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广西大学材料表面技术考试秘笈
金属表面处理技术概述
1.1什么是金属表面处理技术
1..1.1金属表面处理技术是指通过一些物理、化学、机械或复合方法使金属表面具有与基体不同的组织结构、化学成分和物理状态,从而使经过处理后的表面具有与基体不同的性能。
1..1.2经过表面处理后的金属材料,其基体的化学成分和力学性能并未发生变化(或未发生大的变化),但其表面却拥有了一些特殊性能,如高的耐磨性、耐蚀性、耐热性、导电性、电磁特性、光学性能等。
1.2为什么研究金属表面处理技术
1.2.1所有的金属材料都不可避免与环境相接触,而与环境真正接触的是金属的表面,如各种机械零件和工程构件。
1.2.2金属表面发生破坏或失效,进而引起整个设备或零(构)件的破坏或失效。
1.2.3发展金属表面防护和强化技术,是各国普遍关心的重大课题。
问题的提出
随着现代工业的迅猛发展,对机械工业产品提出了更高的要求,要求产品能在高参数(如高温、高压、高速)和恶劣工况条件下长期稳定运转或服役,这就必然对材料表面的耐磨、耐蚀等性能以及表面装饰提出了更高的要求,使其成为防止产品失效的第一道防线。
19世纪工业革命以来,为了适应高强度、高硬度和耐磨、耐高温、耐酸碱腐蚀等不同特殊要求,人们需要不断开发各种特殊的合金材料,但这些合金材料往往价格昂贵。
在许多情况下也很难找到一种能够同时满足整体和表面要求的材料。
试图采用各种表面技术对普通金属表面进行处理,以改变其表面性能,使其适应复杂的工作环境。
措施:
1.1表面处理技术则可以用极少量的材料就起到大量、昂贵的整体材料难以起到的作用,在不增加或不增加太多成本的情况下使产品表面受到保护和强化,从而提高产品的使用寿命和可靠性,改善机械设备的性能、质量、增强产品的竞争能力。
1.2研究和发展金属材料的表面处理技术,对于推动高新技术的发展、对于节约材料、节约能源等都具有重要意义。
而表面处理技术也在这种需求的推动下获得了飞速的发展和提高。
意义:
1.1通过表面处理大幅度提高产品质量。
1.2节约贵重材料。
1.3实现材料表面复合化,解决单一材料无法解决的问题。
1.4修复整体优势,良好的节能、节材效果。
1.3表面处理技术的主要途径
1.3.1表面涂层技术:
通过表面涂层技术在基体表面制备各种镀、涂覆层,包括电镀、化学镀、(电)化学转化膜技术、气相沉积技术、堆焊、热喷涂等;1.3.2表面改性技术:
用机械、物理、化学等方法,改变材料表面的形貌、化学成分、相组成、微观结构、缺陷状态或应力状态。
如表面淬火、化学热处理、喷丸、高能束表面改性等。
1.3.3表面改性技术和表面涂层技术的最大区别是,其所形成的表面在材料和组织上均与基体有一定的联系,而不像表面涂层技术那样,涂层的材料和组织与基体是完全不同的。
按照作用原理,表面技术可以分为以下四种基本类型(Matton分类法):
1.沉积:
沉积物以原子、离子、分子和粒子集团等原子尺度的粒子形态在材料表面上形成覆盖层,如电镀、化学镀、物理气相沉积、化学气相沉积等。
2.颗粒沉积原子:
沉积物以宏观尺度的颗粒形态在材料表面上形成覆盖层,如热喷涂、搪瓷涂敷等。
3.整体覆盖:
它是将涂覆材料于同一时间施加于材料表面,如包箔、贴片、热浸镀、涂装、堆焊等。
