表面工程和表面处理新技术知识培训20171220.pptx
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表面工程和表面处理新技术知识培训20171220.pptx
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材料表面处理知识培训材料表面处理知识培训引言引言材料表面处理是利用现代物理化学、金属学和热处理等学科的边缘性新技术来改变材料表面的状况和性质,使之与心部材料作优化组合,以达到预定性能要求的方法与工艺,它是近代技术与经典表面工艺相结合而繁衍、发展起来的,有着坚实的科学基础,具有明显的交叉、边缘学科的性质和极强的实用性。
表面工程技术概述表面工程技术概述1金属材料表面热处理金属材料表面热处理2表面强化处理技术及发展趋势表面强化处理技术及发展趋势3离子束表面改性技术应用离子束表面改性技术应用4目录目录01表面工程技术概述表面工程技术概述表面工程技术表面工程技术起源起源表面工程是一个既古老又新颖的学科,人们使用表面工程技术已有悠久的历史。
追溯到几千年前,我国早在春秋战国时期就已经开始应用钢的淬火、铜器热镀锡、鎏金及油漆等古老技术。
但是,表面工程的迅速发展还是从19世纪工业革命开始,20世纪80年代成为世界上10大关键技术,进入20世纪90年代发展势头出现工程研究的热潮,几乎涉及了工业的各个领域,表面工程技术仍是将是主导21世纪的关键技术之一。
表面工程技术表面工程技术发展发展勾践剑:
宝剑通长55.6厘米,剑身长47.2厘米,剑身宽4.6厘米,重857.4克。
1965年于湖北荆州出土,历经2500多年仍未生锈,且能吹发可断、一下划破20多张复印纸。
剑表面黑色部位是经硫化处理而形成的,主要作用是防锈。
表面工程技术表面工程技术why研究?
研究?
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。
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。
零件在服役过程中,失效的主要形式为:
腐蚀(Corrosion)、磨损(Wear)、疲劳(Fatigue)、断裂(Fracture)表面工程技术表面工程技术why研究?
研究?
随着现代工业的迅猛发展,对机械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,这就必然对产品材料表面的耐磨、耐蚀等性能以及表面装饰提出了更高的要求,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。
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。
开始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。
飞机发动机轴承在高温、高速下需要保证高的可靠性。
火箭发动机的尾喷管内壁和燃烧室需承受20003300温度和巨大的热焰流冲击。
表面工程技术表面工程技术作用作用定义:
通过表面涂覆、表面改性或表面复合处理,改变固体金属表面或非金属表面的化学成分、组织结构、形态和应力状态等,以获得所需要表面性能的系统工程。
1.1.通通过过表表面面处处理理大大幅幅度度提提高高产产品品质质量量和和表表面面力学性能。
力学性能。
2.2.节约贵重材料。
节约贵重材料。
3.3.实实现现材材料料表表面面复复合合化化,解解决决单单一一材材料料无无法法解决的问题。
解决的问题。
4.4.修复整体优势,良好的节能、节材效果。
修复整体优势,良好的节能、节材效果。
表面工程技术表面工程技术作用作用表面涂层技术:
在基体表面制备各种镀、涂覆层。
如:
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;表面改性技术:
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、离子注入等。
表面复合技术:
多种表面处理技术优化复合在一起对材料进行表面处理,制备出复合涂层的技术。
如:
等离子喷涂与激光辐照复合、激光淬火与化学热处理复合、离子注入与气相沉积复合等等。
表面工程技术表面工程技术分类分类涂层复合涂层改性层表面工程技术表面工程技术分类分类表面淬火表面淬火热扩渗技术热扩渗技术等离子体等离子体扩渗技渗技术金金属属表面形表面形变强化强化激光表面强化技术激光表面强化技术电镀和化学镀电镀和化学镀热喷涂技术热喷涂技术电子束表面强化技术电子束表面强化技术气相沉积技术气相沉积技术离子束表面强化离子束表面强化表面工程技术02金属材料表面热处理金属材料表面热处理表面淬火表面淬火热扩渗技术热扩渗技术等离子体等离子体扩渗技渗技术金属材料热处理金属材料热处理常识常识热处理是将固态金属或合金采用适当的方式进行加热、保温和冷却以获得所需要的组织结构与性能的工艺。
临界温度界温度平衡平衡时:
A1、A3、Acm加加热时:
Ac1、Ac3、Accm冷却冷却时:
Ar1、Ar3、Arcm热处理目的:
提高和改善钢的性能。
冷却过程是热处理的关键,决定钢在室温下的组织。
金属材料热处理金属材料热处理“四把火四把火”退火:
将金属或合金加热到适当温度,保温一定时间,随炉缓慢冷却的热处理工艺。
(1)降低钢的硬度,使其易于切削加工;)降低钢的硬度,使其易于切削加工;
(2)提高钢的塑性和韧性,以易于切削和冷变形加工;)提高钢的塑性和韧性,以易于切削和冷变形加工;(3)消除钢中的组织缺陷,为热锻、热轧或热处理作好组织准备;)消除钢中的组织缺陷,为热锻、热轧或热处理作好组织准备;(4)消除前一工序中所产生的内应力,以防变形或开裂。
)消除前一工序中所产生的内应力,以防变形或开裂。
正火;是将工件加热到适宜的温度后在空气中冷却,正火的效果同退火相似,只是得到的组织更细,常用于改善材料的切削性能,也有时用于对一些要求不高的零件作为最终热处理。
(1)对要求不高的结构件,正火可作为最终热处理,细化组织,提高力学性能;对要求不高的结构件,正火可作为最终热处理,细化组织,提高力学性能;
(2)低碳钢正火可提高其硬度,改善切削加工性能;低碳钢正火可提高其硬度,改善切削加工性能;(3)消除共析钢和过共析钢中的网状消除共析钢和过共析钢中的网状Fe3CFe3C。
金属材料热处理金属材料热处理“四把火四把火”退火和正火退火和正火完全退火完全退火(亚共析共析钢,Ac3以上以上完全奥氏体化)完全奥氏体化)等温退火等温退火(同完全(同完全退火,但退火,但时间较短)短)不完全退火和球化退火不完全退火和球化退火(共析(共析钢和和过共析共析钢,(,(Ac1以上以上不完全奥氏体化)不完全奥氏体化)扩散退火散退火(Ac3以上完全奥氏体化,以上完全奥氏体化,长时间,消除枝晶偏析),消除枝晶偏析)去去应力退火力退火(Ac1以下不奥以下不奥氏体化,去除残余氏体化,去除残余应力)力)正火正火(Ac3或或Accm以以上完全奥氏体化,上完全奥氏体化,较快快冷却可冷却可细化晶粒)化晶粒)缓冷,如炉冷冷,如炉冷较快冷却,如空冷快冷却,如空冷金属材料热处理金属材料热处理“四把火四把火”淬火:
将钢件加热到Ac3或Ac1以上3050,保温后急冷,以获得M、B的非平衡组织的热处理工艺。
目的:
提高钢的强度、硬度和耐磨性。
回火:
淬火钢重新加热至A1线以下某一温度,保温后冷却的热处理工艺。
(1)降低脆性。
(2)消除或减少内应力,防止变形和开裂。
(3)获得工件所要求的力学性能。
(4)稳定工件尺寸。
淬透性:
指钢在淬火时获得M的能力,是钢的固有属性。
大截面和动载荷重要零件选择淬透性高的钢心部力学性能对零件的使用寿命无明显影响时选淬透性低的钢金属材料热处理金属材料热处理“四把火四把火”1、什么是调质?
调质处理后钢的组织和性能怎样?
、什么是调质?
调质处理后钢的组织和性能怎样?
