表面工程期末大作業(yè)

1、西安石油大學設計期末大作業(yè)：文獻綜述內容：針對某一種具體的表面工程技術，通過查閱相關的文獻（期刊論文或專著、教材，但不含本課程所用教材），對該項技術進行較全面和深入的分析和論述。具體應包括：該技術的大致分類、基本原理、工藝過程、主要特點、國內外發(fā)展現(xiàn)狀、實際應用范圍、主要的缺點不足、以及發(fā)展趨勢展望。要求：1.所有撰寫格式須嚴格按照西安石油大學本科畢業(yè)設計（論文）撰寫規(guī)范的要求。 2.A4紙打印，篇幅不少于8頁。 3打印部分包含：封面、目錄、正文、參考文獻（參見下面范例）。 4.參考文獻5篇以上，含至少1篇外文文獻。可選擇以下表面工程技術中的一種：1.表面熱處理2.表面形變強化3.熱擴滲4.熱

2、噴涂5.熱噴焊和堆焊6.電鍍7.化學鍍8.化學轉化膜與著色技術9.氣相沉積10.高能束表面處理11.涂裝技術材料表面工程課程期末作業(yè) 題 目： 表面熱處理技術參考文獻 學生姓名： 丁博文 院 （系）： 材料科學與工程學院 專業(yè)班級： 材料1001 學 號： 201012010105 任課教師： 李健 完成日期： 2013年11月23日 材料表面工程課程期末作業(yè)目 錄1 前言.12 表面熱處理技術基礎.2 2.1 表面熱處理技術簡介及分類.2 2.1.1表面熱處理技術簡介.2 2.1.2表面熱處理技術分類.3 2.2 表面熱處理技術的基本原理及工藝過程.5 2.2.1表面熱處理技術的基本原理.5

3、 2.2.2表面熱處理技術的工藝過程.6 2.3表面熱處理技術的特點及應用 .6 2.3.1表面熱處理技術的特點.6 2.3.2表面熱處理技術的應用.73 表面熱處理技術的發(fā)展趨勢及概況.8 4 表面熱處理技術的主要的缺點不足.115 小結.136 參考文獻.13 前言 表面熱處理技術是一門實用的技術，在經過的這一個學期的學習后，我對這門學科有了更深刻的理解，通過對鋼件表面的加熱、冷卻而改變表層力學性能的金屬熱處理工藝。表面淬火是表面熱處理的主要內容,其目的是獲得高硬度的表面層和有利的內應力分布,以提高工件的耐磨性能和抗疲勞性能。有些在工作時經受摩擦、表面容易磨損的零件,其表面應有抗磨損能力。

4、有些工件在反復彎曲它包括化學熱處理(滲氮、滲碳、滲金屬等);表面涂層(低壓等離子噴涂、低壓電弧噴涂、激光重熔復合等門薄膜鍍層(物理氣相沉積、化學氣相沉積等)和非金屬涂層技術等。這些用以強化零件或材料表面的技術，賦予零件耐高溫、防腐蝕、耐磨損、抗疲勞、防輻射、導電、導磁等各種新的特性。使原來在高速、高溫、高壓、重載、腐蝕介質環(huán)境下工作的零件，提高了可靠性、延長了使用壽命，具有很大的經濟意義和推廣價值，對國的機械行業(yè)中有著重要的作用，對制造.宇航.航海等行業(yè)的發(fā)展起了推進作用。表面處理技術分為三類:(a)表面淬火,這是一種利用材料本身性質變化的處理技術,以感應加熱表面淬火的工業(yè)應用最為廣泛;(b)

5、利用擴散法改變表面層的成分,如滲碳、氮化、滲金屬等;(c)在表面涂覆一層異種物質來改善表面性能,如氣相沉積、堆焊等。表1列出了表面處理技術的種類、表面層的特性和實用厚度。 以上三類方法近年來都開發(fā)了引人注目的新技術 熱處理是機械工業(yè)中的一基十分重要的基礎工藝，對提高機電產品內在質量和使用壽命，加強產品在國內外市場競爭能力具有舉足輕重的作用。但是人們認識到這一點卻花了相當長的時間和很大的代價。由于熱處理影響的是產品的內在質量，它一般不會改變制品的形狀，不會使人直觀地感到它的必要性，弄不好還會嚴重畸變和開裂；破壞制品的表面質量和尺寸精度，致使制造過程前功盡棄。所以在我國的制造業(yè)中長期存在著“重冷（

