金屬表面處理知識(shí)大總結(jié)

一往冇前

如果零件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(qiáng)化工藝。

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(xué)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(jìn)行淬火以強(qiáng)化零件表面的熱處理方法,。

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1.1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(qiáng)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(zhuǎn)、摩擦和沖擊的零件,。

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1.2表面淬火用材料

⑴ 0.4-0.5%C的中碳鋼,。含碳量過(guò)低，則表面硬度,、耐磨性下降,。含碳量過(guò)高,，心部韌性下降；

⑵ 鑄鐵 ,，提高其表面耐磨性,。

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1.3預(yù)備熱處理

⑴工藝：對(duì)于結(jié)構(gòu)鋼為調(diào)質(zhì)或正火。前者性能高,，用于要求高的重要件,，后者用于要求不高的普通件。

⑵目的:為表面淬火作組織準(zhǔn)備,；獲得最終心部組織。

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表面淬火后的回火,，采用低溫回火,，溫度不高于200℃�,；鼗鹉康臑榻档蛢�(nèi)應(yīng)力,，保留淬火高硬度、耐磨性,。

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(diào)質(zhì))或F+S(正火)。

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1.4表面淬火常用加熱方法

⑴ 感應(yīng)加熱: 利用交變電流在工件表面感應(yīng)巨大渦流,，使工件表面迅速加熱的方法,。

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感應(yīng)加熱分為：

高頻感應(yīng)加熱：頻率為250-300KHz，淬硬層深度0.5-2mm

中頻感應(yīng)加熱：頻率為2500-8000Hz,，淬硬層深度2-10mm,。

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工頻感應(yīng)加熱：頻率為50Hz,淬硬層深度10-15 mm

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(zhì)量不易控制,。

⑶ 激光熱處理: 利用高能量密度的激光對(duì)工件表面進(jìn)行加熱的方法。效率高,，質(zhì)量好,。

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2、化學(xué)表面熱處理

化學(xué)熱處理是將工件置于特定介質(zhì)中加熱保溫,，使介質(zhì)中活性原子滲入工件表層從而改變工件表層化學(xué)成分和組織,進(jìn)而改變其性能的熱處理工藝,。

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與表面淬火相比，化學(xué)熱處理不僅改變鋼的表層組織,，還改變其化學(xué)成分,。化學(xué)熱處理也是獲得表硬里韌性能的方法之一,。

根據(jù)滲入的元素不同,，化學(xué)熱處理可分為滲碳,、氮化、多元共滲,、滲其他元素等,。

常用的化學(xué)熱處理：

滲碳、滲氮（俗稱氮化）,、碳氮共滲（俗稱氰化和軟氮化）等,。

滲硫、滲硼,、滲鋁,、滲釩、滲鉻等,。發(fā)蘭,、磷化可以歸為表面處理，不屬于化學(xué)熱處理,。

化學(xué)熱處理過(guò)程包括分解,、吸收、擴(kuò)散三個(gè)基本過(guò)程,。

①化學(xué)熱處理的基本過(guò)程

⑴介質(zhì)(滲劑)的分解: 分解的同時(shí)釋放出活性原子,。如：滲碳 CH4→2H2+[C]，氮化 2NH3→3H2+2[N]

⑵工件表面的吸收: 活性原子向固溶體溶解或與鋼中某些元素形成化合物,。

⑶原子向內(nèi)部擴(kuò)散,。

②鋼的滲碳是指向鋼的表面滲入碳原子的過(guò)程。

⑴滲碳目的：提高工件表面硬度,、耐磨性及疲勞強(qiáng)度,，同時(shí)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,。

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③滲碳方法

⑴ 氣體滲碳法：將工件放入密封爐內(nèi)，在高溫滲碳?xì)夥罩袧B碳,。滲劑為氣體 (煤氣,、液化氣等)或有機(jī)液體(煤油、甲醇等),。優(yōu)點(diǎn): 質(zhì)量好, 效率高,；缺點(diǎn): 滲層成分與深度不易控制

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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(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)：滲速慢，勞動(dòng)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?xì)怏w加熱滲碳。優(yōu)點(diǎn): 表面質(zhì)量好, 滲碳速度快,。

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④滲碳溫度：為900-950℃,。滲碳層厚度（由表面到過(guò)度層一半處的厚度）：一般為0.5-2mm。

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(wǎng)狀Fe3CⅡ; 心部為F+P; 中間為過(guò)渡區(qū),。

