表面工程复习

第三章表面工程技术的预处理与作业环境

关键因素: 表面工程预处理,指标:1表面清洁度 2表面粗糙度

第一节：表面预处理工艺

机械性清理: 1滚光和刷光2机械磨光和抛光3喷砂或喷丸

脱脂：化学脱脂，有机溶剂脱脂，水剂脱脂，电化学脱脂。

第四章第一节表面淬火技术的原理与特点

1.2、表面淬火技术与常规淬火技术的区别

1）提高加热速度将使钢的相变点温度A c3与Ac cm大幅度提高，但使A c1温度升高有限；快速加热可使A晶粒及其中亚结构细化；

2）快速加热条件下渗碳体难以充分溶解，形成的奥氏体成分也相当不均匀。

不均匀A包括未溶碳化物、高碳偏聚区和贫碳区，淬火后形成高碳和低碳马氏体区域，造成显微硬度的微观不均匀。因此需要预先热处理（调质、正火、球化退火处理）

1.3、表面淬火层的组织与性能硬度分布图P51

表面淬火层的组织:工件加热以后的金相组织与加热温度沿加热温度沿试样横截面分布有关，一般分为淬硬层、过渡区及心部组织.性能:硬度比普通淬火高2~5HRC耐磨性比普通淬火好

2.2、感应加热淬火工艺流程

1预先调质处理

目的：为感应加热淬火作好组织准备和使工件在整个截面上具备良好的力学性能。

2确定加热温度与加热方式

存在一最佳的温度范围，在此范围内加热所得工件硬度与强度比普通淬火高2~3HRC；同时加热方式和连续加热方式。

3根据工件要求选择比功率

比功率越大，加热速度快，工件表面温度高；不足，加热深度层增加，过渡区增大；大小由淬硬层深度和淬火区温度确定

4设计感应加热器

5确定冷却方式与冷却介质

喷射冷却法；可调节介质的喷射压力，温度与时间等参数来控制冷速

6制定回火工艺参数

回火温度略低于常规工艺淬火时的温度，得到淬硬层保持有较高的残余应力。

局限性1与普通淬火相比，设备的成本较高； 2感应加热时，容易使零件的尖角棱边处过热，即导致所谓“尖角效应”； 3对于一些形状复杂的零件而言，感应加热淬火难以保证所有的淬火面都能够获得均匀的表面淬火层。

第四节激光淬火与电子束淬火技术

4.1、激光淬火技术分类：CO2激光淬火和YAG激光淬火

影响因素：1材料成分

1）通过影响材料的淬硬性和淬透性来影响激光淬硬层深度与硬度；

2随钢中含碳量增加，淬火后马氏体的含量也增加，激光淬硬层的显微硬度也越高。2激光工艺参数1）激光层的宽度决定于光斑直径D； 2）淬硬层深度H由激光功率P、光斑直径D和扫描速度v共同决定。3）

p/(DVD):单位面积激光作用区注入的激光能量，比能量； 4）功率密度低于104W/cm2，一般为1000~6000W/cm2

3表面预处理状态

表面组织准备：通过调质处理等手段使钢铁材料表面具有较细的表面组织，以保证激光淬火时组织与性能的均匀、稳定。

原始锡片状P、M回或A，硬化层深；原始球状P，硬化层浅；原始淬火态基材，淬火后硬度最高，硬化层最深。

表面“黑化”处理：提高钢铁表面对激光束的吸收率。

黑化方法：磷化法，氧化法，喷刷涂料法，镀膜法等。

第六节几种典型表面淬火工艺的特点比较（P60页图）

第七节表面形变强化技术

7.1、受控喷丸强化技术

受控喷丸技术原理

又称喷丸强化技术，利用高速喷射的细小弹丸在室温下撞击受喷工件的表面，使材料在再结晶温度下产生弹塑性变形，并呈现较大的残余压应力，从而提高工件表面强度、疲劳强度和抗应力腐蚀能力的表面工程技术。受控喷丸对材料表面形貌与性能的影响

对材料表面硬度的影响；

1弹丸强度或动能越大，则变形层深度越大，喷丸后零件的表面硬度越大；

2弹丸硬度越高，喷丸强化层深度越深；

3其他条件相同时，被喷零件的硬度越高，则喷丸强化层越浅。

对表面粗糙度的影响；

1粗糙度低可延长零件疲劳强度； 2有利于增加零件的疲劳强度； 3粗糙度与喷丸粒子的直径有关； 4弹丸直径的最佳值与工件材料、弹丸形状，弹丸速度等有关。

对疲劳寿命与抗应力腐蚀能力的影响。

1在最佳工艺参数下进行表面喷丸后，在工件表面一定深度内

（0.2~0.4mm）可以产生数百兆帕的压应力，可大幅度提高材料的疲劳寿命和抗应力腐蚀能力。

21Cr18Ni9Ti不锈钢、40Cr等，喷丸后疲劳强度提高14%~47%。

第五章热扩渗突出特点：渗层与基体金属之间是冶金结合，结合强度很高，渗层不易脱落或剥落。

第一节热扩渗技术的基本原理

1.1、热扩渗层形成的基本条件

1渗入元素必须能够与基体金属形成固溶体或金属间化合物；2欲渗元素与基材必须直接接触；3被渗元素在基体金属中要有一定的渗入速度；4该反应必须满足热力学条件

1.2、渗层形成机理

1产生渗剂元素的活性原子并提供给基体金属表面；活性原子提供方式（热激活能法和化学反应法）2渗剂元素的活性原子吸附在基体金属表面

上，随后被基体金属所吸收，形成最初的表面固溶体或金属间化合物，建立热扩渗所必须的浓度梯度；

3渗剂元素原子向基体金属内部扩散，基体金属原子也同时向渗层中扩散，使扩渗层增厚。扩散机理（间隙式扩散机理、置换式扩散机理和空位式扩散机理）

1.3、热扩渗速度的影响因素

影响化学反应速度的主要因素有反应物浓度、反应稳定和活化剂（催化剂）等。

第二节热扩渗工艺分类1，对于钢铁材料：高温扩散，高于910℃；中温扩散720~910℃；和低温热扩散，低于720℃ 2，按渗入元素：非金属元素热扩渗，金属元素热扩渗，金属-非金属元素多元热扩渗，通过扩算减少或消除某些杂志的扩散退火，即均匀化退火 3，根据渗剂在工作温度下渗剂的物质状态可分为：气体热扩渗，液体热扩渗，固体热扩渗，等离子体热扩渗和复合热扩渗

第三节气体热扩渗工艺

3.1、气体热扩渗技术的基本工艺特点

定义：把工件置于含有渗剂原子的气体介质中加热到渗剂原子能在基体中产生显著扩散的稳定使工件表面获得该渗剂元素的工艺过程。分类：常规气体法，低压气体法和流态床法。

3.2、气体渗碳

定义：在增碳的活性气氛中，将低碳钢货低碳合金钢加热到高温（一般为900~950℃），使活性碳原子进入钢的表面，以获得高碳渗层的工艺方法特点：1固体渗碳劳动条件差，生产效率低；液体渗碳稳定性差，工件质量波动大；等离子渗碳设备造价高，且不完善。 2应用范围广泛，生产量大，研究最深入透彻，生产量占整个热扩渗工艺的60%~70%，可计算后精确控制。衡量渗C件性能指标：表面硬度，渗C层深度，心部硬度

影响因素1温度与时间 2、渗碳气氛3、钢的化学成分

气体渗碳主要方式：滴注式气体渗碳：吸热式气氛渗碳氨基气氛渗碳：连续炉产量大、效率高、质量稳定，炉内一般分为四区。