6、冷加工）輕熱（熱加工）”現(xiàn)象，以致這個行業(yè)一直處于落后狀態(tài)。 我國的熱處理產業(yè)起源于50年代初蘇聯(lián)援建的156項企業(yè)。其中的機械工廠都設熱處理車間和工段。購買了大批蘇制熱處理設備、包括箱式、井式、鹽浴等30、40年代水平的電阻加熱爐，并相應建立了第一批按蘇聯(lián)圖紙生產這些類型設備的電爐廠。一些高等工科學校經過院系調整后、創(chuàng)建了包括在機械制造工藝系中的熱處理專業(yè)，于19541956年培養(yǎng)出了第一批?？坪捅究频臒崽幚韺I(yè)正式畢業(yè)生。50年代末和60年代初還有從蘇聯(lián)學習歸來一批熱處理專業(yè)的留學生。陸續(xù)建立的一些科研機構和專院校，基本上能按照材料和應用發(fā)展的步伐開展熱處理基礎和應用技術的研究開發(fā)，涌現(xiàn)出

7、一系列的科研成果。由此，從人才培養(yǎng)、研究與開發(fā)，生產技術的革新和設備制造等方面初步形成了一個較完整的專業(yè)體系。由于科研和生產應用的脫節(jié)，對革新生產設備的忽視以及長期閉關鎖國造成的目光短淺，上世紀60、70年代的機械、冶金工廠的熱處理生產技術沒有出現(xiàn)明顯的進步。直到80年代實現(xiàn)了和國際社會的溝通，引進了先進的技術和設備，一些大型骨干企業(yè)的生產技術有了明顯的改觀。 二、表面熱處理技術基礎2.1表面熱處理技術簡介及分類2.1.1表面熱處理技術簡介 金屬表面熱處理是指通過對鋼件表面的加熱、冷卻而改變表層力學性能的表面處理工藝。表表面熱處理是鈑金加工工藝流程，目的是為了獲得高強度的表面層和有利的內應力分

8、布，從而提高鈑金加工件的坑疲勞性能和耐磨性能。通過對鋼件表面的加熱、冷卻而改變表層力學性能的金屬熱處理工藝。表面淬火是表面熱處理的主要內容，其目的是獲得高硬度的表面層和有利的內應力分布，以提高工件的耐磨性能和抗疲勞性能。對工件表面進行強化的金屬熱處理工藝。它不改變零件心部的組織和性能 。廣泛用于既要求表層具有高的耐磨性、抗疲勞強度和較大的沖擊載荷，又要求整體具有良好的塑性和韌性的零件，如曲軸、凸輪軸、傳動齒輪等。通過對鋼件表面的加熱、冷卻而改變表層力學性能的金屬熱處理工藝。 表面淬火是表面熱處理的主要內容，其目的是獲得高硬度的表面層和有利的內應力分布，以提高工件的耐磨性能和抗疲勞性能。有些在工

9、作時經受摩擦、表面容易磨損的零件，其表面應有抗磨損能力。有些工件在反復彎曲的作用下工作，易產生疲勞斷裂，需要有抗疲勞能力，而抗疲勞能力又與零件的表面強度和內應力狀態(tài)有關。表面強度高，又存在壓縮內應力時，抗疲勞能力就強。機床、礦山機械等的齒輪經表面淬火后耐磨性明顯提高。汽車后半軸經高頻感應加熱淬火后的抗疲勞能力遠高于整體調質者。對鋼件表面的加熱、冷卻而改變表層力學性能的表面處理工藝。表表面熱處理是鈑金加工工藝流程，目的是為了獲得高強度的表面層和有利的內應力分布，從而提高鈑金加工件的坑疲勞性能和耐磨性能。不同的碳含量依據(jù)鋼中雜質元素含量和軋后冷卻條件的不同對于鋼的性能影響是不同的，隨著鋼中碳含量的

