材料表面工程第一講課件

1、材料表面工程第一講材料表面工程材料表面工程材料表面工程第一講2l 一、緒論一、緒論l 二、表面熱處理二、表面熱處理l 三、表面形變強(qiáng)化技術(shù)三、表面形變強(qiáng)化技術(shù)目目 錄錄材料表面工程第一講表面工程技術(shù)是指為滿足特定工程需要，使材料或零表面工程技術(shù)是指為滿足特定工程需要，使材料或零件表面具有特殊的成分、結(jié)構(gòu)和性能件表面具有特殊的成分、結(jié)構(gòu)和性能( (或功能或功能) )的化學(xué)、物的化學(xué)、物理方法與工藝。理方法與工藝。1、表面熱處理技術(shù)；、表面熱處理技術(shù)；2、表面形變強(qiáng)化技術(shù)；、表面形變強(qiáng)化技術(shù)；3、熱、熱擴(kuò)滲；擴(kuò)滲；4、熱噴涂；熱噴涂；5、熱噴焊和堆焊；、熱噴焊和堆焊；6、電鍍；、電鍍；7、化學(xué)、化

2、學(xué)鍍；鍍；8、化學(xué)轉(zhuǎn)化膜與著色技術(shù)；、化學(xué)轉(zhuǎn)化膜與著色技術(shù)；9、氣相沉積技術(shù)；、氣相沉積技術(shù)；10、高能束表面處理。高能束表面處理。一、緒一、緒 論論材料表面工程第一講1.1.表面工程學(xué)的定義及內(nèi)涵表面工程學(xué)的定義及內(nèi)涵 大家知道大家知道, ,所有的物體都不可避免與環(huán)境相接觸所有的物體都不可避免與環(huán)境相接觸, ,而與環(huán)境真正接觸的而與環(huán)境真正接觸的是物體的表面。如各種機(jī)械設(shè)備和儀器儀表，它們?cè)谑褂眠^程中會(huì)發(fā)生：是物體的表面。如各種機(jī)械設(shè)備和儀器儀表，它們?cè)谑褂眠^程中會(huì)發(fā)生：o腐蝕腐蝕-因?yàn)槭艿綒?、水及某些化學(xué)介質(zhì)的作用；因?yàn)槭艿綒?、水及某些化學(xué)介質(zhì)的作用；o磨損磨損- -因相互之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)

3、生；因相互之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生；o氧化氧化-因溫度過高而發(fā)生；因溫度過高而發(fā)生；o浸蝕浸蝕-因接觸高溫金屬熔體或其它熔體而被浸蝕，等等。因接觸高溫金屬熔體或其它熔體而被浸蝕，等等。 所有這些都會(huì)首先使機(jī)件表面發(fā)生破壞或失效所有這些都會(huì)首先使機(jī)件表面發(fā)生破壞或失效, ,進(jìn)而引起整個(gè)機(jī)件的進(jìn)而引起整個(gè)機(jī)件的破壞或失效破壞或失效, ,因此因此, ,表面是防止設(shè)備失效的第一道防線。表面是防止設(shè)備失效的第一道防線。有資料統(tǒng)計(jì)有資料統(tǒng)計(jì), ,在各種機(jī)電產(chǎn)品的過早失效破壞中在各種機(jī)電產(chǎn)品的過早失效破壞中, ,約有約有70%70%是由腐蝕和磨損造成的是由腐蝕和磨損造成的。一、緒一、緒 論論材料表面工程第一講 隨

4、著現(xiàn)代工業(yè)的迅猛發(fā)展隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅猛發(fā)展, ,對(duì)機(jī)械工業(yè)產(chǎn)品提出了更高的要求。要求產(chǎn)品能在對(duì)機(jī)械工業(yè)產(chǎn)品提出了更高的要求。要求產(chǎn)品能在高參高參數(shù)數(shù)( (如高溫如高溫, ,高壓高壓, ,高速高速) )、高度自動(dòng)化高度自動(dòng)化和和惡劣的工況惡劣的工況條件下長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。這就必條件下長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。這就必然對(duì)機(jī)件表面的耐磨、耐蝕等性能提出了更高的要求。為了滿足這樣的要求然對(duì)機(jī)件表面的耐磨、耐蝕等性能提出了更高的要求。為了滿足這樣的要求, ,在某在某些情況下我們可以選用些情況下我們可以選用貴金屬或合金貴金屬或合金來制造整體設(shè)備及零件。來制造整體設(shè)備及零件。 有時(shí)雖然也可滿足有時(shí)雖然也可滿足表面性能要求表

5、面性能要求, ,但這往往會(huì)造成設(shè)備的成本成倍或成百倍的增加但這往往會(huì)造成設(shè)備的成本成倍或成百倍的增加, ,降低了產(chǎn)品的競(jìng)降低了產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。爭(zhēng)力。 （例：（例：H H2 2S S油氣田廣泛采用鎳基合金，油氣田廣泛采用鎳基合金， 鎳基合金是鋼鐵的幾十倍甚至上百倍。）鎳基合金是鋼鐵的幾十倍甚至上百倍。） 更何況在許多情況下也無法找到更何況在許多情況下也無法找到一種能夠同時(shí)滿足整體和表面要求一種能夠同時(shí)滿足整體和表面要求的材料。的材料。 （例：油氣田用雙相不銹鋼（冷拔成型）滿足耐蝕性滿足不了強(qiáng)度要求，主（例：油氣田用雙相不銹鋼（冷拔成型）滿足耐蝕性滿足不了強(qiáng)度要求，主要是由于溫度升高，強(qiáng)度下降）。要

6、是由于溫度升高，強(qiáng)度下降）。 一、緒一、緒 論論材料表面工程第一講而表面技術(shù)則可以在而表面技術(shù)則可以在不增加或不增加太多材料成本不增加或不增加太多材料成本的同時(shí)使產(chǎn)品的同時(shí)使產(chǎn)品表面受到保護(hù)和強(qiáng)化表面受到保護(hù)和強(qiáng)化, ,從而提高產(chǎn)品的使用壽命和可靠性從而提高產(chǎn)品的使用壽命和可靠性, ,改善機(jī)改善機(jī)械設(shè)備的性能、質(zhì)量、增強(qiáng)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)能力械設(shè)備的性能、質(zhì)量、增強(qiáng)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)能力, ,所以，研究和發(fā)展機(jī)所以，研究和發(fā)展機(jī)械產(chǎn)品的械產(chǎn)品的表面保護(hù)和表面強(qiáng)化技術(shù)表面保護(hù)和表面強(qiáng)化技術(shù)，對(duì)于推動(dòng)高技術(shù)和新技術(shù)的，對(duì)于推動(dòng)高技術(shù)和新技術(shù)的發(fā)展發(fā)展, ,對(duì)于對(duì)于節(jié)約材料節(jié)約材料, ,節(jié)約能源節(jié)約能源等都具有重要