4.表面改性:
用机械、物理、化学等方法,改变材料表面的形貌、化学成分、相组成、微观结构、缺陷状态或应力状态。
按表面强化层材料分
:
金属材料层陶瓷材料层高分子材料层
按表面处理工艺特点分
1.表面改性技术包括表面淬火、化学热处理、表面形变强化等,如感应加热表面淬火、渗碳、氮化、碳氮共渗、喷丸、滚压等。
2.表面涂(镀)层技术如电镀、化学镀、热浸镀、气相沉积、热喷涂、堆焊、激光熔覆、涂装等。
3.表面转化膜技术如氧化处理、磷化处理、铬酸盐处理和着色与封闭处理等。
高能束表面处理技术如电子束、离子束、激光束表面改性与强化等。
按表面处理的目的或性质分
1.表面耐磨和减摩技术2.表面耐蚀和抗氧化技术3.表面装饰技术4.功能表面技术
4.表面修复技术
2.提高金属制品或零件的表面强度和硬度
表面处理技术可以赋予金属材料表面很高的强度和硬度,提高材料的抗疲劳性和耐磨性,如钢的表面淬火、化学热处理、堆焊、热喷涂、化学气相沉积、喷丸等。
3.修复零件
1.零件磨损、腐蚀和疲劳失效常发生在表面。
通过表面技术修复、强化使机械零件翻新如初,从而节省了大量资源和经费,并极大地减少了环境污染及废物的处理。
2.许多采用表面技术处理过的旧零部件,其性能可能大大超过新品,而成本仅为新品的10%。
如齿轮、轴、花键等重要零件使用后磨损,可采用镀铬、镀镍、堆焊、热喷涂等进行修复,恢复其尺寸。
1.1认识金属的磨损
1.相互接触的一对金属表面,在相对运动时不断发生损耗或产生塑性变形,使金属表面状态和尺寸发生改变的现象称为磨损。
2.磨损表现为松脱的细小颗粒(磨屑)的出现,以及在摩擦载荷作用下,金属表面性质(金相组织、物理化学性能、力学性能)和形状的(形貌和尺寸、粗糙度、表面层厚度)变化。
在机械设备中磨损通常是有害的,它损伤零件工作表面,影响机械设备性能,消耗材料和能源,并使设备使用寿命缩短。
据估算,中国主要支柱产业部门每年因机器磨损失效所造成的损失在400亿元人民币以上。
但磨损有时却是有益的,如新机器的跑合、机械加工中的磨削、研磨等。
金属磨损的分类
目前人们公认的最重要的四种基本磨损类型(机理)是粘着磨损、磨料磨损、疲劳磨损和化学磨损。
磨损类型磨损表面外观
粘着磨损锥刺、鳞尾、麻点
磨料磨损擦伤、沟纹、条痕
疲劳磨损裂纹、点蚀
腐蚀磨损反应产物(膜、微粒)
1.2影响金属材料耐磨性的因素
1.晶体结构和晶体互溶性密排六方晶格的金属具有低摩擦系数,磨损率也低;冶金上互溶性差(指晶格类型、晶格常数、电子密度及电化学性能相差较大)的一对金属摩擦副可获得低摩擦系数和低磨损率,如铜铅合金。
2.温度升高,金属的硬度下降,且互溶性增强,摩擦加剧;温度升高导致氧化速度加剧也可影响磨损性能。
3.一般来说,在真空条件下,磨损严重。
因为大气可在较短时间内在洁净表面形成一定厚度的氧化膜,从而有防止粘着的作用。
此外在摩擦副间添加润滑剂,也是减小磨损的有效方法
2.1认识金属的腐蚀
金属材料表面在环境介质的作用下所引起的破坏或变质称为腐蚀。
所谓环境介质是指和金属接触的物质,例如大气、海水、酸、碱、盐等等,这些物质和金属发生化学反应或电化学反应引起金属的腐蚀,发生生锈、开裂、穿孔、变脆等现象。
2.2金属腐蚀的分类
按腐蚀机理分:
主要有化学腐蚀和电化学腐蚀