10、增加，碳鋼在熱軋狀態(tài)下的硬度直線上升，塑性和韌性降低。在亞共析范圍內，碳對抗拉強度的影響是， 隨著碳含量增加，抗拉強度不斷提高，超過共析范圍后，抗拉強度隨碳含量的增加減緩，最后發(fā)展到隨碳含量的增加抗拉強度降低。 金屬熱處理工藝是通過對鋼件表面的加熱、冷卻而改變表層力學性能的一種金屬表面處理技術。表面淬火是表面熱處理的主要內容，其目的是獲得高硬度的表面層和有利的內應力分布，從而提高工件的抗疲勞性能及耐磨性能。 有些工件在工作時經受摩擦、表面容易磨損，其表面應有抗磨損能力。而有些工件在反復彎曲的作用下工作，易產生疲勞斷裂，需要有抗疲勞能力，而抗疲勞能力又與工件的表面強度和內應力狀態(tài)有關。表面強度高

11、，又存在壓縮內應力時，抗疲勞能力就強。機床、礦山機械等的齒輪經表面淬火后耐磨性明顯提高。汽車后半軸經高頻感應加熱淬火后的抗疲勞能力遠高于整體調質者。2.1.2表面熱處理技術分類從大的方面分，表面熱處理分為兩大類：表面淬火、表面化學熱處理。常用的表面淬火方法有：火焰加熱表面淬火、接觸電熱表面淬火、感應加熱表面淬火等。接觸電阻加熱淬火 通過電極將小于 5伏的電壓加到工件上,在電極與工件接觸處流過很大的電流,并產生大量的電阻熱,使工件表面加熱到淬火溫度,然后把電極移去,熱量即傳入工件內部而表面迅速冷卻,即達到淬火目的。當處理長工件時,電極不斷向前移動,留在后面的部分不斷淬硬。這一方法的優(yōu)點是設備簡單

12、，操作方便，易于自動化,工件畸變極小,不需要回火，能顯著提高工件的耐磨性和抗擦傷能力，但淬硬層較?。?.150.35毫米）。顯微組織和硬度均勻性較差。這種方法多用于鑄鐵做的機床導軌的表面淬火，應用范圍不廣。 激光熱處理 激光在熱處理中的應用研究始于70年代初，隨后即由試驗室研究階段進入生產應用階段。當經過聚焦的高能量密度 (106瓦厘米2)的激光照射金屬表面時，金屬表面在百分之幾秒甚至千分之幾秒內升高到淬火溫度。由于照射點升溫特別快，熱量來不及傳到周圍的金屬，因此在停止激光照射時，照射點周圍的金屬便起淬冷介質的作用而大量吸熱，使照射點迅速冷卻，得到極細的組織，具有很高的力學性能。如加熱溫度高至

13、使金屬表面熔化，則冷卻后可以獲得一層光滑的表面，這種操作稱為上光。激光加熱也可用于局部合金化處理，即對工件易磨損或需要耐熱的部位先鍍一層耐磨或耐熱金屬，或者涂覆一層含耐磨或耐熱金屬的涂料，然后用激光照射使其迅速熔化，形成耐磨或耐熱合金層。在需要耐熱的部位先鍍上一層鉻，然后用激光使之迅速熔化，形成硬的抗回火的含鉻耐熱表層，可以大大提高工件的使用壽命和耐熱性。 電解加熱淬火 將工件置于酸、堿或鹽類水溶液的電解液中，工件接陰極，電解槽接陽極。接通直流電后電解液被電解，在陽極上放出氧，在工件上放出氫。氫圍繞工件形成氣膜，成為一電阻體而產生熱量，將工件表面迅速加熱到淬火溫度，然后斷電,氣膜立即消失,電解

14、液即成為淬冷介質，使工件表面迅速冷卻而淬硬。常用的電解液為含 518碳酸鈉的水溶液。電解加熱方法簡單，處理時間短，加熱時間僅需510秒,生產率高，淬冷畸變小，適于小零件的大批量生產，已用于發(fā)動機排氣閥桿端部的表面淬火。 電子束熱處理 70年代開始研究和應用。早期用于薄鋼帶、鋼絲的連續(xù)退火,能量密度最高可達10 8瓦厘米 2。電子束表面淬火除應在真空中進行外,其他特點與激光相同。當電子束轟擊金屬表面時，轟擊點被迅速加熱。電子束穿透材料的深度取決于加速電壓和材料密度。例如,150千瓦的電子束在鐵表面上的理論穿透深度大約為0.076毫米；在鋁表面上則可達 0.16毫米。電子束在很短時間內轟擊表面，表

