钢的表面强化工艺课件
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材料的表面强化技术ppt课件
为深入学习习近平新时代中国特色社 会主义 思想和 党的十 九大精 神,贯彻 全国教 育大会 精神,充 分发挥 中小学 图书室 育人功 能
二、表面淬火 surface quenching
1、感应加热表面淬火
1）基本原理，见图4-36 铜制感应器—电流，工件表层 同步感应电流—涡流，具有集 肤效应，表层迅速加热到淬火 温度，喷水淬硬。
2、渗碳(carburizing)
钢在渗碳介质中，加热、保温，碳原 子渗入工件表层，淬火后，提高表层 硬度、耐磨性。 1）渗碳方法 包括固体渗碳、气体渗碳、真空渗碳、 液体渗碳等。
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2）渗碳用钢、渗碳层的组织及热处理 ①渗碳用钢 低碳、低合金钢（WC=0.1％~0.25％） 渗碳后表层WC=0.8~1.1%
②组织： 工件渗碳后的组织由表面到心部依次为过 共析（P+Fe3CⅡ）、共析（P）、亚共析 （P+F）和原始组织（F+P）。
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包括机械的、物理的、化学的等一 系列表面强化处理方法。
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表面强化技术的分类 Types of surface reinforcing technology
表面冶金强化（堆焊、热喷涂等）； 表面形变强化（喷丸、滚压、挤压等）； 表面热处理强化（表面淬火、化学热处理等）； 表面薄膜强化（电镀、气相沉积等）； 表面非金属化处理（喷塑、粘涂等）； 高能束表面强化（电子、离子束等）。
4表面淬火和表面形变强化技术.pptx
4 表面淬火和表面形变强化技术
教学目的和要求
掌握表面淬火和表面形变强化技术的主要种类，工艺、 组织和性能特点。
重点：感应加热淬火、激光淬火、喷丸强化技术
前言：
表面淬火和表面形变强化技术是不需要外加其它材料，主要依靠材 料自身组织与结构转变来进行表面改性的表面工程技术。 工艺简单、效果显著、应用广泛。
特点： (优点)设备费用低，方法灵活，简便易行，可对大型零件局部实现表面 淬火。 (缺点)生产效率低，淬硬层的均匀性较差，质量控制比较困难。
组织特征： 过渡区较宽。
4.4 激光淬火与电子束淬火技术
一、激光淬火技术的原理与应用
定义：(激光相变硬化) 是利用聚焦后的激光束照射到钢铁材料表面，使其温度迅速升高
(2)激光工艺参数
激光功率、光斑直径、扫描速度
淬火层宽度：光斑直径D
淬硬层深度H： H∝P/(Dv)
P/(Dv)_比能量（J/cm2） P－激光功率，v－扫描速度
(3)表面预处理状态 表面组织准备：较细的表面组织
图片
(淬火态最优，细片状珠光体、回火马氏体或奥氏体次之，球状珠光体较差。)
表面“黑化”处理：磷化法、氧化法、喷刷涂料法
4.1 表面淬火技术的原理与特点
一、表面淬火技术的原理与分类
定义：用特定热源将钢铁材料表面快速加热到Ac3(对亚共析钢)或者 Ac1(对过共析钢)之上(奥氏体化)，然后使其快速冷却并发生马氏体相变， 形成表面强化层的工艺过程。(Fe-Fe3C相图) 种类：感应加热淬火、火焰淬火、激光淬火、电子束淬火等。 适用对象：中碳钢、球墨铸铁（C含量：0.35－1.20wt%）
三、激光冲击淬火技术
定义：
采用功率密度极高的激光束(107W/cm2以上)在极短时间内(低于1ms)作用 于金属表面，使金属表面发生局部剧烈蒸发，产生高达105atm的压力，该 压力使金属表面发生强烈的塑性变形，形成高密度的位错、孪晶，使材料 表面强度与硬度显著提高。
教学目的和要求
掌握表面淬火和表面形变强化技术的主要种类，工艺、 组织和性能特点。
重点：感应加热淬火、激光淬火、喷丸强化技术
前言：
表面淬火和表面形变强化技术是不需要外加其它材料，主要依靠材 料自身组织与结构转变来进行表面改性的表面工程技术。 工艺简单、效果显著、应用广泛。
特点： (优点)设备费用低，方法灵活，简便易行，可对大型零件局部实现表面 淬火。 (缺点)生产效率低，淬硬层的均匀性较差，质量控制比较困难。
组织特征： 过渡区较宽。
4.4 激光淬火与电子束淬火技术
一、激光淬火技术的原理与应用
