13三月2024金屬表面處理工藝培訓課件表面改性技術及應用表面改性技術是指采用某種工藝使材料表面獲得與基體材料的組織結構、性能不同的一種技術。被廣泛的應用在航空航天領域、軍事領域、機械制造領域，和生產生活緊密相連。作用及內容使材料表面獲得各種特殊性能（如耐磨、耐腐蝕、耐高溫、超導、潤滑性等）。掩蓋基體材料表面缺陷，延長材料和構建使用壽命。節約稀少、珍貴材料，節約能源，改善環境。促進高新技術的發展。主要包含表面變形強化、表面熱處理、表面化學熱處理以及其他技術。一、金屬的表面強化工藝通過機械手段在金屬表面產生壓縮變形，使表面形成硬化層，提高金屬疲勞強度重要工藝之一。既要求表面有較高的硬度和耐磨性，又要求心部具有足夠的韌性，必須采用各種表面強化工藝。工藝簡單，成本低廉，是提高鋼件抗疲勞能力，延長其使用壽命的重要工藝措施。1、噴丸

噴丸強化是將大量高速運動的彈丸噴射到零件表面上，使零件表層和次表層發生一定的塑性變形,形成硬化層并引進殘余壓應力，從而實現強化的一種技術。應用：形狀較復雜的零件，廣泛應用于彈簧、齒輪、鏈條、軸、葉片、火車輪等零部件，可顯著的提高抗彎曲疲勞、抗擊腐蝕疲勞、抗應力腐蝕疲勞、抗微動磨損、耐點蝕能力。在磨削、電鍍等工序后進行2、滾壓處理

利用自由旋轉的淬火鋼滾子對鋼件的已加工表面進行滾壓，使之產生塑性變形，壓平鋼件表面的粗糙凸峰，形成有利的殘余壓應力，從而提高工件的耐磨性和抗疲勞能力。應用：圓柱面、錐面、平面等形狀比較簡單的零件一、表面熱處理

1、表面淬火表面淬火是指在不改變鋼的化學成分及心部組織情況下，利用快速加熱將表層奧氏體化后進行淬火以強化零件表面的熱處理方法。火焰加熱感應加熱表面淬火目的：①使表面具有高的硬度、耐磨性和疲勞極限;②心部在保持一定的強度、硬度的條件下，具有足夠的塑性和韌性。即表硬里韌。適用于承受彎曲、扭轉、摩擦和沖擊的零件。軸的感應加熱表面淬火①表面淬火用材料⑴0.4-0.5%C的中碳鋼。含碳量過低，則表面硬度、耐磨性下降。含碳量過高，心部韌性下降；⑵鑄鐵提高其表面耐磨性。機床導軌表面淬火齒輪③表面淬火后的回火采用低溫回火，溫度不高于200℃。回火目的為降低內應力，保留淬火高硬度、耐磨性。④表面淬火+低溫回火后的組織表層組織為M回；心部組織為S回(調質)或F+S(正火)。回火索氏體索氏體感應加熱表面淬火示意圖⑤表面淬火常用加熱方法⑴感應加熱表面處理:利用交變電流在工件表面感應巨大渦流，使工件表面迅速加熱的方法。感應加熱分為：高頻感應加熱頻率為250-300KHz，淬硬層深度0.5-2mm傳動軸連續淬火感應器感應加熱表面淬火齒輪的截面圖中頻感應加熱頻率為2500-8000Hz，淬硬層深度2-10mm。各種感應器中頻感應加熱表面淬火的機車凸輪軸工頻感應加熱頻率為50Hz,淬硬層深度10-15mm近些年又發展了超音頻、雙頻感應加熱淬火工藝。實際上，硬化層深度取決于加熱層深度，淬火加熱溫度、冷卻速度和材料本身的淬透性等。由于感應電流的“集膚效應”，電流透入工件深度主要與交流電頻率有關，近似公式表示：⑵火焰加熱:

利用乙炔火焰直接加熱工件表面的方法。成本低，但質量不易控制。⑶激光熱處理:

利用高能量密度的激光對工件表面進行加熱的方法。效率高，質量好。此外還有接觸電阻加熱表面淬火、浴爐加熱表面淬火、電解液加熱表面淬火等火焰加熱表面淬火示意圖激光表面熱處理火焰加熱表面淬火三、化學表面熱處理