15、面溫度迅速升高，而基體仍保持冷態(tài)。當電子束停止轟擊時，熱量迅速向冷基體金屬傳導，從而使加熱表面自行淬火。為了有效地進行自冷淬火，整個工件的體積和淬火表層的體積之間至少要保持51的比例。表面溫度和淬透深度還與轟擊時間有關。電子束熱處理加熱速度快，奧氏體化的時間僅零點幾秒甚至更短，因而工件表面晶粒很細，硬度比一般熱處理高，并具有良好的力學性能 表面淬火 是將剛件的表面層淬透到一定的深度，而心部分仍保持未淬火狀態(tài)的一種局部淬火的方法。表面淬火時通過快速加熱，使剛件表面很快到淬火的溫度，在熱量來不及穿到工件心部就立即冷卻，實現(xiàn)局部淬火。 表面淬火的目的在于獲得高硬度，高耐磨性的表面，而心部仍然保持原有

16、的良好韌性，常用于機床主軸，齒輪，發(fā)動機的曲軸等。 表面淬火采用的快速加熱方法有多種，如電感應，火焰，電接觸，激光等，目前應用最廣的是電感應加熱法。 感應加熱表面淬火就是在一個感應線圈中通以一定頻率的交流電（有高頻，中頻。工頻三種），是感應圈周圍產生頻率相同的交變磁場，置于磁場之中的工件就會產生與感應線圈頻率相同，方向相反的感應電流，這個電流叫渦流。由于集膚效應，渦流主要集中在工件的表層。 由渦流所產生的電阻熱使工件表層被迅速加熱到淬火溫度，隨即向工件噴水，將工件表層淬硬。感應電流的頻率愈高，集膚效應也愈強烈，故高頻感應加熱用途最廣。高頻感應加熱常用頻率是200300kHz，其加熱速度極快，通

17、常只有幾秒種，淬硬層深度一般為0.52mm。主要用于要求淬硬層較薄的中，小型零件，如齒輪，軸等。1感應加熱表面淬火 將工件放在通有高頻(中頻、工頻)電流的線圈中，利用感應電流通過工件產生熱效應（集膚效應），使工件表層(或局部)迅速加熱并進行快速冷卻的淬火工藝，叫感應加熱表面淬火。由于加熱時間短，淬火表層組織細、性能好，感應加熱表面淬火生產效率高，工件表面氧化、脫碳極少，變形也小，淬硬層深度易于控制，容易實現(xiàn)自動化。但設備費用昂貴，適宜用于形狀簡單的工件大批量生產。 2火焰加熱表面淬火 采用乙炔氧（或煤氣氧）的混合氣體燃燒的火焰迅速加熱工件表面，至淬火溫度后快速冷卻(如噴水)的淬火工藝，叫火焰加

18、熱表面淬火。淬硬層深度一般為26mm。這種淬火方法設備簡單，操作方便，成本低廉，特別適用于大型工件、單件、小批生產。但加熱溫度較難控制，因而淬火質量不穩(wěn)定。 化學熱處理 將工件置于含有活性元素的介質中加熱和保溫，使介質中的活性原子滲入工件表層或形成某種化合物的覆蓋層，以改變表層的組織和化學成分，從而使零件的表面具有特殊的機械或物理化學性能。通常在進行化學滲的前后均需采用其他合適的熱處理，以便最大限度地發(fā)揮滲層的潛力，并達到工件心部與表層在組織結構、性能等的最佳配合。根據(jù)滲入元素的不同 ，化學熱處理可分為滲碳 、滲氮、滲硼、滲硅、滲硫、滲鋁、滲鉻、滲鋅、碳氮共滲、鋁鉻共滲等。應根據(jù)零件的性能要求

