金属表面改性技术.ppt

第六章 表面改性技术 采用某种工艺手段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。 材料经表面改性处理后，既能发挥基体材料的力学性能，又能使材料 表面获得各种特殊性能。 第一节 金属表面形变强化 二、形变强化的主要方法及应用 （一）形变强化的主要方法 第一节 金属表面形变强化 第一节 金属表面形变强化 3、喷丸表面质量及影响因素 （1）喷丸表层的塑性变形和组织变化 金属表面经喷丸后，表面产生大量凹坑形式的塑性变形，表层位错密 度大大增加，而且还会出现亚晶界和晶粒细化现象。喷丸后的零件如果 受到交变载荷或温度的影响，表层组织结构将产生变化，由喷丸引起的 不稳定结构向稳定态转变。 如：渗碳钢表层存在大量残余奥氏体。喷丸后，这些残余奥氏体转 变成马氏体而提高零件的疲劳强度。 第一节 金属表面形变强化 （2）弹丸粒度对喷丸表面粗糙度的影响 表面粗糙度随弹丸粒度的增加而增加。 （3）弹丸硬度对喷丸表面形貌的影响 第二节 表面热处理 定义：表面热处理是指仅对零部件表层加热、冷却，从而改变表层组织和性能而不改变成份的一种工艺，是最基本、应用最广泛的材料表面改性技术之一。 原理：当工件表面层快速加热时，工件截面上的温度分布是不均匀的，工件表层温度高且由表及里逐渐降低。如果表面的温度超过相变点以上达到奥氏体状态时，随后的快冷可获得马氏体组织，而心部扔保留原组织状态，从而得到硬化的表面层，即通过表面层的相变达到强化工件表面的目的。 一、感应加热表面淬火 （一）感应加热基本原理 利用电磁感应原理，在工件表面产生密度很高的感应电流，并使之 迅速加热至奥氏体状态，随后快速冷却获得马氏体组织的淬火方法。 第二节 表面热处理 当感应圈中通过一定频率交流电时，在其内外将产生与电流变化频率相同的交变磁场。将工件放入感应圈内，在交变磁场作用下，工件内就会产生与感应圈频率相同而方向相反的感应电流。感应电流沿工件表面形成封闭回路，通常称之为涡流。 此涡流能将电能变成热能，使工件加热。涡流在被加热工件中的分布由表面至心部呈指数规律衰减。因此涡流主要分布在工件表面，工件内部几乎没有电流通过。这种现象叫做表面效应或集肤效应。 感应加热就是利用集肤效应，依靠电流热效应把工件表面迅速加热到淬火温度的。当工件表面在感应圈内加热到相变温度时，立即喷水或浸水冷却，实现表面淬火工艺。 第二节 表面热处理 感应电流透入深度：从电流密度最大的表面到电流值为表面的1/e(e=2.718)处的距离。 第二节 表面热处理 （二）感应加热表面淬火的分类 1 高频感应加热表面淬火：电流频率80－1000kHz，表面硬化层深度0.5~2mm。主要用于中小模数齿轮和小轴的表面淬火 2 中频感应加热表面淬火：电流频率2500－8000Hz，表面硬化层深度3~6mm。主要用于淬硬层要求较深的零件，如发动机曲轴、凸轮轴、大模数齿轮等。 3 工频感应加热表面淬火：电流频率50Hz，表面硬化层深度10~15mm。适用于大直径钢材的穿透加热及要求淬硬层深的大工件的表面淬火。 第二节 表面热处理 （三）感应加热表面淬火的特点 1、感应加热时，由于电磁感应和集肤效应，工件表面在极短时间内达到Ac3以上很高的温度，而工件心部仍处于相变点之下。中碳钢高频淬火后，工件表面得到马氏体组织，往里是马氏体加铁素体加屈氏体组织，心部为铁素体加珠光体或回火索氏体原始组织。 2、升温速度快，保温时间极短。和一般淬火相比，淬火加热温度高，过热度大，奥氏体形核多，又不易长大，因此淬火后表面得到细小的隐晶马氏体，故感应加热表面淬火工件的表面硬度比一般淬火的高HRC2～3。 3、工件表层强度高。由于马氏体转变产生体积膨胀，故在工件表面产生很大的残余压应力，可以显著提高其疲劳强度并降低缺口敏感性。 第二节 表面热处理 4、工件的耐磨性比普通淬火高。这与奥氏体晶粒细化、表面硬度高以及表面压应力状态等因素有关 5、由于加热速度快，无保温时间，工件一般不产生氧化和脱碳问题，又因工件内部未被加热，故工件淬火变形小。 6、生产率高，便于实现机械化和自动化；淬火层深度易于控制，适于批量生产形状简单的机器零件，因此得到广泛的应用。 缺点：设备费用昂贵，不适用于单件生产。 （四）感应加热表面淬火的应用 通常采用中碳钢和中碳合金结构钢，用以制造机床、汽车及拖拉机 齿轮、轴等。也可以采用碳素工具钢和低合金工具钢，用以制造量具、 模具、锉刀等。 第二节 表面热处理 二、火焰加热表面淬火 定义： 利用氧－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。 特点：与感应加热表面淬火相比，具有设备简单，操作灵活，适用钢种 广泛。一般无氧化