化学腐蚀是金属和环境介质直接发生化学作用而产生的损坏,在腐蚀过程中只有电子的得失,没有电流产生,引起金属化学腐蚀的环境介质不能导电。
这种腐蚀的产物一般覆盖在金属的表面。
例如金属的高温氧化、非电解质对金属的腐蚀等。
电化学腐蚀是金属在电解质溶液中发生电化学作用而引起的损坏,在腐蚀过程中不仅有电子的得失,而且有电流产生,引起电化学腐蚀的介质都能导电。
电化学腐蚀比化学腐蚀更为常见和普遍,金属在酸、碱、盐、土壤、海水、潮湿大气等介质中的腐蚀均属于电化学腐蚀的范畴,如钢在室温的氧化、铜表面生成铜绿等。
电化学腐蚀产生的原因是不同金属之间或合金中的不同相之间电极电位不同,存在电位差,当存在电解质溶液时便在金属表面形成了原电池,电位低的部分(阳极)被腐蚀,电位高的部分(阴极)被保护,不同金属之间或合金中的电位差越大、原电池效应越明显,腐蚀速度越快。
从上述原理可以看出,金属零件发生电化学腐蚀的基本条件是:
1.零件是由二种不同金属组成,或使用的合金中不同区域或不同相的电极电位不同。
2.不同电极电位的部分彼此是非绝缘的,可以有电子的流动。
3.有电解质存在。
2.3金属腐蚀的防护
1.正确选用金属材料,合理设计工件结构2.金属表面覆盖保护层3.牺牲阳极的阴极保护法
2.3.1正确选用金属材料,合理设计工件结构:
正确选择金属材料是防止金属腐蚀的最根本措施。
应根据材料工作环境中介质的性质、产生腐蚀的类型及程度合理选择材料,在满足主要技术、工艺和经济指标的前提下,应尽可能使用在给定的腐蚀条件下稳定性好的材料。
不锈钢是工程中最常用的耐蚀材料
在设计方面,工件的结构和组合应该符合防腐蚀规律,要尽量避免电位差较大的金属直接搭接和铆接
在金属表面形成一层保护膜,隔绝金属和腐蚀介质,是防止金属腐蚀的一种有效方法,尤其是化学腐蚀。
金属覆盖保护可分为阴极覆盖保护和阳极覆盖保护,作为阳极覆盖层的金属,应比主体金属有更负的电极电位,例如在铁基合金上覆盖Zn、Al等;阴极覆盖层金属的电极电位比被保护的主体金属更正,如在铁基合金上覆盖Ni、Cu、Sn、Pb等,主体金属是阳极,覆盖层是阴极,所以覆盖层必须是完整的才能达到保护基体的目的。
也可以通过金属材料本身形成这层钝化膜,如向钢中加入Cr、Al等元素,使钢产生钝化。
2.3.3牺牲阳极的阴极保护法
电化学腐蚀的必要条件是阳极、阴极、电解质、电流回路,除去或改变其中任何一个条件即可阻止或减缓腐蚀的进行。
2.3.3牺牲阳极的阴极保护法
牺牲阳极的阴极保护法是利用电位比被保护金属低的金属或合金作为阳极,与作为阴极的被保护金属构成一个原电池。
当发生电化学腐蚀时,电位低的阳极不断地被腐蚀,而阴极(被保护金属)不会腐蚀而得到保护。
第二单元金属表面预处理
金属材料或工件在运输、加工、存放过程中,表面往往带有氧化皮、铁锈、残留的型砂、尘土以及油脂等污物。
这些污物如不能很好去除,将直接影响表面涂覆层与基体的结合力和耐腐蚀性能,将无法得到与基体结合牢固、致密、外观平整光滑的涂覆层,影响材料或工件的力学性能和使用寿命。
金属表面状态和清洁程度是保证表面处理效果的先决条件。
金属表面预处理一般包括表面整平、脱脂、除锈和活化等工序。
表面整平是指通过机械或化学方法去除材料表面的毛刺、锈蚀、划痕、焊瘤、焊缝凸起、砂眼、氧化皮等宏观缺陷,提高材料表面平整度的过程。