定义：(激光相变硬化) 是利用聚焦后的激光束照射到钢铁材料表面，使其温度迅速升高
(2)激光工艺参数
激光功率、光斑直径、扫描速度
淬火层宽度：光斑直径D
淬硬层深度H： H∝P/(Dv)
P/(Dv)_比能量（J/cm2） P－激光功率，v－扫描速度
(3)表面预处理状态 表面组织准备：较细的表面组织
图片
(淬火态最优，细片状珠光体、回火马氏体或奥氏体次之，球状珠光体较差。)
表面“黑化”处理：磷化法、氧化法、喷刷涂料法
4.1 表面淬火技术的原理与特点
一、表面淬火技术的原理与分类
定义：用特定热源将钢铁材料表面快速加热到Ac3(对亚共析钢)或者 Ac1(对过共析钢)之上(奥氏体化)，然后使其快速冷却并发生马氏体相变， 形成表面强化层的工艺过程。(Fe-Fe3C相图) 种类：感应加热淬火、火焰淬火、激光淬火、电子束淬火等。 适用对象：中碳钢、球墨铸铁（C含量：0.35－1.20wt%）
三、激光冲击淬火技术
定义：
采用功率密度极高的激光束(107W/cm2以上)在极短时间内(低于1ms)作用 于金属表面，使金属表面发生局部剧烈蒸发，产生高达105atm的压力，该 压力使金属表面发生强烈的塑性变形，形成高密度的位错、孪晶，使材料 表面强度与硬度显著提高。
表面强化技术分析课件.ppt
▪ 5、火焰加热表面淬火工艺的特点 ▪ 与感应加热表面淬火相比，火焰加热设备简单，
投入小，移动灵活，可以对大型难以移动零部 件进行加热。无需电源，相对节约能源。
▪ 但是，它也有固有的不足之处即：火焰加热速
度低所以生产效率低，淬硬层厚，表面晶粒不 够细化，氧化脱碳现象比较明显，淬硬层的均 匀性远不如感应加热淬火，质量控制存在困难。 又因它的火焰喷头结构要比感应圈复杂，尺寸 不可能做的过小，形状不能过于复杂。因此主 要用于单件、小批量生产及大型零件如齿轮、 轴、轧辊、导轨等的表面淬火。
（1）加热速度范围宽，可在3～1000℃/s。加热时 间短，一般几秒至几十秒就可以完成加热，因 此晶粒更细，淬火后硬度更高。比一般淬火硬 度高出2-4HRC，耐磨性较高。
（2）工艺参数容易调节和控制。因而工效很高， 可以实现机械化作业，特别适合大批量生产。
（3）因为加热速度快，表面氧化脱碳少，表面质 量高，无变形，可作为最终加工工序。
四、激光加热表面淬火
• 1.定义：利用聚焦 后的激光束照射到 工件表面，使其温 度迅速上升到相变 点以上然后移开激 光，利用工件自身 的冷却达到淬火目 的。
• 2.特点：
（1）加热和冷却速度快 加热速度可以达到105～ 109℃/s；相应的加热时间为10-3～10-7s；冷却速 度可达104～107℃/s。扫描速度越快，冷却速度 越快。
三、火焰加热表面淬火
• 1.定义：火焰加热表面淬火就是用高温火 焰迅速加热钢铁表面，然后喷水冷却， 使表面获得马氏体组织的工艺方法。
• 2.工艺要点：使用的燃料主要是煤气(CO) 或碳氢化合物（比如C2H2），还有天然 气、液化石油气等；实际操作中，通过 控制火焰与工件相对位置及两者相对移 动速度来控制工件的表面温度、加热层 深度、加热速度等。
表面强化技术 PPT
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
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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
目
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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
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,
表面改性技术ppt课件
精品课件
图 感应加热表面淬火示意
18
二、 表面热处理强化
（二）火焰加热表面淬火
火焰加热表面淬火是应用氧－乙炔或其他可燃气体对零件表面加热，
随后淬火冷却的工艺。
优点：与感应加热表面淬火等方法相比，具有设备简单，操作灵活，适
用钢种广泛，零件表面清洁、一般无氧化和脱碳、形变小等优点。
缺点：加热温度不易控制，噪音大，劳动条件差，使用混合气体不够安
精品课件
22
三、 金属表面化学热处理
根据渗入元素的不同，化学热处理可分以下几类：
(1)渗碳、渗氮、碳氮共渗。可提高材料表面获得高的