化學熱處理是將工件置于特定介質中加熱保溫，介質中活性原子滲入工件表層從而改變工件表層化學成分和組織,進而改變其性能的熱處理工藝。與表面淬火相比，化學熱處理不僅改變鋼的表層組織，還改變其化學成分。化學熱處理也是獲得表硬里韌性能的方法之一。根據滲入的元素不同，化學熱處理可分為滲碳、氮化、碳氮共滲、滲其他元素等。可控氣氛滲碳爐滲碳回火爐常用的化學熱處理：滲碳、滲氮（俗稱氮化）、碳氮共滲（俗稱氰化和軟氮化）等。化學熱處理過程包括分解、吸收、擴散三個基本過程。①化學熱處理的基本過程

⑴介質(滲劑)的分解:

分解的同時釋放出活性原子。如：滲碳CH4→2H2+[C]氮化2NH3→3H2+2[N]⑵活性元素的吸收:

活性原子向固溶體溶解或與鋼中某些元素形成化合物。⑶活性元素內部擴散。

氮化擴散層②鋼的滲碳

是指向鋼的表面滲入碳原子的過程。⑴滲碳目的提高工件表面硬度、耐磨性及疲勞強度，同時保持心部良好的韌性。⑵滲碳用鋼為含0.1-0.25%C的低碳鋼。碳高則心部韌性降低。

經滲碳的機車從動齒輪氣體滲碳法示意圖③滲碳方法⑴氣體滲碳法將工件放入密封爐內，在900-950℃時滴入醇、煤油、丙酮，在高溫下分解為CO、CO2、CH4等滲碳氣氛并生成活性碳原子被工件吸收溶入奧氏體，形成滲碳層。優點:質量好,效率高；缺點:滲層成分與深度不易控制⑵固體滲碳法將工件埋入滲劑中，裝箱密封后在高溫下加熱滲碳。滲劑為木炭。優點：操作簡單；缺點：滲速慢，勞動條件差。⑶真空滲碳法將工件放入真空滲碳爐中，抽真空后通入滲碳氣體加熱滲碳。優點:表面質量好,滲碳速度快。真空滲碳爐④滲碳溫度：為900-950℃。滲碳層厚度（由表面到過度層一半處的厚度）：

一般為0.5-2mm。低碳鋼滲碳緩冷后的組織滲碳層表面含碳量：以0.85-1.05為最好。滲碳緩冷后組織：表層為P+網狀Fe3CⅡ;心部為F+P;中間為過渡區。⑤滲碳后的熱處理要使滲碳層發揮應有的作用，滲碳后還須淬火+低溫回火處理,

回火溫度為160-180℃。淬火方法有：⑴直接淬火法滲碳后預冷到800-850℃后直接淬火，再在180-200℃溫度下回火。⑵一次淬火法：即滲碳空冷后重新加熱到830-860℃淬火。⑶二次淬火法：即滲碳緩冷后第一次加熱為心部Ac3+30-50℃，細化心部；第二次加熱為Ac1+30-50℃，細化表層。

常用方法是滲碳緩冷后，重新加熱到Ac1+30-50℃淬火+低溫回火。此時組織為：表層：M回+顆粒狀碳化物+A’(少量)心部：M回+F（淬透時）滲碳淬火后的表層組織M+F⑥鋼的氮化

氮化是指向鋼的表面滲入氮原子的過程。⑴氮化用鋼井式氣體氮化爐為含Cr、Mo、Al、Ti、V的中碳鋼。常用鋼號為38CrMoAl。⑵氮化溫度為500-570℃氮化層厚度不超過0.6-0.7mm。⑶常用氮化方法氣體氮化法與離子氮化法。氣體氮化法與氣體滲碳法類似，滲劑為氨。離子氮化法是在電場作用下，使電離的氮離子高速沖擊作為陰極的工件。與氣體氮化相比，氮化時間短，氮化層脆性小。離子氮化爐氣體滲氮常采用的工藝為：鍛造→正火→粗加工→調質→精加工→去應力→粗磨→滲氮→精磨或研磨

滲氮的特點：1、高硬度、高耐磨性。

2、疲勞極限高。

3、工件變形小。原因是氮化溫度低，氮化后不需進行熱處理。