表面整平目的除保障表面处理质量外,还可用于对材料或零件的表面装饰。
金属材料表面整平包括:
机械整平化学处理方法
机械整平:
借助手工工具、动力工具或喷、抛丸(粒)等机械力去除材料表面的腐蚀产物、油污及其他杂物,以获得清洁表面的过程。
机械整平方法包括喷砂、喷丸、磨光、抛光和滚光等。
1.1什么是喷砂:
喷砂是利用压缩空气把磨料高速喷射到零件表面,对其进行清理的一种方法。
工厂里也叫吹砂,常用的磨料有钢砂、石英砂、氧化铝、碳化硅等,最常用的是石英砂,砂粒的尺寸一般为2.5~3.5mm。
1.2喷砂的应用范围:
清除热处理件、锻件、铸件以及轧制板材表面的氧化皮或型砂。
清除工件表面的锈蚀、毛刺或油脂。
对于一些不能用酸浸蚀去除的氧化皮,或在去除氧化皮时容易引起过度浸蚀的情况下,对工件的表面进行预处理。
在进行特殊无光泽电镀前,获得均匀无光泽表面的零件。
1.3喷砂的分类
喷砂分干喷砂和湿喷砂两种。
有些零件的特殊部位不允许喷砂,必须进行适当地保护。
干喷砂又分机械喷砂与空气压力喷砂两种类型。
每一类型又可分为手工、半自动或连续自动等多种方式。
采用的喷砂机有自流式、离心式、吸入式和压力式等。
湿喷砂是在砂料中加入定量的水,使之成为砂水混合物,以减少砂料对零件表面的冲击作用,从而减少金属材料的去除量,使零件表面更光洁。
为防止钢铁件锈蚀,水中可加入亚硝酸钠、碳酸钠、重铬酸钠等作缓蚀剂。
湿喷砂通常有雾化喷砂、水-气喷砂和水喷砂三种类型,喷砂方式和喷砂机的结构各不相同。
湿喷砂的应用与干喷砂相似,但主要用于较精密的加工,其优点是污染小
2.1什么是磨光
磨光是借助粘有磨料的特制磨光轮<或带>的旋转,以切削金属零件表面的过程。
磨光可去掉零件表面的毛刺、锈蚀、划痕、焊瘤、焊缝、砂眼、氧化皮等各咱宏观缺陷,以提高材料或零件的平整度。
磨光效果主要取决于磨料的特性、磨光轮的刚性和轮轴的旋转速度。
磨光的效果除取决于磨料的种类和粒度外,还与磨光轮或磨光带的刚性和磨光速度有关。
应根据工件材料的不同,选择适宜的磨轮转速。
零件形状简单或钢铁件粗磨时,可用较大的转速,而零件形状复杂或磨光非铁金属(铜、锌、铝)以及其合金的,要采用较小的速度。
但过大的圆周速度会使磨光轮的使用寿命降低;而磨光速度太小时,生产效率低,表面质量差。
三、机械抛光抛光通常都在表面处理后进行,对表面涂镀层进行精加工;也可用于表面前对基体表面进行预加工。
机械抛光是用涂有抛光膏的抛光轮对工件表面进行加工,其目的是去除金属表面的细微划痕,降低工件的表面粗糙度值,使工件获得装饰性外观。
抛光的分类依据抛光后表面质量的不同,机械抛光可分为粗抛、中抛与精抛三类。
粗抛是用硬轮对经过或未经过磨光的表面进行抛光,有一定的磨削作用,能除去粗的磨痕。
中抛是用较硬的抛光轮对经过粗抛的表面做进一步的加工,能除去粗抛留下的划痕,产生中等光亮的表面。
精抛是用软轮抛光获得镜面光亮的表面,磨削作用很小,可使金属表面获得镜面光泽。
1.滚光滚光是将零件放入盛有磨料和滚光溶液的滚筒中,借助滚筒的旋转,使零件与磨料、零件与零件相互摩擦达到清理零件表面的目的。
滚光可以除去零件表面的油污和氧化皮,使零件表面光泽。
滚光可以全部或部分代替磨光、抛光,但只适用于大批量且表面粗糙度要求不高的零件。
滚光有干法和湿法之分