硬度、耐磨性、耐侵蚀磨损性、接触疲劳强度和弯曲 疲劳强度，而心部具有一定强度、塑性、韧性的性能。
(2)渗硼。提高金属表面的硬度、耐磨性和耐蚀性。可
用于钢铁材料、金属陶瓷和某些有色金属材料，如钽 和镍基合金。这种方法成本较高。
在真空中采用连续气相沉积激光技术, 在软的基材表 面获得硬度达2000~4500HV的非晶BN薄层。
精品课件
36
五、 离子注入表面改性
离子注入：将所需的某种元素的原子电离成离 子，在电场中加速后高速轰击工件表面使之注入工 件表面一定深度的真空处理工艺，也属于PVD范围。
（一）离子注入的原理
1、入射离子工件材料与发生相互作用
精品课件
6
一、 金属表面形变强化
精品课件
7
一、 金属表面形变强化
2、表面形变强化原理
在形变硬化层中产生两种变化：
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 增大
形成了高的宏观残余压应力
结果：反抗外力的能力增强，表面 强度、耐应力腐蚀性能和疲劳强 度提高。
图 感应加热表面淬火示意
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二、 表面热处理强化
（二）火焰加热表面淬火
火焰加热表面淬火是应用氧－乙炔或其他可燃气体对零件表面加热，
随后淬火冷却的工艺。
优点：与感应加热表面淬火等方法相比，具有设备简单，操作灵活，适
用钢种广泛，零件表面清洁、一般无氧化和脱碳、形变小等优点。
缺点：加热温度不易控制，噪音大，劳动条件差，使用混合气体不够安
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三、 金属表面化学热处理
根据渗入元素的不同，化学热处理可分以下几类：
(1)渗碳、渗氮、碳氮共渗。可提高材料表面获得高的
硬度、耐磨性、耐侵蚀磨损性、接触疲劳强度和弯曲 疲劳强度，而心部具有一定强度、塑性、韧性的性能。
(2)渗硼。提高金属表面的硬度、耐磨性和耐蚀性。可
用于钢铁材料、金属陶瓷和某些有色金属材料，如钽 和镍基合金。这种方法成本较高。
在真空中采用连续气相沉积激光技术, 在软的基材表 面获得硬度达2000~4500HV的非晶BN薄层。
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五、 离子注入表面改性
离子注入：将所需的某种元素的原子电离成离 子，在电场中加速后高速轰击工件表面使之注入工 件表面一定深度的真空处理工艺，也属于PVD范围。
（一）离子注入的原理
1、入射离子工件材料与发生相互作用
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6
一、 金属表面形变强化
精品课件
7
一、 金属表面形变强化
2、表面形变强化原理
在形变硬化层中产生两种变化：
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 增大
形成了高的宏观残余压应力
结果：反抗外力的能力增强，表面 强度、耐应力腐蚀性能和疲劳强 度提高。
材料的表面强化PPT课件
流集中的表面层愈薄，这种现象称为集肤效应。
.
5
感应加热表面淬火操作示意图
.
6
2. 感应加热表面淬火
（3）感应加热的分类、工作电流频率及应用 如表4-9所示。
表4-9 感应加热种类、工作电流频率及应用范围
.
7
回顾：奥氏体晶粒大小及其控制
奥氏体晶粒度 的控制：
快速加热法。
它可以使AC1、 AC3相变点升高，转变 温度范围扩大，但转 变所需时间缩短。
加热然后快速冷却的一种热处理工艺操作。
（2）基本原理：
δ= 500 ~ 60。0 式中:δ——感应电流透
f
入深度，mm; f——电流频率，HZ 。
“电磁感应”: 把工件放入由空心铜管绕成的感应器线圈中， 感应器中通入一定频率的交流电以产生交变磁场，于是工件 内就会产生频率相同、方向相反的感生电流。 “集肤效应”:这种感生电流在工件中的分布是不均匀的，主 要集中在表面层。愈靠近表面、电流密度愈大;频率愈高，电
般渗氮层深度为0.4～0.6mm，其渗氮时间约需40～70h，故气体渗氮的 生产周期很长。
渗氮层深度一般不超过0.6～0.7mm。
钢件渗氮前需进行调质处理，以保证渗氮件心部具有较高强度和
韧性。
.
25
（3）渗氮层组织
化合物白亮层 浸蚀较深色的α＋γ’
心部S回
38CrMoAl钢的渗氮层显微组织图
.