7、意義。等都具有重要意義。定義定義：表面工程技術(shù)是指為滿足特定的工程需要，使材料或零件表面工程技術(shù)是指為滿足特定的工程需要，使材料或零件表面具有特殊的成分、結(jié)構(gòu)和性能（或功能）的化學(xué)、物理方法表面具有特殊的成分、結(jié)構(gòu)和性能（或功能）的化學(xué)、物理方法與工藝。與工藝。一、緒一、緒 論論材料表面工程第一講表面工程技術(shù)的內(nèi)涵表面工程技術(shù)的內(nèi)涵應(yīng)該包括如下幾個(gè)方面：應(yīng)該包括如下幾個(gè)方面：（1 1）表面改性技術(shù)）表面改性技術(shù)；（提高零部件表面的耐磨性、耐蝕性、抗高溫氧化；（提高零部件表面的耐磨性、耐蝕性、抗高溫氧化性，或裝飾零部件表面）性，或裝飾零部件表面）（2 2）表面加工技術(shù)）表面加工技術(shù)；（能夠在材料

8、表面加工或制作各種功能元器件的有；（能夠在材料表面加工或制作各種功能元器件的有關(guān)技術(shù)）關(guān)技術(shù)）（3 3）表面合成材料技術(shù)）表面合成材料技術(shù)；（；（借助各種手段在材料表面合成新材料的技術(shù)）借助各種手段在材料表面合成新材料的技術(shù)）（4 4）表面加工三維合成技術(shù)）表面加工三維合成技術(shù)；（將二維表面加工累積成三維零件的快速；（將二維表面加工累積成三維零件的快速原型制造技術(shù)）原型制造技術(shù)）（5 5）上述幾個(gè)要點(diǎn)的組合或綜合）上述幾個(gè)要點(diǎn)的組合或綜合。一、緒一、緒 論論材料表面工程第一講2. 2. 表面工程技術(shù)的特點(diǎn)與意義表面工程技術(shù)的特點(diǎn)與意義o（1 1）它主要作用在）它主要作用在基體表面基體表面，對(duì)遠(yuǎn)

9、離表面的基材內(nèi)部組織與性能影，對(duì)遠(yuǎn)離表面的基材內(nèi)部組織與性能影響不大；響不大；o（2 2）采用表面涂（鍍）、表面合金化，使普通、廉價(jià)的材料表面具）采用表面涂（鍍）、表面合金化，使普通、廉價(jià)的材料表面具有特殊的性能，不僅可以有特殊的性能，不僅可以節(jié)約大量貴重金屬節(jié)約大量貴重金屬，而且可以大，而且可以大幅度提高零幅度提高零部件的耐磨性和耐蝕性，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本部件的耐磨性和耐蝕性，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本；o（3 3）表面工程技術(shù)可以）表面工程技術(shù)可以兼有裝飾和防護(hù)功能兼有裝飾和防護(hù)功能，在人們周圍創(chuàng)造五彩，在人們周圍創(chuàng)造五彩繽紛的世界，推動(dòng)產(chǎn)品的更新?lián)Q代；繽紛的世界，推動(dòng)產(chǎn)品的更

10、新?lián)Q代；一、緒一、緒 論論材料表面工程第一講（4 4）以化學(xué)氣相沉積技術(shù)）以化學(xué)氣相沉積技術(shù)（chemical vapor depositionchemical vapor deposition簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱CVDCVD) 、物理氣相沉積技術(shù)（物理氣相沉積技術(shù)（physical vapor depositionphysical vapor deposition簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱PVD)PVD) 、掩膜、掩膜、光刻技術(shù)為代表的表面薄膜沉積技術(shù)和表面微細(xì)加工技術(shù)是制作大規(guī)光刻技術(shù)為代表的表面薄膜沉積技術(shù)和表面微細(xì)加工技術(shù)是制作大規(guī)模集成電路、光導(dǎo)纖維和集成電路、太陽能薄膜電池等元器件的模集成電路、光導(dǎo)纖維和集成電

11、路、太陽能薄膜電池等元器件的基本基本技術(shù)技術(shù)；（5 5）計(jì)算機(jī)技術(shù)與材料科學(xué)、精密機(jī)械和數(shù)控技術(shù)相結(jié)合，使）計(jì)算機(jī)技術(shù)與材料科學(xué)、精密機(jī)械和數(shù)控技術(shù)相結(jié)合，使二維二維的表面處理技術(shù)的表面處理技術(shù)發(fā)展成為發(fā)展成為三維零件制造技術(shù)三維零件制造技術(shù)，創(chuàng)造了全新的制造方法，創(chuàng)造了全新的制造方法生長(zhǎng)型制造法生長(zhǎng)型制造法，不僅大幅度降低了零部件的制造成本，亦使設(shè)計(jì)與，不僅大幅度降低了零部件的制造成本，亦使設(shè)計(jì)與生產(chǎn)速度成倍提高；生產(chǎn)速度成倍提高；一、緒一、緒 論論材料表面工程第一講（6）表面工程技術(shù)已成為）表面工程技術(shù)已成為制備新材料的重要方法制備新材料的重要方法（金屬基復(fù)合材料（金屬基復(fù)合材料(MMC)

12、 Metal Matrix Composite及陶瓷基復(fù)合材料及陶瓷基復(fù)合材料(CMC)Ceramic Matrix Composite的制備），如可以在材料表面制備整體合金化難以做到的特殊的制備），如可以在材料表面制備整體合金化難以做到的特殊性能合金等。性能合金等。圖圖11 纖維涂層法制備鈦基復(fù)合材料纖維涂層法制備鈦基復(fù)合材料 纖維涂層纖維涂層涂層纖維堆垛涂層纖維堆垛熱壓或熱等靜壓成形熱壓或熱等靜壓成形 纖維纖維 碳芯或鎢芯碳芯或鎢芯CVDPVD一、緒一、緒 論論材料表面工程第一講圖圖1-2 CVD1-2 CVD、PVDPVD法制備鈦基復(fù)合材料法制備鈦基復(fù)合材料一、緒一、緒 論論材料表面工程

13、第一講3. 3. 表面工程技術(shù)的分類表面工程技術(shù)的分類o材料表面工程是一門材料表面工程是一門新興學(xué)科新興學(xué)科，或者說是正在形成的一門學(xué)科，是一門多學(xué)科的邊緣學(xué)科。該學(xué)科，或者說是正在形成的一門學(xué)科，是一門多學(xué)科的邊緣學(xué)科。該學(xué)科中應(yīng)該包括哪些內(nèi)容，如何分類，中應(yīng)該包括哪些內(nèi)容，如何分類，國內(nèi)外都無公認(rèn)的說法國內(nèi)外都無公認(rèn)的說法。從不同的角度進(jìn)行歸納，就會(huì)有不同的。從不同的角度進(jìn)行歸納，就會(huì)有不同的分類。如：分類。如：o按按作用原理作用原理可分為：可分為： 原子沉積原子沉積：沉積物以原子、離子、分子和粒子集團(tuán)等：沉積物以原子、離子、分子和粒子集團(tuán)等原子尺度原子尺度的粒子形態(tài)在材料表面上形成的粒子