19、以及工藝的易行性與經濟指標，合理地選用工藝類型。例如，滲碳與滲氮可提高零件的耐磨性；但滲碳是在高溫(9001000)下進行,在不太長的時間內（610小時）可獲得可觀的滲層,故一般要求硬化層較深(0.92.5mm)的耐磨零件多采用滲碳處理，既可滿足性能要求，又較經濟。當零件尺寸變形要求很嚴時,采用低溫(500600)進行的滲氮處理,可保證零件尺寸精度；但滲氮層增厚緩慢，滲氮時間常需十幾甚至幾十個小時，是一種不經濟的方法。2.2 表面熱處理技術的基本原理性能及工藝過程 2.2.1表面熱處理技術的基本原理1.感應加熱表面淬火定義：是采用一定方法使工件表面產生一定頻率的感應電流，將零件表面迅速加熱，然

20、后迅速淬火冷卻的一種熱處理操作方法。原理：如圖所示，電磁感應產生同頻率的感應電流即渦流。渦流在工件截面上的分布是不均勻的，心部幾乎等于零，而表面電流密度極大，稱為“集膚效應”，頻率愈高，電流密度極大的表面層愈薄。依靠這種電流和工件本身的電阻，使工件表面迅速加熱到淬火溫度，而心部溫度仍接近室溫，然后立即噴水冷卻，使工件表面淬硬。分類：感應加熱可分為三類：(1)高頻加熱 常用頻率為（200300）KHZ，淬硬層深度為（0.52.5）mm。(2)中頻加熱 常用頻率為（25008000）HZ，淬硬層深度為（210）mm。 (3)工頻加熱電流頻率為50HZ，不需要頻設備，城市用交流電即可，硬層深度為（1

21、020）mm以上，城市用交流電即。優(yōu)缺點：感應加熱表面淬火加熱速度快，生產率高，加熱溫度和淬硬層深度容易控制，鋼球表面氧化和脫碳少，鋼球變形小，可以使全部淬火過程實現(xiàn)機械化、自動化。2感應表面淬火后的性能1.表面硬度：經高、中頻感應加熱表面淬火的工件，其表面硬度往往比普通淬火高 23 個單位（HRC）。2.耐磨性：高頻淬火后的工件耐磨性比普通淬火要高。這主要是由于淬硬層馬氏體晶粒細小，碳化物彌散度高，以及硬度比較高，表面的高的壓應力等綜合的結果。3.疲勞強度：高、中頻表面淬火使疲勞強度大為提高，缺口敏感性下降。對同樣材料的工件，硬化層深度在一定范圍內，隨硬化層深度增加而疲勞強度增加，但硬化層深

22、度過深時表層是壓應力，因而硬化層深度增打疲勞強度反而下降，并使工件脆性增加。一般硬化層深（1020）D。較為合適，其中D為工件的有效直徑。2.化學熱處理滲碳：滲碳是指使碳原子滲入到鋼表面層的過程。也是使低碳鋼的工件具有高碳鋼的表面層，再經過淬火和低溫回火，使工件的表面層具有高硬度和耐磨性，而工件的中心部分仍然保持著低碳鋼的韌性和塑性。2.2.2表面熱處理技術的工藝過程熱處理件結構工藝性：1零件的尖角、棱角處要有倒角，如下圖。因為尖角、棱角部分是淬火時應力最為集中的地方，往往成為裂紋的起點。 2. 設計時要避免厚薄懸殊，以免淬火后薄壁處變形，如下圖左； 零件結構宜對稱，如下圖右，淬火后零件橢園度

23、變大，為此開一個工藝孔可減少橢園度。3在選擇材質時，嚴格按標準取用鋼材，特別要注意其中的化學成分以及硫、磷含量、非金屬夾雜雜等級是否符合標準。4合理安排加工工藝路線，通過淬火之前的熱處理（退火、正火等）將組織調整到正常組織，內應力予以消除，特別要使組織細化。5前序的冷加工及熱加工不要留下表面及內部裂紋及深的刀痕。6淬火前工件予留足夠的加工余量。零件淬火變形后可通過機械方法校直，減少變形量，但仍恢復不到要求的公差，因此需要要通過切削或磨削的辦法消除變形，為此淬火之前必須留足加工余量。2.3 表面熱處理技術的特點及應用2.3.1 表面熱處理技術的特點表面淬火1 加熱溫度高，升溫快。這是電感應加熱的