2.刷光刷光是使用金属丝﹑动物毛﹑天然或人造纤维制成的刷光轮对工件表面进行加工的方法,主要用于除去工件表面的氧化皮﹑锈蚀﹑焊渣﹑旧油漆及其他污物;也用于除去零件机加工后留在表面棱边的毛刺。
常用刷光轮一般由钢丝和黄铜丝等材料制成。
零件材质较硬者,应采用钢性大的钢丝刷轮,同时采用较大的转速;反之,采用黄铜丝的刷轮。
刷光可分为机械刷光和手工刷光。
两者多采用湿法,即用水或溶液保证刷光进行,一般都采用水做刷光液,对钢铁材料的刷光也有采用3%~5%磷酸钠溶液的
一、电解抛光电解抛光是将工件置于阳极,在特定的溶液中进行电解。
工件表面微观凸出部分电流密度较高,溶解较快,而微观凹入处电流密度较低,溶解较慢,从而达到平整和光亮的目的。
二、化学抛光化学抛光是在合适的溶液和工艺条件下,利用溶液对工件表面的浸蚀作用,使工件表面整平,获得比较光亮的表面。
化学抛光可用于仪器、铝质反光镜的表面精饰,以及零件或镀层的装饰性加工。
同电解抛光比较,化学抛光的优点是,不需外加电源和导电挂具,可以处理形状更为复杂的零件,生产效率高等。
表面脱脂表面油污是影响金属表面处理质量的重要因素,油污的存在会使表面涂层与基体的结合力下降,甚至使涂层起皮、脱落。
为此,在进行表面处理前要进行脱脂,彻底去除油污。
脱脂方法按脱脂剂不同可分为有机溶剂脱脂、化学脱脂、电化学脱脂、乳化清洗脱脂和超声波脱脂等;按操作方法可分为擦拭法、浸渍法和电解法等。
油脂可分为皂化性油脂和非皂化性油脂两类。
化学脱脂就是利用碱溶液对皂化性油脂的皂化作用或表面活性物质对非皂化性油脂的乳化作用,除去工件表面上各种油污的过程。
所以,其脱脂液中一般都含有碱性物质和表面活性物质。
碱液除油的优点是成本低、无毒、不会燃烧;缺点是生产效率低(除油时间长)
有机溶剂脱脂的特点:
有机溶剂脱脂的特点是不需要加温、脱脂速度快、对金属表面无腐蚀,特别适合那些用碱液难以除净的高粘度、高熔点的矿物油,因此适合几乎所有表面处理技术的预处理,尤其是油污严重的零件或易被碱性脱脂液腐蚀的金属零件初步脱脂。
但这种脱脂不彻底,需要用化学法或电化学法再补充脱脂;而且大部分有机溶剂易燃、有毒、成本较高,故操作时要注意安全,加强防护,保持良好的通风换气。
电化学脱脂电化学脱脂在工厂中又称为电解脱脂或电净,脱脂速度和效果都远好于化学脱脂,是生产中最常用的脱脂方法。
它是将挂在阴极或阳极的金属工件浸到电解液中,并通以直流电,使油脂与工件分离的工艺过程。
根据工件的极性,电化学脱脂分阴极脱脂、阳极脱脂和阴-阳极联合脱脂。
阴极脱脂的效果好、效率高,基体不受腐蚀;但容易造成工件渗氢,造成氢脆和杂质在阴极析出的现象,适用于非铁金属及其合金。
阳极脱脂虽然没有这些缺点,效率较低,对基体腐蚀大,适用于高碳钢、弹性材料等。
联合电化学脱脂法即先阴极脱脂,然后短时间阳极脱脂;或先阳极脱脂,然后短时间阴极脱脂,兼有前二者的优点,是最有效的电化学脱脂方法。
表面除锈除锈就是除去金属表面的氧化皮和锈迹,常用的方法有机械法、化学法和电化学法。
其中机械法就是利用机械的方法使工件表面达到整平的同时除去表面锈层,如喷砂、磨光、滚光等
一、什么是化学除锈学除锈法是利用酸或碱溶液对工件表面进行浸蚀处理,使表面的锈层通过化学作用和浸蚀过程中所产生的氢气泡的机械剥离作用而被除去。
化学除锈多采用酸性溶液,故又称为酸洗或浸蚀。
按浸蚀程度不同又分为强浸蚀、光亮浸蚀和弱浸蚀;其中弱浸蚀又称为活化。