14、形態(tài)在材料表面上形成覆蓋層，如電鍍、化學(xué)鍍、物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積等。覆蓋層，如電鍍、化學(xué)鍍、物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積等。 顆粒沉積顆粒沉積：沉積物以：沉積物以宏觀尺度宏觀尺度的顆粒形態(tài)在材料表面上形成覆蓋層，如熱噴涂、搪瓷涂覆等。的顆粒形態(tài)在材料表面上形成覆蓋層，如熱噴涂、搪瓷涂覆等。 整體覆蓋整體覆蓋：它是將涂覆材料于同一時(shí)間施加于材料表面，如包箔、貼片、熱浸鍍、涂刷、堆：它是將涂覆材料于同一時(shí)間施加于材料表面，如包箔、貼片、熱浸鍍、涂刷、堆焊等。焊等。 表面改性表面改性：用各種物理、化學(xué)等方法處理表面，使之組成、結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而改變性能，：用各種物理、化學(xué)等方法處理表面，使之組成

15、、結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而改變性能，如表面處理、化學(xué)熱處理、電子束表面處理、離子注入等。如表面處理、化學(xué)熱處理、電子束表面處理、離子注入等。 一、緒一、緒 論論材料表面工程第一講按按表面強(qiáng)化層材料表面強(qiáng)化層材料可分為：可分為：金屬材料層；金屬材料層；陶瓷材料層；陶瓷材料層；高分高分子材料層。子材料層。按按工藝特點(diǎn)工藝特點(diǎn)可分為：可分為：電鍍，電鍍，化學(xué)鍍，化學(xué)鍍，熱滲鍍，熱滲鍍，熱噴涂，熱噴涂，堆焊，堆焊，化學(xué)轉(zhuǎn)化膜，化學(xué)轉(zhuǎn)化膜，涂裝，涂裝，表面彩色，表面彩色，氣相沉積，氣相沉積，“三束三束”改性，改性，表面熱處理，表面熱處理，形變強(qiáng)化，形變強(qiáng)化，襯里等，每襯里等，每一類又可分為一些更細(xì)的工藝項(xiàng)目。

16、一類又可分為一些更細(xì)的工藝項(xiàng)目。按按表面改質(zhì)的目的或性質(zhì)表面改質(zhì)的目的或性質(zhì)可分為：可分為：表面耐磨和減磨技術(shù)，表面耐磨和減磨技術(shù)，表面耐表面耐蝕抗氧化技術(shù)，蝕抗氧化技術(shù)，表面強(qiáng)化（提高疲勞強(qiáng)度）技術(shù)，表面強(qiáng)化（提高疲勞強(qiáng)度）技術(shù)，表面裝飾技術(shù)，表面裝飾技術(shù)，功能表面技術(shù)，功能表面技術(shù)，表面修復(fù)技術(shù)表面修復(fù)技術(shù)。一、緒一、緒 論論材料表面工程第一講 實(shí)際上，表面技術(shù)有著廣泛的涵義，實(shí)際上，表面技術(shù)有著廣泛的涵義，綜合來看綜合來看，大致上可分，大致上可分為以下幾個(gè)部分：為以下幾個(gè)部分：1 1）表面改性技術(shù)）表面改性技術(shù) 表面改性技術(shù)主要賦予材料（或零部件、元器件）表表面改性技術(shù)主要賦予材料（或零

17、部件、元器件）表面以特定的物理、化學(xué)性能的表面工程技術(shù)。面以特定的物理、化學(xué)性能的表面工程技術(shù)。 表面組織轉(zhuǎn)化技術(shù)；表面組織轉(zhuǎn)化技術(shù)； 表面涂鍍技術(shù)；表面涂鍍技術(shù)； 表面合金化和摻雜技術(shù)。表面合金化和摻雜技術(shù)。一、緒一、緒 論論材料表面工程第一講2 2）表面微細(xì)加工技術(shù)）表面微細(xì)加工技術(shù) 表面微細(xì)加工技術(shù)主要指在材料表面（表面微細(xì)加工技術(shù)主要指在材料表面（不大于不大于100m100m）區(qū)域內(nèi)進(jìn)行各種）區(qū)域內(nèi)進(jìn)行各種形狀或尺寸的精密、微細(xì)加工，使其成為具有各種功能的元器件（或零部件）的形狀或尺寸的精密、微細(xì)加工，使其成為具有各種功能的元器件（或零部件）的技術(shù)。技術(shù)。3 3）表面加工三維成型技術(shù)快

18、速原型制造）表面加工三維成型技術(shù)快速原型制造 表面加工三維成型技術(shù)主要指表面加工三維成型技術(shù)主要指通過計(jì)算機(jī)控制通過計(jì)算機(jī)控制，在材料表面不斷實(shí)現(xiàn)特，在材料表面不斷實(shí)現(xiàn)特定形狀的涂鍍加工與堆積，形成三維零部件（或元器件）的快速原型制造技術(shù)。定形狀的涂鍍加工與堆積，形成三維零部件（或元器件）的快速原型制造技術(shù)。4 4）表面合成新材料技術(shù)表面合成新材料技術(shù) 表面合成新材料技術(shù)主要指采用特定的表面工程技術(shù)，在材料表面合成常表面合成新材料技術(shù)主要指采用特定的表面工程技術(shù)，在材料表面合成常規(guī)工藝方法無法獲得的新材料，或者利用材料的表面加工過程獲得全新材料的工規(guī)工藝方法無法獲得的新材料，或者利用材料的表面

19、加工過程獲得全新材料的工藝。藝。一、緒一、緒 論論材料表面工程第一講16l 一、緒論一、緒論l 二、表面熱處理二、表面熱處理l 三、表面形變強(qiáng)化技術(shù)三、表面形變強(qiáng)化技術(shù)目目 錄錄材料表面工程第一講u1.表面淬火技術(shù)的原理與特點(diǎn)表面淬火技術(shù)的原理與特點(diǎn)u2.表面淬火層的組織與性能表面淬火層的組織與性能u3.分類分類 二、表面熱處理二、表面熱處理材料表面工程第一講v在表面工程技術(shù)中，不需要外加其他材料，主要依靠材料自身組織與結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變來在表面工程技術(shù)中，不需要外加其他材料，主要依靠材料自身組織與結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變來進(jìn)行表面改性的工藝主要有兩類：一類是進(jìn)行表面改性的工藝主要有兩類：一類是表面淬火與退火技術(shù)，另一