24、特點。2 工件表層易得到細小的馬氏體，硬度比普通淬火提高23HRC，且脆性較低。3 工件表層存在殘余壓應力，因而疲勞強度較高。4 工件表面質量好。這是由于加熱速度快，沒有保溫時間，工件不易氧化和脫碳，且由于內部未被加熱，淬火變形小。5 淬硬層深度易于控制；生產效率高，便于實現(xiàn)機械化、自動化化學熱處理1 不受模具幾何形狀的限制。2 具有較高的工藝性能，如開裂傾向性小、熱處理溫度范圍較寬。3 經濟效益好，廉介的鋼材經化學熱處理后可獲得性能優(yōu)異的表面，并不低于同類合金鋼的性能。4 能獲得具有特殊性能的表面層，如耐磨性、耐蝕性等。2.3.2 表面熱處理技術的應用國內感應淬火機床及淬火生產線近年來在生產

25、廠與制造廠的共同努力下，也取得長足的進步，突出表現(xiàn)在：1.曲軸感應淬火機床國內專業(yè)廠已能生產數(shù)控四工位旋轉淬火機床（浸液淬火）、六缸曲軸專用淬火機床與單缸曲軸淬火機床，均已配用數(shù)控系統(tǒng)、伺服電機、滾珠絲杠傳動等先進器件，改變了國內原來長期依賴進口的局面。2.PC鋼筋生產線國內鋼絲、鋼筋熱處理生產線，經歷了10多年的研制、生產與改進，從凹螺紋預應力鋼絲生產線開始，發(fā)展到不銹鋼絲、低松弛鋼絲及鋼絞線等多個品種。生產線則由單線發(fā)展為雙線。電源配置則從晶閘管與超音頻電子管電源相組合，發(fā)展為晶閘管中頻與IGBT電源相組合，因此使得能耗降低，進給速度加快，占地面積減少，與發(fā)達國家同類產品相比具有一定的先進

26、性。3. 半軸一次加熱淬火機床在汽車行業(yè)，已成功地采用橫向磁場矩形管感應器大功率一次加熱半軸桿部及圓弧部的工藝。它替代了原來半軸掃描淬火工藝，生產節(jié)拍由6min降至40s，半軸扭轉疲勞強度提高10倍以上。此機床將加熱淬火、自回火、校直集中在一臺機床上完成，機床采用計算機控制，具有故障診斷等功能，已在東汽等公司應用于生產多年。4. 轉向齒條高頻電阻加熱淬火機床高頻電阻加熱比感應淬火設備費用低而生產率高，國內已有多家工廠能生產此種機床。另外還有許多其他生產線與淬火機床如4m、10m立式通用機床，V型導軌淬火機床，直縫鋼管焊縫退火生產線，鋼管低溫熱噴鍍生產線，鋼管防腐生產線，薄鋼帶高頻光亮退火設備，

27、長內孔淬火床，高頻不銹鋼鍋底焊接設備，氣門端頭、氣門搖臂多工位淬火機床，汽車輪轂內槽淬火機床等等，品種之多，是上一世紀所無法相比的。三 表面熱處理技術的發(fā)展趨勢及概況熱處理是機械工業(yè)的一項重要基礎技術，通常像軸、軸承、齒輪、連桿等重要的機械零件和工模具都是要經過熱處理的，而且，只要選材合適，熱處理得當，就能使機械零件和工模具的使用壽命成倍、甚至十幾倍的提高，實現(xiàn)“搞好熱處理，零件一頂幾”的目標，收到事半功倍的效果。 熱處理對于充分發(fā)揮金屬材料的性能潛力，提高產品的內在質量，節(jié)約材料，減少能耗，延長產品的使用壽命，提高經濟效益都具有十分重要的意義。 建國以來，我國的熱處理技術有了很大的發(fā)展，現(xiàn)有