26
ii渗氮层质量高。因离子渗氮的阴极溅射有抑制生成脆性层的作用，故可 明显提高渗氮层的韧性和疲劳极限。
iii钢件变形小。阴极溅射效应使钢件尺寸略有减少，可抵消氮化物形成而 引起的尺寸增大。故适用于处理精密零件和复杂零件。
iv对材料的适应性强。渗氮用钢、碳钢、合金钢和铸铁等都可进行离子渗 氮。
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。
钢的表面强化技术 ppt课件
• 激光表面热处理可提高模具表面硬度、耐磨性、 热稳定性、抗疲劳性和临界断裂韧性等力学性 能，是提高模具寿命的有效途径之一。
ppt课件
17
应用示例
• 例如GCr15钢制轴承保持架冲孔用的冲孔 凹模，经常规处理后的使用寿命为1.12万 次，经激光硬化处理后的寿命达2.8万次
• GCr15钢制挤压孔边用的压坡模，经激光 硬化处理后可连续冲压6000件，常规处理 后的最高使用寿命为3000件。
Cr12钢制洗衣机电机定、转子落料冲裁模，经 淬火、回火后，一次刃磨的使用寿命为1.2～ 3.2万次，经喷丸强化后，一次刃磨的使用寿 命为11.49万次，提高倍数为3.5～9.5。
ppt课件
6
（二）、电火 花表面强化
ppt课件
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）。
光熔覆法是利用激 光束在工件表面熔 覆一层硬度高、耐 磨、耐蚀和抗疲劳 好的材料，以提高 工件折表面性能
ppt课件
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ppt课件
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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
ppt课件
12
（三）、激光表面处理技术
激光表面淬火
激光表面热处理
强度密切结合。
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冲裁模的强化部位
1—凸模
2—凹模
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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。
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应用示例
• 例如GCr15钢制轴承保持架冲孔用的冲孔 凹模，经常规处理后的使用寿命为1.12万 次，经激光硬化处理后的寿命达2.8万次
• GCr15钢制挤压孔边用的压坡模，经激光 硬化处理后可连续冲压6000件，常规处理 后的最高使用寿命为3000件。
Cr12钢制洗衣机电机定、转子落料冲裁模，经 淬火、回火后，一次刃磨的使用寿命为1.2～ 3.2万次，经喷丸强化后，一次刃磨的使用寿 命为11.49万次，提高倍数为3.5～9.5。
ppt课件
6
（二）、电火 花表面强化
ppt课件
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）。
光熔覆法是利用激 光束在工件表面熔 覆一层硬度高、耐 磨、耐蚀和抗疲劳 好的材料，以提高 工件折表面性能
ppt课件
20
ppt课件
11
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
ppt课件
12
（三）、激光表面处理技术
激光表面淬火
激光表面热处理
强度密切结合。
ppt课件
9
冲裁模的强化部位
1—凸模
2—凹模
ppt课件
10
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。
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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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。
《模具表面强化技术》课件
适用于各种材料的模具表面强 化。
具有高精度和灵活性，可实现 局部强化，但设备成本和维护 成本较高。
化学表面强化技术
总结词
详细描述
适用范围
技术特点
通过化学反应改变表面成分 和结构，提高表面硬度和耐
磨性。
化学表面强化技术包括化学 气相沉积、物理气相沉积等 ，这些方法通过在模具表面 形成一层与基体结合牢固的 硬化层，从而提高表面硬度
总结词
适用范围
涂层与基体结合强度高，能够有效保护模具表面不受 磨损和腐蚀，但涂层制备工艺复杂，成本较高。
技术特点
适用于各种材料的模具表面强化。
物理表面强化技术
总结词
详细描述
适用范围
技术特点
通过物理方法改变表面形态和 结构，提高表面硬度和耐磨性 。
物理表面强化技术包括激光束 、电子束、离子注入等，这些 方法通过改变表面形态和结构 ，使表面形成硬化层或引入合 金元素，从而提高表面硬度和 耐磨性。
表面强化技术通常需要特定的设备和工艺条件，增加了实施的难度和 成本。
对原始模具表面的要求