20、類就是表面形變強(qiáng)表面淬火與退火技術(shù)，另一類就是表面形變強(qiáng)化技術(shù)?；夹g(shù)。主要介紹表面淬火技術(shù)的基本原理和特點(diǎn)。主要介紹表面淬火技術(shù)的基本原理和特點(diǎn)。1、鐵碳合金相圖、鐵碳合金相圖2、鋼的普通熱處理包括哪些工藝、鋼的普通熱處理包括哪些工藝?正火、退火、淬火和回火，統(tǒng)稱正火、退火、淬火和回火，統(tǒng)稱“四把火四把火”。3、什么是調(diào)質(zhì)？調(diào)質(zhì)處理后鋼的組織和性能怎樣？、什么是調(diào)質(zhì)？調(diào)質(zhì)處理后鋼的組織和性能怎樣？淬火后高溫回火的復(fù)合熱處理工藝稱調(diào)質(zhì)。淬火后高溫回火的復(fù)合熱處理工藝稱調(diào)質(zhì)。調(diào)質(zhì)后的組織為回火索氏體，具有綜合力學(xué)性能。調(diào)質(zhì)后的組織為回火索氏體，具有綜合力學(xué)性能。4、什么是鋼的淬透性？、什么是鋼的

21、淬透性？鋼在淬火條件下得到鋼在淬火條件下得到M組織或淬透層深度的能力，是鋼的固有屬性。組織或淬透層深度的能力，是鋼的固有屬性。 二、表面熱處理二、表面熱處理材料表面工程第一講 1 表面淬火技術(shù)的原理與特點(diǎn)表面淬火技術(shù)的原理與特點(diǎn)原理原理v采用特定熱源采用特定熱源將鋼鐵材料表面快速加熱到將鋼鐵材料表面快速加熱到Ac3（對(duì)亞共析鋼）或者（對(duì)亞共析鋼）或者Ac1（過共析鋼）（過共析鋼）之上，然后使其快速冷卻并發(fā)生馬氏體相變，形成表面強(qiáng)化層的工藝過程之上，然后使其快速冷卻并發(fā)生馬氏體相變，形成表面強(qiáng)化層的工藝過程，稱為表，稱為表面淬火技術(shù)。不僅僅是鋼鐵，凡是能通過整體淬火強(qiáng)化的金屬材料，都可以進(jìn)行表面

22、淬火技術(shù)。不僅僅是鋼鐵，凡是能通過整體淬火強(qiáng)化的金屬材料，都可以進(jìn)行表面淬火。面淬火。v原則上，原則上，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.351.20的中、高碳鋼及基體相當(dāng)于碳鋼的普通灰鑄鐵、的中、高碳鋼及基體相當(dāng)于碳鋼的普通灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、合金鑄鐵均可以實(shí)現(xiàn)表面淬火，但中碳鋼與球墨鑄鐵最適合于表面球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、合金鑄鐵均可以實(shí)現(xiàn)表面淬火，但中碳鋼與球墨鑄鐵最適合于表面淬火的材料。淬火的材料。這是由于中碳調(diào)質(zhì)鋼經(jīng)過預(yù)先熱處理（正火或調(diào)質(zhì)），再進(jìn)行表面淬火，即這是由于中碳調(diào)質(zhì)鋼經(jīng)過預(yù)先熱處理（正火或調(diào)質(zhì)），再進(jìn)行表面淬火，即可以保證心部有較高的綜合力學(xué)性能，又使表面具有較高的硬度

23、（可以保證心部有較高的綜合力學(xué)性能，又使表面具有較高的硬度（50HRC）和耐磨性。）和耐磨性。 二、表面熱處理二、表面熱處理材料表面工程第一講為解決工件不同厚度處表面硬化層不均勻，為解決工件不同厚度處表面硬化層不均勻，開發(fā)出開發(fā)出低淬透性鋼和限制淬低淬透性鋼和限制淬透透性性鋼鋼。低淬透性鋼低淬透性鋼是通過提高鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)來提高鋼的強(qiáng)度及耐磨性，是通過提高鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)來提高鋼的強(qiáng)度及耐磨性，同時(shí)嚴(yán)格控制鋼中合金元素的含量以降低鋼材的淬透性，表面淬火后，同時(shí)嚴(yán)格控制鋼中合金元素的含量以降低鋼材的淬透性，表面淬火后，其硬化層可控制在其硬化層可控制在1.52.5mm范圍內(nèi)范圍內(nèi)。限制淬透型鋼限

24、制淬透型鋼則是在低淬透性鋼基礎(chǔ)上適當(dāng)提高了增加淬透性元素，則是在低淬透性鋼基礎(chǔ)上適當(dāng)提高了增加淬透性元素，并加入鈦（質(zhì)量分?jǐn)?shù)并加入鈦（質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.060.12），以阻礙奧氏體晶粒的長(zhǎng)大。），以阻礙奧氏體晶粒的長(zhǎng)大。 二、表面熱處理二、表面熱處理材料表面工程第一講特點(diǎn)特點(diǎn)表面表面淬火時(shí)加熱與冷卻速度很快淬火時(shí)加熱與冷卻速度很快, , 使得與普通淬火技術(shù)有較大區(qū)別，主要體現(xiàn)在：使得與普通淬火技術(shù)有較大區(qū)別，主要體現(xiàn)在：o在相變溫度、組織和性能上存在差異在相變溫度、組織和性能上存在差異:加熱速度快：使得加熱速度快：使得Ac3與與Accm相變溫度大幅度提高相變溫度大幅度提高; ;使使奧氏體晶粒顯著細(xì)化

25、。加熱速奧氏體晶粒顯著細(xì)化。加熱速度很高時(shí)，甚至產(chǎn)生無擴(kuò)散奧氏體相變。度很高時(shí)，甚至產(chǎn)生無擴(kuò)散奧氏體相變。冷卻速度快：使得表面淬火硬度比普通淬火后要高。冷卻速度快：使得表面淬火硬度比普通淬火后要高。v快速加熱條件下滲碳體難以充分溶解，形成奧氏體成分也相當(dāng)不均勻?？焖偌訜釛l件下滲碳體難以充分溶解，形成奧氏體成分也相當(dāng)不均勻。不均勻的奧氏體實(shí)際上包含不均勻的奧氏體實(shí)際上包含:未熔碳化物、高碳偏聚區(qū)未熔碳化物、高碳偏聚區(qū)(原珠光體區(qū)原珠光體區(qū))和貧碳區(qū)和貧碳區(qū)(鐵素體區(qū)鐵素體區(qū))，在淬火過程中形成低碳馬氏體區(qū)和高碳馬氏體區(qū)，造成顯微硬度不均勻。所以表在淬火過程中形成低碳馬氏體區(qū)和高碳馬氏體區(qū)，造成顯

26、微硬度不均勻。所以表面淬火處理常需要進(jìn)行預(yù)先熱處理，使碳化物或自由鐵素體均勻、細(xì)小地分布。面淬火處理常需要進(jìn)行預(yù)先熱處理，使碳化物或自由鐵素體均勻、細(xì)小地分布。 二、表面熱處理二、表面熱處理材料表面工程第一講 2.表面淬火層的組織與性能表面淬火層的組織與性能l（1） 表面淬火層的組織表面淬火層的組織表面淬火后的金相組織表面淬火后的金相組織與加熱溫度沿試樣橫截面分與加熱溫度沿試樣橫截面分布布有關(guān)有關(guān).一般分為一般分為:o淬硬區(qū)淬硬區(qū);o過渡區(qū)過渡區(qū);o心部組織心部組織。145鋼鋼; 2T8鋼鋼;硬化區(qū)硬化區(qū); 淬硬區(qū)淬硬區(qū); 過渡區(qū)過渡區(qū); 心部心部表面淬火后組織與硬度的分布表面淬火后組織與硬度