28、熱處理生產廠點一萬余家，職工15萬人，專業(yè)科技人員約1000余人，熱處理加熱設備11萬臺，年生產能力660萬噸鋼件，年產值約50億元，全員勞動生產率約3萬元/人*年。目前我國在熱處理的基礎理論研究和某些熱處理新工藝、新技術研究方面，與工業(yè)發(fā)達國家的差距不大，但在熱處理生產工藝水平和熱處理設備方面卻存在著較大的差距，還沒有完全扭轉熱處理生產工藝和熱處理設備落后、工件氧化脫碳嚴重、產品質量差、生產效率低、能耗大、成本高、污染嚴重的局面。為促進我國熱處理技術的發(fā)展，我們應全面了解熱處理技術的現(xiàn)狀和水平，掌握其發(fā)展趨勢，大力發(fā)展先進的熱處理新技術、新工藝、新材料、新設備，用高新技術改造傳統(tǒng)的熱處理技術

29、，實現(xiàn)“優(yōu)質、高效、節(jié)能、降耗、無污染、低成本、專業(yè)化生產”，力爭到2000年時達到工業(yè)發(fā)達國家八十年代中期的水平。 1大力發(fā)展多參數(shù)熱處理和復合熱處理工藝 傳統(tǒng)的熱處理，就主要控制的參數(shù)而言，多為常壓下的溫度時間兩個參數(shù)的熱處理；就工藝方式而言，多為單一的熱處理。這樣熱處理的效果也只能是單一化。為此，要大力發(fā)展多參數(shù)熱處理和復合熱處理工藝1。 1.1多參數(shù)熱處理 (1)真空熱處理：這是一種附加壓力的多參數(shù)熱處理。它具有無氧化、無脫碳、工件表面光亮、變形小、無污染、節(jié)能、自動化程度高、適用范圍廣等優(yōu)點，是近年來發(fā)展最快的熱處理新技術之一，特別是在進行材料表面改性方面獲得了很大的進展，許多新近開

30、發(fā)的先進熱處理技術，如真空高壓氣淬、真空化學熱處理等，也需在真空下方能實施。采用真空熱處理技術可使結構材料、工模具的質量和使用壽命得到大幅度的提高，尤其適合于一些精密零件的熱處理。在工業(yè)發(fā)達國家，真空熱處理的比例已達到20%左右，而我國目前約有真空熱處理爐1200臺，占熱處理爐總數(shù)的1%左右，與國外的差距很大。預計今后隨著熱處理行業(yè)的技術進步和對熱處理工件質量要求的越來越高，真空熱處理將會有較大的發(fā)展。(2)化學熱處理：這是一種附加成分的多參數(shù)熱處理。普通化學熱處理，如滲碳、碳氮共滲、碳氮硼共滲等，分別屬于附加單成分、雙成分和三成分的多參數(shù)熱處理。近年來，又發(fā)展了許多利用新技術的新型化學熱處理

31、，如真空化學熱處理，流態(tài)床化學熱處理、離子滲金屬、離子注入、激光表面合金化等，均可提高工件的耐磨損及耐腐蝕等使用性能。稀土在化學熱處理中的應用(即與稀土共滲)，能顯著提高滲速，縮短處理周期，并可提高滲層的耐磨性和耐腐蝕性，這是我國的一大特色。此外，固溶化學熱處理也是一個值得注意的動向，內蒙農機研究所黃建洪等人開發(fā)了含氮馬氏體化處理(N*M處理)工藝，這是第一個以獲得固溶N的含氮馬氏體為目的的滲氮工藝，已成功地應用于剪毛機刀片生產。(3)形變熱處理：這是一種附加應力的多參數(shù)熱處理。采用壓力加工和熱處理相結合的工藝，把形變強化和相變強化結合起來，使材料達到成型與復合強化的雙重目的。形變熱處理能提高

32、材料的綜合力學性能，并可以簡化工序，利用余熱，節(jié)約能源及材料消耗，經濟效益顯著。形變熱處理的應用廣泛，從結構鋼、軸承鋼到高速鋼都適用。目前工業(yè)上應用最多的是鍛造余熱淬火和控制軋制。美國采用控制軋制來生產高硬度裝甲鋼板，可提高抗彈性能。我國兵器工業(yè)系統(tǒng)開展了火炮、炮彈零件熱模鍛余熱淬火、炮管旋轉精鍛形變熱處理、槍彈鋼芯斜軋余熱淬火等試驗研究，取得了很好的效果。 1.2復合熱處理 復合熱處理是將兩種或兩種以上的熱處理工藝復合，或將熱處理與其它加工工藝復合，這樣就能得到參與組合的幾種工藝的綜合效果，使工件獲得優(yōu)良的性能，并節(jié)約能源，降低成本，提高生產效率。如滲氮與高頻淬火的復合、淬火與滲硫的復合、滲