某些表面强化技术要求原始模具表面必须达到一定的质量标准，否则 可能会影响强化效果。
可能改变模具材料性能
表面强化技术可能会改变模具材料的原有性能，需要充分了解和掌握 相关技术细节。
短期的强化效果与长期稳定性之间的平衡
寿命。
降低生产成本
通过减少模具维修和更换的频 率，表面强化技术可以帮助企 业降低生产成本。
提高产品质量
强化后的模具表面具有更好的 光洁度和尺寸稳定性，能够有 效提高产品的质量和一致性。
适用于各种模具材料
表面强化技术适用于各种模具 材料，如钢、硬质合金、陶瓷
《钢的表面热处理》课件
无害化处理技术
开发无害化的冷却介质、清洗剂等，减少对环境的污染和危 害。
THANKS
感谢观看
结构
槽体、加热系统、冷却系 统等。
特点
冷却均匀、冷却速度快、 减少变形等。
其他辅助设备
清洗设备
用于清洗工件表面的油污和杂质。
回火炉
用于对淬火后的工件进行回火处理，以稳定组织 结构和提高韧性。
检测设备
用于检测工件表面硬度和淬火质量，如硬度计、 金相显微镜等。
05
钢的表面热处理质量检测与控制
硬度检测
航空航天工业
在航空航天工业中，许多高强度和 高耐久性的零部件需要进行表面热 处理，以提高其疲劳强度和耐高温 性能。
02
钢的表面热处理原理
热处理的基本原理
热处理是通过加热、保温和冷却的方式改变金属材料的内部组织结构，从而改善其 力学性能和物理性能的过程。
热处理的基本原理包括相变、组织转变和扩散等。
综上所述，火焰淬火、激光淬 火和感应淬火三种表面热处理 工艺各有优缺点，应根据具体 的应用场景和工件要求选择合 适的工艺。
04
钢的表面热处理设备
热处理炉
种类
箱式炉、台车炉、转炉、连续炉等。
结构
炉体、加热元件、控制系统等。
特点
加热均匀、温度控制精度高、节能环保等。
淬火冷却设备
种类
淬火油槽、淬火水槽、淬 火液喷淋装置等。
智能化热处理
智能控制技术
利用计算机技术、传感器技术和自动控制技术，实现热处理过程的智能化控制 ，提高热处理质量和效率。
热处理数据库
建立和完善热处理数据库，实现热处理数据的实时采集、存储和分析，为智能 化热处理提供数据支持。
开发无害化的冷却介质、清洗剂等，减少对环境的污染和危 害。
THANKS
感谢观看
结构
槽体、加热系统、冷却系 统等。
特点
冷却均匀、冷却速度快、 减少变形等。
其他辅助设备
清洗设备
用于清洗工件表面的油污和杂质。
回火炉
用于对淬火后的工件进行回火处理，以稳定组织 结构和提高韧性。
检测设备
用于检测工件表面硬度和淬火质量，如硬度计、 金相显微镜等。
05
钢的表面热处理质量检测与控制
硬度检测
航空航天工业
在航空航天工业中，许多高强度和 高耐久性的零部件需要进行表面热 处理，以提高其疲劳强度和耐高温 性能。
02
钢的表面热处理原理
热处理的基本原理
热处理是通过加热、保温和冷却的方式改变金属材料的内部组织结构，从而改善其 力学性能和物理性能的过程。
热处理的基本原理包括相变、组织转变和扩散等。
综上所述，火焰淬火、激光淬 火和感应淬火三种表面热处理 工艺各有优缺点，应根据具体 的应用场景和工件要求选择合 适的工艺。
04
钢的表面热处理设备
热处理炉
种类
箱式炉、台车炉、转炉、连续炉等。
结构
炉体、加热元件、控制系统等。
特点
加热均匀、温度控制精度高、节能环保等。
淬火冷却设备
种类
淬火油槽、淬火水槽、淬 火液喷淋装置等。
智能化热处理
智能控制技术
利用计算机技术、传感器技术和自动控制技术，实现热处理过程的智能化控制 ，提高热处理质量和效率。
热处理数据库
建立和完善热处理数据库，实现热处理数据的实时采集、存储和分析，为智能 化热处理提供数据支持。
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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。
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。
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。
⑤渗碳后的热处理 淬火+低温回火, 回火温度为160-180℃。淬火方法有： ⑴ 预冷淬火法 渗碳后预冷到略高于Ar1温度直接淬火。
渗碳后的热处理示意图
⑵一次淬火法：即渗碳缓冷后重新加热淬火。 ⑶ 二次淬火法： 即渗碳缓冷后第一次加热为心部Ac3+30-50℃，细化心部；
第二次加热为Ac1+30-50℃，细化表层。
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。
低碳钢渗碳缓冷后的组织
目的：提高钢件的耐磨性、耐蚀性、耐热性或进行 表面装饰。
1、金属喷涂技术
将金属粉末加热至熔化或半熔化状态，用高压气流使其雾 化并喷射于工件表面形成涂层的工艺称为热喷涂。
利用热喷涂技术可改善材料 的耐磨性、耐蚀性、耐热性 及绝缘性等。
广泛用于包括航空航天、原 子能、电子等尖端技术在内 的几乎所有领域。
等离子热喷涂
2、金属镀层 在基体材料的表面覆上一层或多层金属镀层，可以显著改
善其耐磨性、耐蚀性和耐热性，或获得其他特殊性能。 电镀：工件作为阴极 化学镀：不外加电源的条件下，利用化学还原的方法在基
体材料表面催化膜上沉积一层金属的表面强化方法。