27、的分布 二、表面熱處理二、表面熱處理材料表面工程第一講l （2） 表面淬硬層的性能表面淬硬層的性能v正常情況下，正常情況下，表面淬火層硬度一般比普通淬火工藝高表面淬火層硬度一般比普通淬火工藝高25HRC,淬火后淬火后工件工件耐磨性也比普通淬火要好耐磨性也比普通淬火要好。這主要是因?yàn)楸砻娲慊鹄鋮s速度比常規(guī)。這主要是因?yàn)楸砻娲慊鹄鋮s速度比常規(guī)淬火快得多，淬火快得多，奧氏體晶粒的細(xì)化奧氏體晶粒的細(xì)化 。v此外，表面淬火還可在此外，表面淬火還可在零件表面產(chǎn)生壓應(yīng)力零件表面產(chǎn)生壓應(yīng)力，抑制裂紋的萌生和擴(kuò)展過，抑制裂紋的萌生和擴(kuò)展過程，能大幅程，能大幅提高軸類零件疲勞強(qiáng)度，降低缺口敏感性提高軸類零件疲勞強(qiáng)

28、度，降低缺口敏感性。 二、表面熱處理二、表面熱處理材料表面工程第一講l （3）表面淬火分類）表面淬火分類依據(jù)表面淬火的熱源不同，可分為依據(jù)表面淬火的熱源不同，可分為:o感應(yīng)加熱淬火感應(yīng)加熱淬火o火焰淬火火焰淬火o激光淬火激光淬火o電子束淬火電子束淬火o電阻加熱表面淬火電阻加熱表面淬火 二、表面熱處理二、表面熱處理材料表面工程第一講F 感應(yīng)加熱淬火感應(yīng)加熱淬火原理原理-集膚效應(yīng)集膚效應(yīng)v感應(yīng)線圈通交流電，工件內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)線圈通交流電，工件內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流，并在工件內(nèi)自成回路，稱為并在工件內(nèi)自成回路，稱為“渦流渦流”。v渦流的分布是不均勻的，表面電流密度最大，渦流的分布是不均勻的，表面電流密

29、度最大，心部電流密度幾乎為零。心部電流密度幾乎為零。v由于鋼本身具有電阻，集中于工件表面的渦由于鋼本身具有電阻，集中于工件表面的渦流，流，幾秒種幾秒種可使工件表面溫度升至可使工件表面溫度升至8001000，而心部溫度仍接近室溫，隨即而心部溫度仍接近室溫，隨即噴水噴水(合金鋼浸油合金鋼浸油)快速冷卻快速冷卻后，達(dá)到表面淬火目的。后，達(dá)到表面淬火目的。 二、表面熱處理二、表面熱處理材料表面工程第一講v 感應(yīng)加熱淬火加工工藝感應(yīng)加熱淬火加工工藝預(yù)先調(diào)質(zhì)處理預(yù)先調(diào)質(zhì)處理確定確定加熱溫度加熱溫度與加熱方式與加熱方式選擇比功率選擇比功率設(shè)計(jì)感應(yīng)加熱器設(shè)計(jì)感應(yīng)加熱器確定冷卻方確定冷卻方式與冷卻介質(zhì)式與冷卻介

30、質(zhì)制定回火工藝參數(shù)制定回火工藝參數(shù) 預(yù)先調(diào)質(zhì)處理預(yù)先調(diào)質(zhì)處理的目的是為感應(yīng)加熱淬火作好準(zhǔn)備的目的是為感應(yīng)加熱淬火作好準(zhǔn)備, ,同時(shí)也使工件在整個(gè)截面上具同時(shí)也使工件在整個(gè)截面上具備良好的力學(xué)性能。備良好的力學(xué)性能。 工件的加熱溫度工件的加熱溫度對(duì)淬硬層性能影響很大。感應(yīng)加熱淬火時(shí)存在一最佳溫度范圍對(duì)淬硬層性能影響很大。感應(yīng)加熱淬火時(shí)存在一最佳溫度范圍, , 所得到的強(qiáng)度與硬度可比普通淬火高所得到的強(qiáng)度與硬度可比普通淬火高23HRC。 比功率比功率(單位面積上供給的電功率單位面積上供給的電功率) 高頻淬火時(shí)，比功率對(duì)工件的淬火加熱過程有重要的影響。高頻淬火時(shí)，比功率對(duì)工件的淬火加熱過程有重要的影

31、響。當(dāng)工件尺寸一定時(shí)，比功率越大，加熱速度越快，工件表面能達(dá)到的溫度越高；當(dāng)工件尺寸一定時(shí)，比功率越大，加熱速度越快，工件表面能達(dá)到的溫度越高；比功率太低將導(dǎo)致加熱不足，加熱層深度增大，過渡區(qū)增大。比功率太低將導(dǎo)致加熱不足，加熱層深度增大，過渡區(qū)增大。比功率的大小要綜合考慮淬硬層深度和淬火區(qū)溫度來確定。比功率的大小要綜合考慮淬硬層深度和淬火區(qū)溫度來確定。 二、表面熱處理二、表面熱處理材料表面工程第一講加熱方式加熱方式同時(shí)加熱同時(shí)加熱:通電時(shí)工件需硬化的表面同時(shí)加熱通電時(shí)工件需硬化的表面同時(shí)加熱;連續(xù)加熱連續(xù)加熱:加熱過程中感應(yīng)器與工件的相對(duì)移動(dòng)使工件表面逐漸加熱。加熱過程中感應(yīng)器與工件的相對(duì)移

32、動(dòng)使工件表面逐漸加熱。同時(shí)加熱同時(shí)加熱 二、表面熱處理二、表面熱處理材料表面工程第一講淬火介質(zhì)淬火介質(zhì) 生產(chǎn)上一般為水，常采用生產(chǎn)上一般為水，常采用噴射冷卻法噴射冷卻法，通過調(diào)節(jié)噴射壓力、溫度與時(shí)間來，通過調(diào)節(jié)噴射壓力、溫度與時(shí)間來控制冷速。控制冷速。淬火后進(jìn)行回火淬火后進(jìn)行回火 感應(yīng)加熱淬火后進(jìn)行回火，回火溫度一般較低，以使淬硬層保持有一定的感應(yīng)加熱淬火后進(jìn)行回火，回火溫度一般較低，以使淬硬層保持有一定的殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)力。 二、表面熱處理二、表面熱處理材料表面工程第一講v表面感應(yīng)加熱淬火優(yōu)缺點(diǎn)表面感應(yīng)加熱淬火優(yōu)缺點(diǎn) 是迄今為止國內(nèi)外使用是迄今為止國內(nèi)外使用最為普遍最為普遍的表面淬火技術(shù)的表

