表面强化技术.doc

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1、1表而强化技术概述1」表面强化技术概述表面工程是一个既古老乂新颖的学科，人们使用表面工程技术己有悠久的彷史。追溯到儿千年前，我国早在春秋战国时期就L1经开始应用钢的淬火、铜器热镀锡、湮金及汕漆等古老技术。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人关键技术，进入20世纪90年代发展势头出现工程研究的热潮，儿乎涉及了工业的齐个领域，表面工程技术仍是将是主导21世纪的关键技术之一。表血工程是经表血欲处理厉，通过表血涂覆、表血改性或表iiij复合处理，改变同体金属表面或非金属表面的化学成分、组织结构、形态和应

2、力状态等，以获得所需要表面性能的系统工程。它是近代技术与经典表面工艺相结合而繁衍、发展起來的，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。1.2表面技术的概念及意义2.2表血热处理强化2.2.1渗碳为增加钢件表面的碳含量和形成一定的碳浓度梯度，将钢件在渗碳介质中加热并保温，使碳原子渗入表层的化学热处理工艺称为渗碳。渗碳是将钢件加热到奥氏体状态，进行碳渗入及扩散，随厉淬火并低温冋火。其目的是改善表层及心部组织，提高表面换度和耐磨性,增加抗疲劳强度。儿种常见的渗碳方法、特点及应用范囤见卜图：渗碳方法特点应用范围气体渗碳生产率

3、高、操作方便、容易实现白动化连续生产，渗层质量好，但废气有污染大批量生产，应用最广液体渗碳加热速度快、生产周期短，操作简单、小件、细长件、薄件渗碳,批量生产，应用很少固体渗碳渗碳周期长，劳动条件差，渗层碳含量不易控制，但不需要专用设备单件、小件、小批量生产,应用较少离子渗碳渗速快、质量好，节电与节气、无污染，但专用设备成本高重载和精密件深层渗碳，批最生产，应用正在扩大真空渗碳可以高温渗碳、渗速快，表层无氧化，质量好，显著改善劳动条件，但专用设备成本高，容易产生炭黑梢密件，关键件，批量生产，应用正在扩人流态床渗碳传热快、渗速比气体法快，气氛容易

4、控制或改变，有利于符合处理，对进行高浓度渗碳批景生产，开始应用高频加热气体渗碳利川高频加热高温渗碳，渗速快。炉外制备渗碳气体通入渗碳。可列入冷加工流水线生产、设备成本较高只适用于单一品种生产，多品种渗碳质量难控制(1)渗碳的化学反应钢渗碳一般在900〜950°C间进行，渗碳剂的种类多，渗碳的化学反应复杂。对于钢件气体渗碳，无论采用哪种渗碳剂，其主要渗碳气氛的组分为CO和CH4。CO的渗碳能力较弱，而CH4渗碳能力较强，产生活性C原子的反应，可选择下列四个独立反应方程表示，即2C0二C02+[C]CH4=2Il2+[C]CO+Ib二氏0+[C]

5、C0二％O2+[C]渗碳过程渗碳过程可归纳为三个过程，1）炉内渗碳介质化学反应，产生CO,CH4等渗碳组分。2）渗碳组分向钢表面扩散被吸附，并与钢件反应，产生活性炭原子渗入钢件表面，反应产物1【2、C02和H20、02等离开表面。3）碳原子像钢件内部扩散，形成碳浓度梯度分布的渗碳层。渗碳过程中，碳原子被吸附反应的机理，1=1前有两种解释，一•种是先形成FesC薄层,乂瞬息分解使碳碳溶入到奥氏体中；另一-种解释是碳原子直接溶解于奥氏体屮，达到饱和时，才形成FesCo厉一种解释被多数人接受，因为形成化合物-FesC是以改变铁的晶格方式进行，需耍更

6、人的能量，因此碳原子溶入］古I溶体应在形成Fe3C之选。但这并不排除钢屮如有强碳化物形成元素时，碳与合金元素直接形成碳化物的可能性。（3）渗碳过程相关的重要参量1）碳势Cp。碳势是指表征含碳气氛在一•定温度下，改变钢件表面碳含最的能力的参数。通常可用低碳钢箔（厚度＜0.1mm）在含碳气氛屮的平衡含碳量來表示。2）钢屮碳活度8C。钢在渗碳过程屮奥氏体屮碳的饱和蒸汽压（pc）与相同温度卜-冇墨标准态的饱和蒸汽压（）之比称为钢屮碳的活度。它的物理意义是奥氏体屮有效浓度。与气氛碳势（Cp）和钢件表而实际碳含量（Cs）之间的差值（Cp-Cs）之比为碳的

7、传递系数（0）,它表征渗碳气•固相界面反应速度的常数，也称为碳的传递系数。碳传递系数与渗碳温度，渗碳介质及气氛组分等有关。4）碳的扩散系数。表征扩散过程速度的一个重要参量是扩散系数D。它的物理意义是，在单位时间内，单位而积上，单位浓度坡度情况下通过的物理数量（g）,它的量纲是：cm/s或cm/do影响扩散系数最主要的渗碳温度，如不考虑钢屮碳与合金元索含量的影响，扩散系数D与温度T（K）的关系可近似表达为D二DOe。渗碳温度为800-1000°C时，碳在奥氏体中扩散系数可用下式近似计算。三、电火花强化P68•定义：通过电火花的放电作用把一种导电

8、材料涂敷熔渗到另一种导电材料的表面，从而改变厉者表面的性能。❖（如把换质合金材料涂到用碳索钢制成的各类刀具、量具及零件表而，可人幅提高其表面硬度（硬度可达70~74