3、活化
工件在经过脱脂和除锈后,在进行表面处理之前,要进行活化处理,其实质就是弱浸蚀。
目的是经过在弱浸蚀液中短时间的轻微腐蚀作用,使工件表面活化,露出金属的结晶组织,以保证涂覆层与基体结合牢固。
因为活化所用溶液浓度较小,不会对工件表面粗糙度造成影响。
四.钝化金属钝化与活化正好相反,是指金属材料在其表面生成一层连续的、致密的氧化膜,从而使金属基体与外界腐蚀介质隔离,防止发生腐蚀。
铝、铬等金属在大气中有很好的钝化性能。
一、什么是电化学除锈电化学除锈是指在酸或碱溶液中以工件作阳极或阴极进行电解剥离,或由于阳极析氢而搅动溶液和不断更新工件表面浸蚀液而加速除去表面锈层的方法。
二、电化学除锈的分类根据工件极性的不同,电化学除锈分为阳极浸蚀和阴极浸蚀两种。
阳极浸蚀虽然不会使工件产生氢脆现象,但速度慢,对基体金属有腐蚀作用,只适用于薄氧化皮工件。
阴极浸蚀不会使工件产生过腐蚀,速度快,也可适用于厚层氧化皮工件,但有使工件产生渗氢的缺点。
三、电化学除锈的特点与化学除锈方法相比,电化学除锈更容易迅速除去金属表面粘结牢固的氧化皮,即使酸液浓度有些变化也不会显著影响浸蚀效果,且对基体腐蚀小,操作管理容易,但此法需要专门设备,要增加挂具作业,且有氧化皮溶解不均的现象。
经过脱脂和浸蚀的工件表面活性很高,更容易生锈和受腐蚀,若不能立即进行表面处理或转入下道工序时,工件将再次锈蚀,影响表面处理质量,所以应进行工序间防锈处理。
第三单元金属表面改性技术
表面改性技术是指采用某种工艺手段,改变金属表面的化学成分或组织结构,从而赋予工件表面新的性能。
金属材料经表面改性处理后,既能发挥金属材料本身的力学性能,又能使其表面获得各种特殊性能,如耐磨性、耐腐蚀性、耐高温性及其它物理化学性能。
表面改性技术包括表面形变强化、表面热处理、化学热处理、高能束表面处理等技术。
1.仅对钢的表面加热、冷却而不改变其成分的热处理工艺称为表面热处理,也叫表面淬火。
2.化学热处理是将钢件置于一定温度的活性介质中保温,使一种或几种元素渗入它的表面,改变其化学成分和组织,达到改进表面性能,满足技术要求的热处理过程。
表面淬火按照实现方式,表面淬火可分为:
感应加热表面淬火
火焰加热表面淬火
电接触加热表面淬火
电解液加热表面淬火
1.感应加热表面淬火原理感应线圈中通以交流电时,即在其内部和周围产生一与电流相同频率的交变磁场。
若把工件置于磁场中,则在工件内部产生感应电流,并由于电阻的作用而被加热。
由于交流电的集肤效应,靠近工件表面的电流密度大,而中心几乎为零。
工件表面温度快速升高到相变点以上,而心部温度仍在相变点以下。
感应加热后,采用水、乳化液或聚乙烯醇水溶液喷射淬火,淬火后进行180-200℃低温回火,以降低淬火应力,并保持高硬度和高耐磨性。
2.电流频率与淬硬深度的关系:
在淬火温度状态下,电流透入的深度与感应电流的频率有关,电流频率越高,电流透入深度越薄,淬火后硬化层也就越薄。
3.淬火层深度(δ)与电流频率(f)的关系:
δ=500/√f(mm)
3.感应加热表面淬火应用范围为零件心部的性能,感应加热淬火的预备热处理常采用正火或调质。
表面淬火后,必须对零件进行低温回火处理,以降低淬火应力和脆性。
感应加热淬火零件的加工工艺路线为:
下料-----锻造-----调质或正火------切削加工-----感应加热淬火+低温回火-----精加工-----检验
感应加热表面淬火特点1.高频感应加热时,钢的奥氏体化是在较大的过热度(Ac3以上80℃~150℃)进行的,因此晶核多,且不易长大,组织细小。
2.表面层淬得马氏体后,由于体积膨胀在工件表面层造成较大的残余压应力,显著提高工件的疲劳强度。
3.因加热速度快,没有保温时间,工件的氧化脱碳少。
另外,由于内部未加热,工件的淬火变形也小。
4.加热温度和淬硬层厚度(从表面到半马氏体区的距离)容易控制,便于实现机械化和自动化。
5.工艺设备较贵,维修调整困难,对于形状复杂的零件的感应器不易制造。
2.火焰加热表面淬火原理:
火焰加热表面淬火是用乙炔-氧或煤气-氧等火焰加热工件表面,进行淬火。
2.1火焰加热表面淬火的特点火焰加热表面淬火和高频感应加热表面淬火相比,具有设备简单,成本低等优点。
可对大型零件局部实现表面淬火。
缺点是生产率低,零件表面容易产生过热,淬硬层的均匀性远不如感应淬火,质量控制也比较困难。
3.电接触加热表面淬火电接触加热表面淬火是利用触头和工件间的接触电阻使工件表面加热,并借助本身未加热部分的热传导来实现淬火冷却。
原理:
变压器二次侧线圈供给低电压大电流,在电极(铜滚轮或碳棒)与工件表面接触处产生局部电阻加热。
当电流足够大时,产生的热能足以使此部分工件表面温度达到淬火临界温度以上,然后靠工件的自行冷却实现淬火。
3.1特点和应用电接触加热表面淬火能显著提高工件的耐磨性和抗擦伤能力,淬火后表面硬度可达50~55HRC。
但淬硬层较薄(0.15~0.30mm),金相组织及硬度的均匀性都较差。
这种方法的优点是设备简单、操作方便、工件变形小,淬火后不需回火。
4.化学热处理将金属或合金工件置于一定温度的活性介质中保温,使一种或几种元素渗入它的表层,以改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺。
化学热处理的目的和分类:
:
化学热处理的作用主要有以下两个方面,一方面是提高工件表层的某些力学性能,如表层硬度、耐磨性、疲劳极限等。
另一方面是保护工件表面,提高工件表层的物理、化学性能,如耐高温、耐腐蚀等。
按渗入的元素不同,化学热处理可分为:
渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗硼、渗金属等。
渗入元素介质可以是固体、液体和气体
钢的渗碳:
钢件在渗碳介质中加热和保温,使碳原子渗入到钢表层的化学热处理工艺叫渗碳。
目的:
提高表层的硬度的耐磨性,并保持心部良好的韧性。
渗碳工艺根据渗碳剂的不同,渗碳方法可分为固体渗碳、液体渗碳和气体渗碳。
气体渗碳法的生产率高,渗碳过程容易控制,渗碳层质量好,且易实现机械化与自动化,故应用最广。
3.2气体渗碳气体渗碳法的生产率高,渗碳过程容易控制,渗碳层质量好,且易实现机械化与自动化,故应用最广。
渗碳后的热处理工件渗碳后必须进行热处理,常用的热处理方法是淬火低温回火。
渗碳后可直接淬火,但由于渗碳温度高,奥氏体晶粒长大,淬火后马氏体较粗,残余奥氏体也较多,所以耐磨性较低,变形较大。
为了减少淬火时的变形,渗
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