33、面淬火技術(shù), ,但存在如下局限性：但存在如下局限性： 與普通淬火相比，與普通淬火相比，設(shè)備成本較高設(shè)備成本較高； 感應(yīng)加熱時(shí)，容易使零件尖角棱邊處過熱，即導(dǎo)致感應(yīng)加熱時(shí)，容易使零件尖角棱邊處過熱，即導(dǎo)致 “尖角效應(yīng)尖角效應(yīng)”； 對(duì)形狀復(fù)雜零件而言，對(duì)形狀復(fù)雜零件而言，難以保證所有表面淬火后都能獲得均勻的硬化層難以保證所有表面淬火后都能獲得均勻的硬化層。 二、表面熱處理二、表面熱處理材料表面工程第一講F火焰加熱表面淬火火焰加熱表面淬火 原理原理-將高溫火焰或燃燒著的熾熱氣體噴向工件表面，使其迅速加熱到淬火溫將高溫火焰或燃燒著的熾熱氣體噴向工件表面，使其迅速加熱到淬火溫度，在一定淬火介質(zhì)中冷卻的表

34、面淬火方法。度，在一定淬火介質(zhì)中冷卻的表面淬火方法。 二、表面熱處理二、表面熱處理材料表面工程第一講v火焰加熱表面淬火工藝火焰加熱表面淬火工藝表面淬火常用火焰表面淬火常用火焰 乙炔乙炔氧火焰氧火焰(最高溫度最高溫度3200) 煤氣煤氣氧火焰氧火焰(最高溫度最高溫度2000)加熱前熱處理加熱前熱處理火焰加熱前要對(duì)工件進(jìn)行正火或調(diào)質(zhì)處理?；鹧婕訜崆耙獙?duì)工件進(jìn)行正火或調(diào)質(zhì)處理。防止過燒和受熱不足防止過燒和受熱不足如何控制工件表面溫度、加熱速度和深度如何控制工件表面溫度、加熱速度和深度 通過控制通過控制燃燒火焰溫度，停留時(shí)間，火焰與工件相對(duì)位置、距離燃燒火焰溫度，停留時(shí)間，火焰與工件相對(duì)位置、距離，以

35、及，以及二二者相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度者相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度來控制。來控制。 二、表面熱處理二、表面熱處理材料表面工程第一講v火焰加熱表面淬火特點(diǎn)火焰加熱表面淬火特點(diǎn) 火焰加熱速度較慢火焰加熱速度較慢, ,溫度梯度較平緩，過渡區(qū)較寬溫度梯度較平緩，過渡區(qū)較寬;生產(chǎn)效率低生產(chǎn)效率低;淬硬層均勻性較差，質(zhì)量較難控制淬硬層均勻性較差，質(zhì)量較難控制;主要用于單件小批量生產(chǎn)。主要用于單件小批量生產(chǎn)。 二、表面熱處理二、表面熱處理材料表面工程第一講F 激光淬火激光淬火 v原理原理-以高能量激光束掃描工件表面，使工件表面快速加熱到鋼的臨界點(diǎn)以上，利用以高能量激光束掃描工件表面，使工件表面快速加熱到鋼的臨界點(diǎn)以上，利用工件基體的

36、熱傳導(dǎo)實(shí)現(xiàn)工件基體的熱傳導(dǎo)實(shí)現(xiàn)自冷淬火自冷淬火，實(shí)現(xiàn)表面相變硬化。，實(shí)現(xiàn)表面相變硬化。v激光加熱速度極快激光加熱速度極快(105106/s)，過熱度大，來不及擴(kuò)散均勻化，奧氏體內(nèi)碳及合，過熱度大，來不及擴(kuò)散均勻化，奧氏體內(nèi)碳及合金濃度不均勻性增大金濃度不均勻性增大;v隨后的快冷隨后的快冷(104/s)中不同微區(qū)內(nèi)馬氏體形成溫度有很大差異，產(chǎn)生細(xì)小馬氏體組中不同微區(qū)內(nèi)馬氏體形成溫度有很大差異，產(chǎn)生細(xì)小馬氏體組織，同時(shí)殘余奧氏體量增加，碳來不及擴(kuò)散，使過冷奧氏體碳含量增加。織，同時(shí)殘余奧氏體量增加，碳來不及擴(kuò)散，使過冷奧氏體碳含量增加。v工件表層獲得極細(xì)小板條工件表層獲得極細(xì)小板條M和孿晶和孿晶M

37、混合組織，位錯(cuò)密度極高，表層硬度提高顯著，混合組織，位錯(cuò)密度極高，表層硬度提高顯著，即使低碳鋼也能提高硬度。即使低碳鋼也能提高硬度。 二、表面熱處理二、表面熱處理材料表面工程第一講v激光淬火工藝激光淬火工藝 激光加熱表面淬火無需冷卻介質(zhì)，為自冷淬火激光加熱表面淬火無需冷卻介質(zhì)，為自冷淬火;激光加熱表面淬火最佳的原始組織是調(diào)質(zhì)組織激光加熱表面淬火最佳的原始組織是調(diào)質(zhì)組織 ;表面需預(yù)先做表面需預(yù)先做“黑化黑化”處理處理(如磷化、氧化、噴刷涂料、鍍膜等如磷化、氧化、噴刷涂料、鍍膜等)，以提高對(duì)激光束的，以提高對(duì)激光束的吸收率，如磷化氧化噴刷涂料鍍膜等吸收率，如磷化氧化噴刷涂料鍍膜等;淬硬層深度由激光

38、功率，光斑直徑，掃描速度共同決定。淬硬層深度由激光功率，光斑直徑，掃描速度共同決定。()PHDv 二、表面熱處理二、表面熱處理材料表面工程第一講v激光淬火特點(diǎn)激光淬火特點(diǎn)硬化層深度為硬化層深度為0.11mm，且硬度一致。即使表面磨去，且硬度一致。即使表面磨去, ,新接觸面硬度值并未新接觸面硬度值并未下降，不會(huì)發(fā)生淬火層磨損后，磨損加劇的現(xiàn)象下降，不會(huì)發(fā)生淬火層磨損后，磨損加劇的現(xiàn)象, ,耐磨性提高了耐磨性提高了50%，工，工件使用壽命提高幾倍件使用壽命提高幾倍十幾倍十幾倍 ;淬火后零件變形極小，表面質(zhì)量很高淬火后零件變形極小，表面質(zhì)量很高, ,特別適用于拐角、溝槽、盲孔底部及特別適用于拐角、溝

39、槽、盲孔底部及深孔內(nèi)壁的熱處理深孔內(nèi)壁的熱處理 ;設(shè)備投資大，生產(chǎn)成本較高。設(shè)備投資大，生產(chǎn)成本較高。 二、表面熱處理二、表面熱處理材料表面工程第一講F 激光表面熔凝技術(shù)激光表面熔凝技術(shù)v 原理原理-激光束加熱熔化基材表面激光束加熱熔化基材表面, 激光束移開后熔化層快速冷卻凝固激光束移開后熔化層快速冷卻凝固液相淬火法液相淬火法。v熔凝層組織為熔凝層組織為鑄態(tài)組織鑄態(tài)組織:沿深度方向?yàn)檠厣疃确较驗(yàn)槿勰龑尤勰龑?、相變硬化層相變硬化層、熱影響區(qū)熱影響區(qū)、基材基材。激光熔凝處理后橫截面組織示意圖激光熔凝處理后橫截面組織示意圖 二、表面熱處理二、表面熱處理材料表面工程第一講v激光表面熔凝應(yīng)用激光表面熔凝