特点：形状工件复杂上也能得到均匀厚度镀层；镀层晶粒细小致密， 孔隙与裂纹少；可以在非金属材料表面沉积金属层。
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
一、表面热处理
2、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，使 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。
广泛用于机械、航空航天、电子、光学和轻工业等领域制备 耐磨、耐蚀、耐热、导电、绝缘、光学、磁性、压电、滑润、 超导等薄膜。
离子镀产品
②化学气相沉积(CVD) 化学气相沉积是指在一定温度下，混合气体与基体
表面相互作用而在基体 表面形成金属或化合物 薄膜的方法。
例如，气态的TiCl4与N2 和H2在受热钢的表面反 应生成TiN，并沉积在 钢的表面形成耐磨抗蚀 的沉积层。
•
可怕的不是失败，而是自甘堕落。。0 8:24:49 08:24:4 908:24 Monda y, August 10, 2020
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既然我已经踏上这条道路，那么，任 何东西 都不应 妨碍我 沿着这 条路走 下去。 。20.8.1 020.8.1 008:24: 4908:2 4:49August 10, 2020
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、多元
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。
渗硫、渗硼、渗铝、渗钒、渗铬等。发兰、磷 化可以归为表面处理，不属于化学热处理。
要件，后者用于要求不高的普 通件。 ⑵目的: 为表面淬火作组织准备； 获得最终心部组织。
回火索氏体 索氏体
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)。
仪表的小轴、轻载齿轮及重要的曲轴等。
缝纫机用氮化件
经氮化的机车曲轴
滲氮与滲碳相比：
滲氮层硬度和耐磨性高于滲碳层，硬度可达69~72HRC， 且在600～650℃高温下仍能保持较高硬度；
滲氮层具有很高的抗疲劳性和耐蚀性；
滲氮后不需再进行热处理，可避免热处理带来的变形和其 他缺陷；
滲氮温度较低。
只适用于中碳合金钢，需要较长的工艺时间才能达到要求 的滲氮层。
复合镀：电镀或化学镀的溶液中加入适量金属或非金属微 粒，借助于强烈的搅拌，与基质金属一起均匀沉积而获得 特殊性能镀层的表面强化方法。
应用：对材料有特殊要求。原子能工业和航天航空工业
3、金属碳化物覆层～气相沉积法
气相沉积技术是指将含有沉积元素的气相物质，通过物理
或化学的方法沉积在材料表面形成薄膜的一种新型镀膜技
离子氮化炉
氮化层组织
⑷氮化的特点及应用 氮化件表面硬度高（69~72HRC），耐磨性高。 疲劳强度高。由于表面存在压应力。
38CrMoAl氮化层硬度
⑶工件变形小。原因是氮化温度低，氮化后不需进行热处理。 ⑷ 耐蚀性好。因为表层形成的氮化物化学稳定性高。 氮化的缺点：工艺复杂，成本高，氮化层薄。 用于耐磨性、精度要求高的零件及耐热、耐磨及耐蚀件。如
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
三、表面覆层强化
表面覆层强化是通过物理或化学的方法在金属表面 涂覆一层或多层其他金属或非金属的表面强化工艺。
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
感应穿透加热
各种感应器
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。
溅射镀示意图
磁控溅射镀膜机
磁控溅射镀Al的塑料制品
离子镀是在真空下利用气体放电技术，将蒸发的原子部分 电离成离子，与同时产生的大量高能中性粒子一起沉积到 工件表面成膜的方法。
多弧离子镀膜机
物理气相沉积具有适用的基体材料和膜层材料广泛；工艺简 单、省材料、无污染；获得的膜层膜基附着力强、膜层厚度 均匀、致密、针孔少等优点。
术。
根据沉积过程的原理不同， 气相沉积技术可分为物理
物理气相沉积TiAl靶
气相沉积(PVD) 和化学气
相沉积(CVD)两大类。
①物理气相沉积（PVD）
物理气相沉积是指在真空条件下，用物理的方法，
使材料汽化成原子、分子 或电离成离子，并通过气 相过程，在材料表面沉积 一层薄膜的技术。
磁控溅射镀膜设备
感应加热表面淬火 感应淬火机床
⑤表面淬火常用加热方法 ⑴ 感应加热: 利用交变电流
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
感应加热分为： 高频感应加热
频 率 为 250-300KHz ， 淬 硬层深度0.5-2mm
感应加热表面淬火齿轮的截面图
物理沉积技术主要包括真 空蒸镀、溅射镀、离子镀 三种基本方法。
真空蒸镀是蒸发成膜材料使其汽 化或升华沉积到工件表面形成薄 膜的方法。
真空蒸镀TiN活塞环
真空蒸镀Al膜的塑料制品
溅射镀是在真空下通过辉光 放电来电离氩气，氩离子在 电场作用下加速轰击阴极， 溅射下来的粒子沉积到工件 表面成膜的方法。
