工程材料及机械制造基础 第四章 钢的热处理解析.ppt

由于化学气相沉积膜层具有良好的耐磨性、耐蚀性、耐热性及电学、光学等特殊性能，已被广泛用于机械制造、航空航天、交通运输、煤化工等工业领域。 经CVD处理的模具 经CVD处理的活塞环 三、三束表面改性技术 三束表面改性技术是指将激光束、电子束和离子束(合称“三束”)等具有高能量密度的能源(一般大于103W/cm2)施加到材料表面，使之发生物理、化学变化，以获得特殊表面性能的技术。 激光束加工 电子束加工 等离子束加工 进行快速加热和快速冷却，使表层的结构和成分发生大幅度改变（如形成微晶、纳米晶、非晶、亚稳成分固溶体和化合物等），从而获得所需要的特殊性能。 束流技术还具有能量利用率高、工件变形小、生产效率高等特点。 由于这些束流具有极高的能量密度，可对材料表面 离子束溅射系统 1、激光束表面改性技术 激光束能量密度高(106W/cm2)，可在短时间内将工件表面快速加热或融化, 而心部温度基本不变; 当激 光辐射停止后，由于散热速度快，又会产生“自激冷”。 激光表面改性技术主要应用于以下几方面: CO2激光器 ⑴ 激光表面淬火（激光相变硬化） 激光表面淬火件硬度高（比普通淬火高15~20%）、耐磨、耐疲劳，变形极小，表面光亮。 已广泛用于发动机缸套、滚动轴承圈、机床导轨、冷作模具等。 激光表面淬火件 激光表面淬火 ⑵ 激光表面合金化 预先用镀膜或喷涂等技术把所要求的合金元素涂敷到工件表面，再用激光束照射涂敷表面，使表面膜与基 体材料表层融合在一起并迅速凝固，从而形成成分与结构均不同于基体的、具有特殊性能的合金化表层。 已成功用于发动机阀座和活塞环、涡轮叶片等零件的性能和寿命的改善。 激光合金化热剪断刀 电子束表面改性技术是以在电场中高速移动的电子作为载能体,电子束的能量密度最高可达109W/cm2。 除所使用的热源不同 外，电子束表面改性技术与激光束表面改性技术的原理和工艺基本类似。 凡激光束可进行的处理，电子束也都可进行。 电子束表面改性装置 2、电子束表面改性技术 与激光束表面改性技术相比，电子束表面改性技术还具有以下特点: ①由于电子束具有更高的能量密度， 所以加热的尺寸范围和深度更大。 ②设备投资较低，操作较方便（无需象激光束处理那样在处理之前进行“黑化”）。 ③因需要真空条件，故零件的尺寸受到限制。 电子束物理气相沉积 3、离子注入表面改性技术 离子注入是指在真空下，将注入元素离子在几万至几十万电子伏特电场作用下高速注入材料表面，使材料表面层的物理、化学和机械性能发生变化的方法。 离子注入航空液压泵配流盘 离子注入设备 离子注入的特点是： 可注入任何元素，不受固溶度和热平衡的限制； 注入温度可控，不氧化、不变形； 注入层厚度可控，注入元素分布均匀； 注入层与基体结合牢固，无明显界面； 可同时注入多种元素，也可获得两层或两层以上性能不同的复合层。 离子注入机 ③ 工频感应加热频率为50Hz,淬硬层深度10-15 mm 各种感应器 感应穿透加热 ⑵ 火焰加热: 利用乙炔火焰直接加热工件表面的方法。成本低，但质量不易控制。 ⑶ 激光热处理: 利用高能量密度的激光对工件表面进行加热的方法。效率高，质量好。 火焰加热表面淬火示意图 激光表面热处理 火焰加热表面淬火 激光表面热处理 二、 钢的化学热处理 化学热处理是将工件置于特定介质中加热保温，使 介质中活性原子渗入工件表层从而改变工件表层化学成分和组织,进而改变其性能的热处理工艺。 与表面淬火相比，化学热处理不仅改变钢的表层组织，还改变其化学成分。 化学热处理也是获得表硬里韧性能的方法之一。 根据渗入的元素不同，化学热处理可分为渗碳、氮化、多元共渗、渗其他元素等。 可控气氛渗碳炉 渗碳回火炉 （一）化学热处理的基本过程 1、介质(渗剂)的分解: 分解的同时释放出活性原子。 如：渗碳 CH4→2H2+[C] 氮化 2NH3→3H2+2[N] 2、工件表面的吸收: 活性原子向固溶体溶解或与钢中某些元素形成化合物。 3、原子向内部扩散。 氮化扩散层 （二）钢的渗碳是指向钢的表面渗入碳原子的过程。 1、渗碳目的 提高工件表面硬度、耐磨性及疲劳强度，同时保持心部良好的韧性。 2、渗碳用钢 为含0.1-0.25%C的低碳钢。碳高则心部韧性降低。 经渗碳的机车从动齿轮 气体渗碳法示意图 3、渗碳方法 ⑴ 气体渗碳法 将工件放入密封炉内，在高温渗碳气氛中渗碳。 渗剂为气体 (煤气、液化气等)或有机液体(煤油、甲醇等)。 优点: 质量好, 效率高； 缺点: 渗层成分与深度不易控制。 ⑵ 固体渗碳法 将工件埋入渗剂中，装箱密封后在高温下加热渗碳。 渗剂为木炭。 优点：操作简单； 缺点：渗速慢，劳动条件差。 ⑶ 真空渗碳法 将