40、應(yīng)用激光熔凝特別適于灰口鑄鐵和球墨鑄鐵表面強(qiáng)化激光熔凝特別適于灰口鑄鐵和球墨鑄鐵表面強(qiáng)化, ,因?yàn)槿勰龝r(shí)石墨與鐵基體混合，形因?yàn)槿勰龝r(shí)石墨與鐵基體混合，形成高含碳白口鑄鐵，顯微硬度可達(dá)成高含碳白口鑄鐵，顯微硬度可達(dá)10001100HV。激光熔凝可以得到非晶層，大大提高表面耐磨性、耐蝕性。如激光快速熔凝激光熔凝可以得到非晶層，大大提高表面耐磨性、耐蝕性。如激光快速熔凝Ni-P合合金。金。激光熔凝激光熔凝Ni基高溫合金單晶體，可以得到細(xì)小等軸晶，改善表面的抗高溫蠕變性能。基高溫合金單晶體，可以得到細(xì)小等軸晶，改善表面的抗高溫蠕變性能。 二、表面熱處理二、表面熱處理材料表面工程第一講優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)-可對(duì)無

41、法通過相變硬化進(jìn)行表面強(qiáng)化的材料進(jìn)行可對(duì)無法通過相變硬化進(jìn)行表面強(qiáng)化的材料進(jìn)行處理。如鋁合金。處理。如鋁合金。F激光沖擊淬火技術(shù)激光沖擊淬火技術(shù) 原理原理-采用高功率密度激光束采用高功率密度激光束(107W/cm2以上以上)在極短時(shí)間內(nèi)在極短時(shí)間內(nèi)(1ms)加熱基材表面，使表面加熱基材表面，使表面局部劇烈蒸發(fā)，產(chǎn)生高達(dá)局部劇烈蒸發(fā)，產(chǎn)生高達(dá)105大氣壓壓力，導(dǎo)致塑性變形，形成高密度位錯(cuò)、孿晶。大氣壓壓力，導(dǎo)致塑性變形，形成高密度位錯(cuò)、孿晶。缺點(diǎn)缺點(diǎn)-所需能量密度過高，加工成本太高，應(yīng)用領(lǐng)域受所需能量密度過高，加工成本太高，應(yīng)用領(lǐng)域受到限制。到限制。 二、表面熱處理二、表面熱處理材料表面工程第一

42、講v電子束淬火原理與激光淬火非常相似，也不需要淬電子束淬火原理與激光淬火非常相似，也不需要淬火介質(zhì)，工件對(duì)電子束的吸收率一般比激光束的吸收火介質(zhì)，工件對(duì)電子束的吸收率一般比激光束的吸收率要大得多，淬硬層深度也高于激光淬火。率要大得多，淬硬層深度也高于激光淬火。F電子束淬火電子束淬火原理原理-采用高能密度電子束對(duì)材料表面進(jìn)行相變硬化。采用高能密度電子束對(duì)材料表面進(jìn)行相變硬化。v電子束淬火必須在真空環(huán)境下進(jìn)行，大大限制了其電子束淬火必須在真空環(huán)境下進(jìn)行，大大限制了其使用范圍?，F(xiàn)在已逐漸被激光淬火取代，很少運(yùn)用。使用范圍。現(xiàn)在已逐漸被激光淬火取代，很少運(yùn)用。 陰極陰極控制柵極控制柵極加速陽極加速陽極

43、聚焦系統(tǒng)聚焦系統(tǒng)電子束斑點(diǎn)電子束斑點(diǎn)工件工件工作臺(tái)工作臺(tái)電子束加工示意圖電子束加工示意圖 二、表面熱處理二、表面熱處理材料表面工程第一講F電阻加熱表面淬火電阻加熱表面淬火 原理原理-在工件中通以低壓大電流，利用工件表面或緊靠工件表面的周圍介質(zhì)中形成高電阻在工件中通以低壓大電流，利用工件表面或緊靠工件表面的周圍介質(zhì)中形成高電阻而產(chǎn)生的熱效應(yīng)將工件表面快速加熱到相變溫度之上并淬火的工藝方法。而產(chǎn)生的熱效應(yīng)將工件表面快速加熱到相變溫度之上并淬火的工藝方法。v根據(jù)焦耳根據(jù)焦耳楞次定律楞次定律(Q=I2Rt)，利用鋼絲，利用鋼絲本身的電阻效應(yīng)，通過可控硅整流將交流電本身的電阻效應(yīng)，通過可控硅整流將交流電

44、變?yōu)橹绷麟姟？梢苿?dòng)小車上的鉛槽接正極，變?yōu)橹绷麟?。可移?dòng)小車上的鉛槽接正極，軋機(jī)本身接負(fù)極，正負(fù)極之間的鋼絲在低電軋機(jī)本身接負(fù)極，正負(fù)極之間的鋼絲在低電壓大電流的作用下被加熱到軋制溫度，通過壓大電流的作用下被加熱到軋制溫度，通過軋機(jī)軋制得到所需的產(chǎn)品。軋機(jī)軋制得到所需的產(chǎn)品。 二、表面熱處理二、表面熱處理材料表面工程第一講v 分類：分類： 電接觸加熱法電接觸加熱法，靠金屬導(dǎo)體相互接觸時(shí)形成的高接觸電阻來加熱；，靠金屬導(dǎo)體相互接觸時(shí)形成的高接觸電阻來加熱； 電解液加熱表面淬火電解液加熱表面淬火。 v特點(diǎn)：特點(diǎn)：電阻加熱表面淬火技術(shù)的共同特點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單，設(shè)備費(fèi)用低，電阻加熱表面淬火技術(shù)的共同特點(diǎn)是

45、工藝簡(jiǎn)單，設(shè)備費(fèi)用低，工件變形小。缺點(diǎn)是淬硬層薄，對(duì)形狀復(fù)雜、尺寸很大的工件不宜采工件變形小。缺點(diǎn)是淬硬層薄，對(duì)形狀復(fù)雜、尺寸很大的工件不宜采用。用。 二、表面熱處理二、表面熱處理材料表面工程第一講42l 一、緒論一、緒論l 二、表面熱處理二、表面熱處理l 三、表面形變強(qiáng)化技術(shù)三、表面形變強(qiáng)化技術(shù)目目 錄錄材料表面工程第一講u1.表面形變強(qiáng)化概述表面形變強(qiáng)化概述 u2.噴丸強(qiáng)化工藝噴丸強(qiáng)化工藝 u3.滾壓強(qiáng)化工藝滾壓強(qiáng)化工藝 三、表面形變強(qiáng)化技術(shù)三、表面形變強(qiáng)化技術(shù)材料表面工程第一講 1 表面形變強(qiáng)化概述表面形變強(qiáng)化概述定義定義-通過機(jī)械手段通過機(jī)械手段(滾壓、內(nèi)擠壓和噴丸等滾壓、內(nèi)擠壓和噴丸