二、表面形变强化
表面形变强化指使钢件在常温下发生塑性变形，以 提高其表面硬度并产生有利的残余压应力分布的表 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，犹如
无数个小锤锤击金属表面，使零件表层和次表层发生一定的 塑性变形而实现强化的一种技术。 应用：形状较复杂的零件 在磨削、电镀等工序后进行
渗碳后的热处理示意图
常用方法是渗碳缓冷后，重新加热到Ac1+30-50℃淬火+低 温回火。此时组织为：
表层：M回+颗粒状碳化物+A’(少量) 心部：M回+F（淬透时）
M+F
渗碳淬火后的表层组织
⑥钢的氮化 氮化是指向钢的表面渗入氮原子的过程。 ⑴氮化用钢 为含Cr、Mo、Al、Ti、V的
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一致是强有力的，而纷争易于被征服 。。20. 8.1020. 8.10Monday, August 10, 2020
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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。。0 8:24:49 08:24:4 908:24 8/10/20 20 8:24:49 AM
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衷心感谢社会各界对电建事业的明白 关心和 支持。2 0.8.100 8:24:49 08:24A ug-201 0-Aug-2 0
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
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。
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。
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。
⑤渗碳后的热处理 淬火+低温回火, 回火温度为160-180℃。淬火方法有： ⑴ 预冷淬火法 渗碳后预冷到略高于Ar1温度直接淬火。
渗碳后的热处理示意图
⑵一次淬火法：即渗碳缓冷后重新加热淬火。 ⑶ 二次淬火法： 即渗碳缓冷后第一次加热为心部Ac3+30-50℃，细化心部；
第二次加热为Ac1+30-50℃，细化表层。
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。
低碳钢渗碳缓冷后的组织
目的：提高钢件的耐磨性、耐蚀性、耐热性或进行 表面装饰。
1、金属喷涂技术
将金属粉末加热至熔化或半熔化状态，用高压气流使其雾 化并喷射于工件表面形成涂层的工艺称为热喷涂。
利用热喷涂技术可改善材料 的耐磨性、耐蚀性、耐热性 及绝缘性等。
广泛用于包括航空航天、原 子能、电子等尖端技术在内 的几乎所有领域。
等离子热喷涂
2、金属镀层 在基体材料的表面覆上一层或多层金属镀层，可以显著改
善其耐磨性、耐蚀性和耐热性，或获得其他特殊性能。 电镀：工件作为阴极 化学镀：不外加电源的条件下，利用化学还原的方法在基
体材料表面催化膜上沉积一层金属的表面强化方法。
特点：形状工件复杂上也能得到均匀厚度镀层；镀层晶粒细小致密， 孔隙与裂纹少；可以在非金属材料表面沉积金属层。
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
一、表面热处理
2、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，使 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。
广泛用于机械、航空航天、电子、光学和轻工业等领域制备 耐磨、耐蚀、耐热、导电、绝缘、光学、磁性、压电、滑润、 超导等薄膜。
离子镀产品
②化学气相沉积(CVD) 化学气相沉积是指在一定温度下，混合气体与基体
表面相互作用而在基体 表面形成金属或化合物 薄膜的方法。
例如，气态的TiCl4与N2 和H2在受热钢的表面反 应生成TiN，并沉积在 钢的表面形成耐磨抗蚀 的沉积层。
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可怕的不是失败，而是自甘堕落。。0 8:24:49 08:24:4 908:24 Monda y, August 10, 2020
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既然我已经踏上这条道路，那么，任 何东西 都不应 妨碍我 沿着这 条路走 下去。 。20.8.1 020.8.1 008:24: 4908:2 4:49August 10, 2020
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、多元
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。
渗硫、渗硼、渗铝、渗钒、渗铬等。发兰、磷 化可以归为表面处理，不属于化学热处理。