⑤滲碳后的熱處理：淬火+低溫回火, 回火溫度為160-180℃。淬火方法有：

⑴ 預(yù)冷淬火法

滲碳后預(yù)冷到略高于Ar1溫度直接淬火,。

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⑵一次淬火法：即滲碳緩冷后重新加熱淬火,。

⑶ 二次淬火法：即滲碳緩冷后第一次加熱為心部Ac3+30-50℃，細(xì)化心部,；第二次加熱為Ac1+30-50℃,，細(xì)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(shí)組織為：

表層：M回+顆粒狀碳化物+A’(少量)

心部：M回+F（淬透時(shí)）

⑥鋼的氮化：氮化是指向鋼的表面滲入氮原子的過(guò)程,。

⑴氮化用鋼,，為含Cr、Mo,、Al,、Ti、V的中碳鋼,。常用鋼號(hào)為38CrMoAl,。

⑵氮化溫度為500-570℃。氮化層厚度不超過(guò)0.6-0.7mm,。

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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(chǎng)作用下,，使電離的氮離子高速?zèng)_擊作為陰極的工件。與氣體氮化相比,，氮化時(shí)間短,，氮化層脆性小。

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⑷氮化的特點(diǎn)及應(yīng)用

氮化件表面硬度高（69~72HRC）,，耐磨性高,。

疲勞強(qiáng)度高。由于表面存在壓應(yīng)力,。

工件變形小,。原因是氮化溫度低,，氮化后不需進(jìn)行熱處理。

耐蝕性好,。因?yàn)楸韺有纬傻牡�化物化學(xué)穩(wěn)定性高,。

氮化的缺點(diǎn)：工藝復(fù)雜，成本高,，氮化層薄,。

用于耐磨性、精度要求高的零件及耐熱,、耐磨及耐蝕件,。如儀表的小軸、輕載齒輪及重要的曲軸等,。

滲氮與滲碳相比：滲氮層硬度和耐磨性高于滲碳層,，硬度可達(dá)69~72HRC，且在600～650℃高溫下仍能保持較高硬度,；滲氮層具有很高的抗疲勞性和耐蝕性,；滲氮后不需再進(jìn)行熱處理，可避免熱處理帶來(lái)的變形和其他缺陷,；滲氮溫度較低,。只適用于中碳合金鋼，需要較長(zhǎng)的工藝時(shí)間才能達(dá)到要求的滲氮層,。

二,、表面形變強(qiáng)化

表面形變強(qiáng)化指使鋼件在常溫下發(fā)生塑性變形，以提高其表面硬度并產(chǎn)生有利的殘余壓應(yīng)力分布的表面強(qiáng)化工藝,。工藝簡(jiǎn)單,，成本低廉，是提高鋼件抗疲勞能力,，延長(zhǎng)其使用壽命的重要工藝措施,。

1、噴丸

噴丸強(qiáng)化是將大量高速運(yùn)動(dòng)的彈丸噴射到零件表面上,，猶如無(wú)數(shù)個(gè)小錘錘擊金屬表面,，使零件表層和次表層發(fā)生一定的塑性變形而實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化的一種技術(shù)。

應(yīng)用：形狀較復(fù)雜的零件,。在磨削,、電鍍等工序后進(jìn)行

2、滾壓處理

利用自由旋轉(zhuǎn)的淬火鋼滾子對(duì)鋼件的已加工表面進(jìn)行滾壓,，使之產(chǎn)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(yīng)力，從而提高工件的耐磨性和抗疲勞能力,。

應(yīng)用：圓柱面,、錐面、平面等形狀比較簡(jiǎn)單的零件

三,、表面覆層強(qiáng)化

表面覆層強(qiáng)化是通過(guò)物理或化學(xué)的方法在金屬表面涂覆一層或多層其他金屬或非金屬的表面強(qiáng)化工藝,。目的：提高鋼件的耐磨性、耐蝕性,、耐熱性或進(jìn)行表面裝飾,。

1、金屬噴涂技術(shù)

將金屬粉末加熱至熔化或半熔化狀態(tài),，用高壓氣流使其霧化并噴射于工件表面形成涂層的工藝稱為熱噴涂,。利用熱噴涂技術(shù)可改善材料的耐磨性、耐蝕性,、耐熱性及絕緣性等,。