33、硼與粉末冶金燒結工藝的復合等。前述的鍛造余熱淬火和控制軋制也屬于復合熱處理，它們分別是鍛造與熱處理的復合、軋制與熱處理的復合。還有一些新的復合表面處理技術，如激光加熱與化學氣相沉積(CVD)、離子注入與物理氣相沉積(PVD)、物理化學氣相沉積(PCVD)等，均具有顯著的表面改性效果，在國內外的應用也日益增多。 需要指出的是，復合熱處理并不是幾種單一熱處理工藝的簡單疊加，而是要根據(jù)工件使用性能的要求和每一種熱處理工藝的特點將它們有機地組合在一起，以達到取長補短、相得益彰的目的。例如，由于各種熱處理工藝的處理溫度不同，就需要考慮參加組合的熱處理工藝的先后順序，避免后道工序對前道工序的抵消作用。 2

34、采用新的加熱源和新的加熱方式 2.1新的加熱源 在新的加熱源中，以高能率熱源最為引人注目。高能率熱源主要有激光束、電子束、等離子體電弧等。高能率熱處理就是利用高能率熱源定向地對工件表面施加非常高的能量密度(103108w/cm2)，從而獲得很快的加熱速度(甚至能達到1011/s)，這樣在極短的時間內(110-7S)，將工件欲處理區(qū)的表層加熱到相變溫度以上或熔融狀態(tài)，使之發(fā)生物理和化學變化，然后依靠工件自身冷卻實現(xiàn)表面硬化或凝固，達到表面改性的目的。高能率熱處理在減小工件變形、獲得特殊組織性能和表面狀態(tài)方面具有很大的優(yōu)越性，可以提高工件表面的耐磨性、耐蝕性，延長其使用壽命。高能率熱處理近年來發(fā)展

35、很快，是金屬材料表面改性技術最活躍的領域之一，其中激光熱處理和離子注入表面改性技術在國外已進入生產階段。我國一汽、二汽、西安內燃機配件廠等單位，都已建立了汽車發(fā)動機缸套的激光表面淬火生產線，但由于高能率熱處理的設備費用昂貴等原因，目前我國尚未大量應用，但其發(fā)展前景廣闊，今后將會成為很有前途的熱處理工藝。 2.2新的加熱方式 在熱處理時實現(xiàn)少無氧化加熱，是減少金屬氧化損耗、保證工件表面質量的必備條件，而采用真空和可控氣氛則是實現(xiàn)少無氧化加熱的主要途徑。在表面加熱方面，感應加熱具有加熱速度快、工件表面氧化脫碳少、變形小、節(jié)能、公害小、生產率高、易實現(xiàn)機械化和自動化等優(yōu)點，是一種經濟節(jié)能的表面加熱手

36、段，主要用于工件的表面加熱淬火。高能率加熱具有加熱速度快、表面質量好、變形小、能耗低、無污染等優(yōu)點，也是一種極為有效的表面加熱方式。在整體加熱方面，有真空加熱、高壓加熱、流態(tài)床加熱等方式。流態(tài)床加熱雖然能量密度不高，但加熱快且均勻、工件變形小、表面光潔、處理后不需清洗、工藝轉換容易、能提高產品質量、節(jié)能、公害小、成本低、并可以與化學熱處理相結合，是一種很好的加熱方式，特別適宜于多品種、小批量和周期性生產，可用來取代傳統(tǒng)的鹽浴熱處理，其發(fā)展前景令人矚目。四 表面熱處理技術的缺點1模具表面有軟點模具熱處理后表面有軟點，將影響模具的耐磨性、減少模具的使用壽命。（1）產生原因1）模具在熱處理前表面有氧化皮、銹斑及局部脫碳。2）模具淬火加熱后，冷卻淬火介質選擇不當，淬火介質中雜質過多或老化。（2）預防措施1）模具熱處理前應去除