46、等)在金屬表面產(chǎn)生壓在金屬表面產(chǎn)生壓縮變形縮變形，使表面，使表面形成形變硬化層形成形變硬化層(此形變硬化層的深度可達(dá)此形變硬化層的深度可達(dá)0.51.5mm)，從而使表面層硬度、強(qiáng)度提高。，從而使表面層硬度、強(qiáng)度提高。分類分類-主要有主要有噴噴(拋拋)丸丸、 滾壓滾壓工藝。工藝。 三、表面形變強(qiáng)化技術(shù)三、表面形變強(qiáng)化技術(shù)材料表面工程第一講 2.噴丸強(qiáng)化工藝噴丸強(qiáng)化工藝原理原理-將高速彈丸流噴射到工件表面將高速彈丸流噴射到工件表面, ,使工件表層發(fā)生塑性變形使工件表層發(fā)生塑性變形, ,從而形成一定厚度強(qiáng)化層。從而形成一定厚度強(qiáng)化層。v 噴丸一方面使噴丸一方面使工件表面外形變工件表面外形變化化，同時(shí)

47、，同時(shí)產(chǎn)生大量孿晶和位錯(cuò)產(chǎn)生大量孿晶和位錯(cuò)，使，使材料表面材料表面發(fā)生加工硬化發(fā)生加工硬化。v 工件表面強(qiáng)化層內(nèi)存在工件表面強(qiáng)化層內(nèi)存在殘余壓殘余壓應(yīng)力應(yīng)力，當(dāng)工件承受載荷時(shí)可以抵消，當(dāng)工件承受載荷時(shí)可以抵消一部分拉應(yīng)力，從而降低工件表面一部分拉應(yīng)力，從而降低工件表面缺口敏感性，提高疲勞強(qiáng)度。缺口敏感性，提高疲勞強(qiáng)度。 三、表面形變強(qiáng)化技術(shù)三、表面形變強(qiáng)化技術(shù)材料表面工程第一講特點(diǎn)特點(diǎn)- 操作簡(jiǎn)單；耗能少；效率高；操作簡(jiǎn)單；耗能少；效率高； 適應(yīng)面廣。適應(yīng)面廣。分類分類-機(jī)械噴丸；機(jī)械噴丸； 激光噴丸；高壓水射流噴丸；激光噴丸；高壓水射流噴丸； 微粒沖擊微粒沖擊 ； 超聲超聲/高能噴丸高能噴丸

48、 三、表面形變強(qiáng)化技術(shù)三、表面形變強(qiáng)化技術(shù)材料表面工程第一講F （1 1）機(jī)械噴丸）機(jī)械噴丸 分類分類-彈丸驅(qū)動(dòng)方式分為彈丸驅(qū)動(dòng)方式分為葉輪式葉輪式和和壓縮空氣式壓縮空氣式兩大類兩大類 。彈丸選擇彈丸選擇-使用的彈丸有使用的彈丸有鑄鐵丸、鑄鋼丸、不銹鋼丸、鋼絲切割丸、玻鑄鐵丸、鑄鋼丸、不銹鋼丸、鋼絲切割丸、玻璃丸、陶瓷丸璃丸、陶瓷丸 。彈丸選擇。彈丸選擇:綜合考慮綜合考慮工件工藝要求，變形深度，殘余應(yīng)工件工藝要求，變形深度，殘余應(yīng)力值，表面粗糙度。力值，表面粗糙度。特點(diǎn)特點(diǎn)-機(jī)械噴丸應(yīng)用廣泛，但也存在局限機(jī)械噴丸應(yīng)用廣泛，但也存在局限:(a)受零件凹槽部位限制產(chǎn)生受零件凹槽部位限制產(chǎn)生噴丸死角

49、噴丸死角；(b)受受表面粗糙度表面粗糙度的限制；的限制；(c)受受環(huán)境污染環(huán)境污染的限制。的限制。 三、表面形變強(qiáng)化技術(shù)三、表面形變強(qiáng)化技術(shù)材料表面工程第一講F （2 2）激光噴丸）激光噴丸 原理原理-短脈沖強(qiáng)激光短脈沖強(qiáng)激光作用于金屬表面，吸收激光能量汽化形成等離子作用于金屬表面，吸收激光能量汽化形成等離子體而體而急劇爆炸急劇爆炸，產(chǎn)生沖擊波引起應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超過屈服強(qiáng)度時(shí)，產(chǎn)生沖擊波引起應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超過屈服強(qiáng)度時(shí)，金屬表面金屬表面發(fā)生塑變發(fā)生塑變，并使表層下，并使表層下彈性變形難以恢復(fù)，彈性變形難以恢復(fù)， 產(chǎn)生產(chǎn)生殘余殘余壓應(yīng)力壓應(yīng)力。 三、表面形變強(qiáng)化技術(shù)三、表面形變強(qiáng)化技術(shù)材料表面工程第

50、一講特點(diǎn)特點(diǎn)-(a)光斑大小可調(diào)，可對(duì)狹小空間噴丸光斑大小可調(diào)，可對(duì)狹小空間噴丸; (b)激光脈沖參數(shù)和作用區(qū)域可精確控制，殘余壓應(yīng)力激光脈沖參數(shù)和作用區(qū)域可精確控制，殘余壓應(yīng)力 大小、層大小、層深度精確可控深度精確可控; (c)形成的殘余應(yīng)力、層深度比機(jī)械噴丸更大形成的殘余應(yīng)力、層深度比機(jī)械噴丸更大; (d)零件表面形成的沖擊坑淺零件表面形成的沖擊坑淺;(e)適用范圍廣適用范圍廣(碳鋼、合金鋼、不銹鋼、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵、鋁合碳鋼、合金鋼、不銹鋼、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵、鋁合金、鎳基高溫合金金、鎳基高溫合金)。 三、表面形變強(qiáng)化技術(shù)三、表面形變強(qiáng)化技術(shù)材料表面工程第一講F （3）高壓水射流噴丸）高壓水射流噴丸 原理原理-將將高壓水射流噴射高壓水射流噴射到零件表面，使到零件表面，使零件表層產(chǎn)生塑變零件表層產(chǎn)生塑變(冷作硬化冷作硬化層層)，產(chǎn)生理想的，產(chǎn)生理想的組織結(jié)構(gòu)和殘余應(yīng)力組織結(jié)構(gòu)和殘余應(yīng)力分布，分布，提高疲勞強(qiáng)度提高疲勞強(qiáng)度。也可在水射流中加入也可在水射流中加入磨料磨料 (砂?；虿Ｉ傲；虿Ａ椡枇椡?， 磨料顆粒與水射流共同作磨料顆粒與水射流共同作用在材料表面，產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力層。用在材料表面，產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力