[精选]材料表面改性技术.pptx

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1、1.4.4金属材料的表面改性技术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。一、金属表面形变强化原理：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，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（一）形变强化的主要方法2、喷丸利用高

2、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。1、滚压主要有滚压、内挤压和喷丸（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可分为机械离心式弹丸机和气动式弹丸机两大类。（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。1、

3、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3、喷丸表面质量及影响因素（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

4、而提高零件的疲劳强度。（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。二、表面热处理定义：表面热

5、处理是指仅对零部件表层加热、冷却，从而改变表层组织和性能而不改变成份的一种工艺，是最基本、应用最广泛的材料表面改性技术之一。原理：当工件表面层快速加热时，工件截面上的温度分布是不均匀的，工件表层温度高且由表及里逐渐降低。如果表面的温度超过相变点以上达到奥氏体状态时，随后的快冷可获得马氏体组织，而心部扔保留原组织状态，从而得到硬化的表面层，即通过表面层的相变达到强化工件表面的目的。感应加热表面淬火（一）感应加热基本原理利用电磁感应原理，在工件表面产生密度很高的感应电流，并使之迅速加热至奥氏体状态，随后快速冷却获得马氏体组织的淬火方法。当感应圈中通过一

6、定频率交流电时，在其内外将产生与电流变化频率相同的交变磁场。将工件放入感应圈内，在交变磁场作用下，工件内就会产生与感应圈频率相同而方向相反的感应电流。感应电流沿工件表面形成封闭回路，通常称之为涡流。此涡流能将电能变成热能，使工件加热。涡流在被加热工件中的分布由表面至心部呈指数规律衰减。因此涡流主要分布在工件表面，工件内部几乎没有电流通过。这种现象叫做表面效应或集肤效应。感应加热就是利用集肤效应，依靠电流热效应把工件表面迅速加热到淬火温度的。当工件表面在感应圈内加热到相变温度时，立即喷水或浸水冷却，实现表面淬火工艺。感应电流透入深度：从电流密度最大的

7、表面到电流值为表面的1/e(e=2.718)处的距离。硬化层深度：硬化层深度总小于感应电流透入深度超过失磁点的的电流透入深度称为热态电流透入深度（），低于失磁点的电流透入深度称为冷态电流透入深度（）。对于钢（二）感应加热表面淬火的分类1高频感应加热表面淬火：电流频率80－1000kHz，表面硬化层深度0.5~2mm。主要用于中小模数齿轮和小轴的表面淬火2中频感应加热表面淬火：电流频率2500－8000Hz，表面硬化层深度3~6mm。主要用于淬硬层要求较深的零件，如发动机曲轴、凸轮轴、大模数齿轮等。3工频感应加热表面淬火：电流频率50Hz，表面硬化层

8、深度10~15mm。适用于大直径钢材的穿透加热及要求淬硬层深的大工件的表面淬火。工件表面淬火后应进行低温回火以降低残余应力