要件，后者用于要求不高的普 通件。 ⑵目的: 为表面淬火作组织准备； 获得最终心部组织。
回火索氏体 索氏体
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)。
仪表的小轴、轻载齿轮及重要的曲轴等。
缝纫机用氮化件
经氮化的机车曲轴
滲氮与滲碳相比：
滲氮层硬度和耐磨性高于滲碳层，硬度可达69~72HRC， 且在600～650℃高温下仍能保持较高硬度；
滲氮层具有很高的抗疲劳性和耐蚀性；
滲氮后不需再进行热处理，可避免热处理带来的变形和其 他缺陷；
滲氮温度较低。
只适用于中碳合金钢，需要较长的工艺时间才能达到要求 的滲氮层。
复合镀：电镀或化学镀的溶液中加入适量金属或非金属微 粒，借助于强烈的搅拌，与基质金属一起均匀沉积而获得 特殊性能镀层的表面强化方法。
应用：对材料有特殊要求。原子能工业和航天航空工业
3、金属碳化物覆层～气相沉积法
气相沉积技术是指将含有沉积元素的气相物质，通过物理
或化学的方法沉积在材料表面形成薄膜的一种新型镀膜技
离子氮化炉
氮化层组织
⑷氮化的特点及应用 氮化件表面硬度高（69~72HRC），耐磨性高。 疲劳强度高。由于表面存在压应力。
38CrMoAl氮化层硬度
⑶工件变形小。原因是氮化温度低，氮化后不需进行热处理。 ⑷ 耐蚀性好。因为表层形成的氮化物化学稳定性高。 氮化的缺点：工艺复杂，成本高，氮化层薄。 用于耐磨性、精度要求高的零件及耐热、耐磨及耐蚀件。如
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
三、表面覆层强化
表面覆层强化是通过物理或化学的方法在金属表面 涂覆一层或多层其他金属或非金属的表面强化工艺。
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
感应穿透加热
各种感应器
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。
溅射镀示意图
磁控溅射镀膜机
磁控溅射镀Al的塑料制品
离子镀是在真空下利用气体放电技术，将蒸发的原子部分 电离成离子，与同时产生的大量高能中性粒子一起沉积到 工件表面成膜的方法。
多弧离子镀膜机
物理气相沉积具有适用的基体材料和膜层材料广泛；工艺简 单、省材料、无污染；获得的膜层膜基附着力强、膜层厚度 均匀、致密、针孔少等优点。
术。
根据沉积过程的原理不同， 气相沉积技术可分为物理
物理气相沉积TiAl靶
气相沉积(PVD) 和化学气
相沉积(CVD)两大类。
①物理气相沉积（PVD）
物理气相沉积是指在真空条件下，用物理的方法，
使材料汽化成原子、分子 或电离成离子，并通过气 相过程，在材料表面沉积 一层薄膜的技术。
磁控溅射镀膜设备
感应加热表面淬火 感应淬火机床
⑤表面淬火常用加热方法 ⑴ 感应加热: 利用交变电流
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
感应加热分为： 高频感应加热
频 率 为 250-300KHz ， 淬 硬层深度0.5-2mm
感应加热表面淬火齿轮的截面图
物理沉积技术主要包括真 空蒸镀、溅射镀、离子镀 三种基本方法。
真空蒸镀是蒸发成膜材料使其汽 化或升华沉积到工件表面形成薄 膜的方法。
真空蒸镀TiN活塞环
真空蒸镀Al膜的塑料制品
溅射镀是在真空下通过辉光 放电来电离氩气，氩离子在 电场作用下加速轰击阴极， 溅射下来的粒子沉积到工件 表面成膜的方法。
二、表面形变强化
表面形变强化指使钢件在常温下发生塑性变形，以 提高其表面硬度并产生有利的残余压应力分布的表 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，犹如
无数个小锤锤击金属表面，使零件表层和次表层发生一定的 塑性变形而实现强化的一种技术。 应用：形状较复杂的零件 在磨削、电镀等工序后进行
渗碳后的热处理示意图
常用方法是渗碳缓冷后，重新加热到Ac1+30-50℃淬火+低 温回火。此时组织为：
表层：M回+颗粒状碳化物+A’(少量) 心部：M回+F（淬透时）
M+F
渗碳淬火后的表层组织
⑥钢的氮化 氮化是指向钢的表面渗入氮原子的过程。 ⑴氮化用钢 为含Cr、Mo、Al、Ti、V的
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一致是强有力的，而纷争易于被征服 。。20. 8.1020. 8.10Monday, August 10, 2020
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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。。0 8:24:49 08:24:4 908:24 8/10/20 20 8:24:49 AM
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衷心感谢社会各界对电建事业的明白 关心和 支持。2 0.8.100 8:24:49 08:24A ug-201 0-Aug-2 0
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