廣泛用于包括航空航天、原子能,、電子等尖端技術(shù)在內(nèi)的幾乎所有領(lǐng)域,。

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2、金屬鍍層

在基體材料的表面覆上一層或多層金屬鍍層,，可以顯著改善其耐磨性,、耐蝕性和耐熱性，或獲得其他特殊性能,。電鍍：工件作為陰極�,；瘜W(xué)鍍：不外加電源的條件下,，利用化學(xué)還原的方法在基體材料表面催化膜上沉積一層金屬的表面強(qiáng)化方法。特點(diǎn)：形狀工件復(fù)雜上也能得到均勻厚度鍍層,；鍍層晶粒細(xì)小致密,，孔隙與裂紋少；可以在非金屬材料表面沉積金屬層,。

復(fù)合鍍：電鍍或化學(xué)鍍的溶液中加入適量金屬或非金屬微粒,，借助于強(qiáng)烈的攪拌，與基質(zhì)金屬一起均勻沉積而獲得特殊性能鍍層的表面強(qiáng)化方法,。應(yīng)用：對(duì)材料有特殊要求,。原子能工業(yè)和航天航空工業(yè)

3、金屬碳化物覆層～氣相沉積法

氣相沉積技術(shù)是指將含有沉積元素的氣相物質(zhì),，通過(guò)物理或化學(xué)的方法沉積在材料表面形成薄膜的一種新型鍍膜技術(shù),。根據(jù)沉積過(guò)程的原理不同，氣相沉積技術(shù)可分為物理氣相沉積(PVD) 和化學(xué)氣相沉積(CVD)兩大類。

物理氣相沉積（PVD）

物理氣相沉積是指在真空條件下,，用物理的方法,，使材料汽化成原子、分子或電離成離子,，并通過(guò)氣相過(guò)程,，在材料表面沉積一層薄膜的技術(shù)。

物理沉積技術(shù)主要包括真空蒸鍍,、濺射鍍,、離子鍍?nèi)�種基本方法。

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真空蒸鍍是蒸發(fā)成膜材料使其汽化或升華沉積到工件表面形成薄膜的方法,。

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濺射鍍是在真空下通過(guò)輝光放電來(lái)電離氬氣,，氬離子在電場(chǎng)作用下加速轟擊陰極，濺射下來(lái)的粒子沉積到工件表面成膜的方法,。

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離子鍍是在真空下利用氣體放電技術(shù),，將蒸發(fā)的原子部分電離成離子，與同時(shí)產(chǎn)生的大量高能中性粒子一起沉積到工件表面成膜的方法,。

物理氣相沉積具有適用的基體材料和膜層材料廣泛,；工藝簡(jiǎn)單、省材料,、無(wú)污染,；獲得的膜層膜基附著力強(qiáng)、膜層厚度均勻,、致密,、針孔少等優(yōu)點(diǎn)。廣泛用于機(jī)械,、航空航天,、電子、光學(xué)和輕工業(yè)等領(lǐng)域制備耐磨,、耐蝕,、耐熱、導(dǎo)電,、絕緣,、光學(xué)、磁性,、壓電,、滑潤(rùn)、超導(dǎo)等薄膜,。

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②化學(xué)氣相沉積(CVD)

化學(xué)氣相沉積是指在一定溫度下,，混合氣體與基體表面相互作用而在基體表面形成金屬或化合物薄膜的方法,。例如，氣態(tài)的TiCl4與N2和H2在受熱鋼的表面反應(yīng)生成TiN,，并沉積在鋼的表面形成耐磨抗蝕的沉積層,。

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由于化學(xué)氣相沉積膜層具有良好的耐磨性、耐蝕性,、耐熱性及電學(xué),、光學(xué)等特殊性能，已被廣泛用于機(jī)械制造,、航空航天,、交通運(yùn)輸、煤化工等工業(yè)領(lǐng)域,。

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0 o( ]# |& ~- U/ d2 Y四,、熱處理的工藝性

熱處理時(shí)機(jī)的確定：預(yù)備熱處理一般安排在毛坯生產(chǎn)之后，切削加工之前

正火和退火：消除熱加工時(shí)毛坯的內(nèi)應(yīng)力,、細(xì)化晶粒,、調(diào)整組織、改善切削加工性

調(diào)質(zhì)：提高零件綜合性能,，為最終熱處理做組織上的準(zhǔn)備

最終熱處理（淬火+回火或化學(xué)熱處理）：一般放在半精加工之后,，磨削加工之前。

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