《表面改性技术》PPT课件

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1、第八章表面改性技术表面改性定义：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。1主要内容金属表面形变强化表面热处理金属表面化学热处理离子束表面扩渗处理高能束表面处理离子注入表面改性28.1金属表面形变强化一、表面形变强化原理原理：通过机械手段（滚压、内挤压和喷丸等）在金属表面产生压缩变形，使表面形成形变硬化层，此形变硬化层的深度可达0.5mm~1.5mm。形变硬化层中产生两种变化：（1）在组织结构上，

2、亚晶粒极大地细化，位错密度增加，晶格畸变度增大。（2）形成了高的宏观残余压应力。作用：提高了金属表面强度、耐应力腐蚀性能和疲劳强度3（一）形变强化的主要方法1、滚压主要有滚压、内挤压和喷丸二、形变强化的主要方法及应用图表面滚压强化示意图42、喷丸利用高速弹丸强烈冲击零部件表面，使之产生形变硬化层并引进残余压应力。广泛应用在弹簧、齿轮、链条、轴、叶片、火车轮等零部件，可显著提高抗弯曲疲劳、抗腐蚀疲劳、抗应力腐蚀疲劳、抗微动磨损、耐点蚀能力。5（二）喷丸表面形变强化工艺及应用2、喷丸强化用的设备按驱动弹丸的方式

3、可分为机械离心式弹丸机和气动式弹丸机两大类。1、喷丸材料铸铁丸、铸钢丸、钢丝切割丸、玻璃丸、陶瓷丸、聚合塑料丸、液体喷丸介质黑色金属制件可以用铸铁丸、铸钢丸、钢丝切割丸、玻璃丸和陶瓷丸有色金属和不锈钢件需采用不锈钢丸、玻璃丸和陶瓷丸。模具表面处理常用二氧化硅液态喷丸（1）机械离心式喷丸机功率小，生产效率高，喷丸质量稳定，但设备制造成本高。适用于要求喷丸强度高、品种少批量大、形状简单尺寸较大的零部件。（2）气动式喷丸机适用于喷丸强度低、品种多、批量少、形状复杂、尺寸较小的零部件。63、喷丸表面质量及影响因素（

4、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。7（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（4）喷丸表层的残余应力喷丸后的残余应力来源于表层不均匀的塑性变形和金属的相

5、变，其中以不均匀的塑性变形最重要。工件喷丸后，表层塑性变形量和由此导致的残余应力与受喷材料的强度、硬度关系密切。材料强度高，表层最大残余应力大，但压应力层深度较浅。反之，强度低的材料表层残余应力较小，但压应力层深度较深。在相同喷丸压力下，大直径弹丸产生的压应力较低，压应力层较深；小直径弹丸产生的表面压应力较高，压应力层较浅。88.2表面热处理定义对零部件表面进行加热、冷却、改变表层组织和性能，不改变其表层成分的热处理工艺。也称作表面淬火技术。9表面淬火的原理零件表面材料快速加热到相变临界点(AC3（亚共析钢

6、）或者AC1（过共析钢）)以上而转变为细小的奥氏体组织，心部材料仍保持在相变临界点以下，保持原有组织。其后用快速冷却，达到淬火目的，获得微细的马氏体组织，提高零件的表面硬度和耐磨性，零件心部未发生相变。10表面淬火工艺主要有：感应加热表面淬火、脉冲表面淬火、火焰加热表面淬火、接触电阻加热表面淬火、浴炉加热表面淬火、电解液加热表面淬火及表面保护加热处理等。118.2.1表面热处理技术一、传统表面热处理技术二、几种新型表面热处理技术12表1传统表面处理技术13一、传统表面热处理技术感应加热表面淬火1.感应加热表

7、面淬火的特点2.感应加热表面淬火原理3.感应加热表面淬火设备4.感应加热表面淬火工艺5.感应加热表面淬火的应用火焰加热表面淬火141.感应加热表面淬火特点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

8、体，故感应加热表面淬火工件的表面硬度比一般淬火的高2～3HRC。感应加热表面淬火15④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