及心部组织情况下
碳氮共渗、渗其他元素等。
可控气氛渗碳 炉
渗碳回火炉
常用的化学热处理： 渗碳、渗氮（俗称氮化）、碳氮共渗（俗称氰 化和软氮化）等。
化学热处理过程包括分解、吸收、扩散三个基 本过程。
①化学热处理的基本过程
⑴介质(渗剂)的分解: 分解的同时 释放出活性原子。
如：渗碳 CH4→2H2+[C] 氮化 2NH3→3H2+2[N]
600 / f
⑵ 火焰加热: 利用乙炔火焰直接加热工 件表面的方法。成本低，但质量不易控 制。
⑶ 激光热处理: 利用高能量密度的激光 对工件表面进行加热的方法。效率高， 质量好。
此外还有接触电阻加热表面淬火、浴炉 加热表面淬火、电解液加热表面淬火等
火焰加热表面淬火
激光表面热处理
火焰加热表面淬火示意图
⑵活性元素的吸收: 活性原子向 固溶体溶解或与钢中某些元素形 成化合物。
⑶活性元素内部扩散。
氮化扩散层
经渗碳的机车从动齿轮
②钢的渗碳
是指向钢的表面渗入碳原子的过程。
⑴渗碳目的
提高工件表面硬度、耐 磨性及疲劳强度，同时 保持心部良好的韧性。
⑵渗碳用钢 为含0.1-0.25%C的低
碳钢。碳高则心部韧性 降低。
，利用快速加热将表层奥氏体化后进行淬火以强化零件 表面的热处理方法。
火焰加热
感应加热
表面淬火目的： ① 使表面具有高的硬度、耐磨性和疲劳极限; ② 心部在保持一定的强度、硬度的条件下，具有足够的塑性和韧
性。即表硬里韧。 适用于承受弯曲、扭转、摩擦和冲击的零件。
轴的感应加热表面淬火
①表面淬火用材料 ⑴ 0.4-0.5%C的中碳钢。 含碳量过低，则表面硬度、耐磨性下降。 含碳量过高，心部韧性下降； ⑵ 铸铁 提高其表面耐磨性。