淬火后高温回火的复合热处理工艺称调质。
淬火后高温回火的复合热处理工艺称调质。
调质后的组织为回火索氏体,具有综合力学性能。
调质后的组织为回火索氏体,具有综合力学性能。
各各种种热热处处理理组组织织比比较较金属金属表面热处理表面热处理表面淬火表面淬火表面淬火的原理及特点:
利用快速加热将钢件表面加热到相变温度以上转变为奥氏体,然后快冷,形成马氏体组织的硬化层,而心部仍保持其原始组织珠光体、索氏体,且硬化层与基体之间具有不完全淬火的过渡层。
适用材料中、高碳钢,普通灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、合金铸铁。
预处理调质、正火或球化退火。
使表面具有高的硬度、耐磨性和疲劳极限;心部在保持一定的强度、硬度的条件下,具有足够的塑性和韧性。
即表硬里韧。
适用于承受弯曲、扭转、摩擦和冲击的零件。
金属金属表面热处理表面热处理表面淬火表面淬火感应加热表面淬火感应加热表面淬火感应淬火机床感应淬火机床感应淬火机床感应淬火机床感应加感应加热表面热表面淬火淬火示示意图意图火焰加热表面淬火火焰加热表面淬火示意图示意图火火焰焰加加热表表面面淬淬火火快速灵活盐浴法盐浴法熔烧法熔烧法熔盐电解熔盐电解法法粉末包渗粉末包渗法法固固-固扩固扩渗法渗法流化床流化床法法真空扩散真空扩散法法间接气体间接气体扩散法扩散法直接气体直接气体扩散法扩散法固渗固渗气渗气渗热扩渗液渗液渗热浸渡渗热浸渡渗膏剂渗膏剂渗热喷涂渗热喷涂渗化学镀渗化学镀渗电镀渗电镀渗复合扩渗复合扩渗按渗剂在工作温度下物质状态分:
金属金属表面热处理表面热处理热扩渗技术热扩渗技术金属金属表面热处理表面热处理等离子体扩渗技术等离子体扩渗技术定义:
等离子体扩渗技术(PDT)是指利用低真空中气体辉光放电产生的离子轰击工件表面,使金属表面成分、组织结构及性能发生变化的工艺过程,从而起到表面强化的作用。
速度快,气体消耗少,渗层结构可控;工件变形小,表面光洁;适应性广,基本无污染;设备贵,成本高,技术高、产量低。
离子渗氮设备真空炉体气体动态平衡的供气和抽气系统电气系统:
直流高压电源,01000V连续可调,有灭弧装置。
p真空室:
保温式结构、水冷式结构、外加热式结构金属金属表面热处理表面热处理等离子体扩渗技术等离子体扩渗技术03表面强化处理技术及发展趋势表面强化处理技术及发展趋势1-金属表面形变强化金属表面形变强化概念概念原理:
通过机械手段(滚压、喷丸等)在金属表面产生压缩变形,使表面形成形变硬化层,此形变硬化层深度可达0.151.5mm。
在此形变硬化层中产生两种变化:
(1)在组织结构上,亚晶粒极大地细化,位错密度增加,晶格畸变度变大;
(2)形成了高的宏观残余应力。
表面形变强化的主要方法表面锤击表面锤击表面滚压表面滚压内挤压内挤压喷丸喷丸新兴起的,设备体积小,应用方便,效率高国内外广泛应用于弹簧、齿轮链条、轴、叶片、火车轮等用小锤(手工或机械)锤击金属表面,使其内部加工硬化通过滚轮对金属零件表面进行滚压强化使孔的内表面形成形变强化的工艺措施,效果明显超声冲击超声冲击1-金属表面形变强化金属表面形变强化喷丸喷丸模具名称模具名称模具材料模具材料喷丸介质喷丸介质d/mmd/mm一次刃磨使用寿命一次刃磨使用寿命/万次万次喷丸前喷丸前喷完后喷完后电动机定、转子模电动机定、转子模Cr12Cr12铸钢丸铸钢丸0.50.51.23.21.23.211.4911.49定子单模冲模定子单模冲模Cr12Cr12玻璃丸玻璃丸0.250.350.250.3552527070一字槽光冲模一字槽光冲模60Si2Mn60Si2Mn玻璃丸玻璃丸0.250.350.250.350.961.350.961.352.02.32.02.3活扳手热精压模活扳手热精压模3CrW8V3CrW8V铸钢丸铸钢丸0.50.50.1750.1750.2630.263玻璃丸玻璃丸0.250.350.250.350.3880.3880.5170.517喷喷丸丸对对模模具具寿寿命命的的影影响响1-金属表面形变强化金属表面形变强化滚压滚压表面滚压示意图滚压是在常温上用硬质滚柱滚压是在常温上用硬质滚柱或滚轮施压于旋转的工件表或滚轮施压于旋转的工件表面上,并沿母线方向移动,面上,并沿母线方向移动,使工件表面塑性变形、硬化,使工件表面塑性变形、硬化,以获得准确、光洁和强化的以获得准确、光洁和强化的表面,或特定花纹的处理工表面,或特定花纹的处理工艺。
从而提高工件的耐磨性艺。
从而提高工件的耐磨性和抗疲劳能力。
和抗疲劳能力。
1-金属表面形变强化金属表面形变强化喷沙、拉丝喷沙、拉丝素材铁砂喷枪气压治具喷砂机示意图喷砂用途:
喷砂用途:
除掉零件表面的锈蚀、焊渣、积碳、旧除掉
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- 表面工程 表面 处理 新技术 知识 培训 20171220