電子束表面處理課件

1、電子束表面處理電子束表面處理PPT課件主要內(nèi)容主要內(nèi)容 電子束表面處理原理及設(shè)備 電子束與激光束技術(shù)的對(duì)比 電子束表面處理工藝及實(shí)例電子束表面處理工藝及實(shí)例 應(yīng)用前景電子束表面處理PPT課件一、電子束一、電子束表面處理原理及表面處理原理及設(shè)備設(shè)備1 1、原理、原理 高速運(yùn)動(dòng)的電子具有波的性質(zhì)，當(dāng)高速電子束照射到金屬表面時(shí)，入射電子能深入金屬表面一定深度深度，與基體金屬的原原子核及電子子核及電子發(fā)生相互作用。由于入射電子與原子核的質(zhì)量差別極大，和原子核的碰撞可以看作是彈性碰撞彈性碰撞。因此，能量傳遞能量傳遞主要是通過電子束與金屬表層電子碰撞而完成的主要是通過電子束與金屬表層電子碰撞而完成的，所傳

2、遞的能量立即以熱能的形式熱能的形式傳給金屬表層原子，從而使被處理金屬的表層溫度迅速升高，使表層成分表層成分和組織結(jié)構(gòu)組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，達(dá)到表面改性的效果。電子束表面處理PPT課件 2 2、設(shè)備、設(shè)備 高速電子由電子槍發(fā)射，在加速電壓的作用下，速度高達(dá)光速的2/3。目前電子束加速電壓達(dá)150KV，輸出功率為150KW，這些參數(shù)是激光器無法比擬的。 圖為電子束表面處理設(shè)備電子束表面處理設(shè)備，包括高壓箱、電子槍、真空工作室、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及控制系統(tǒng)等部分。電子束表面處理PPT課件下圖為電子槍結(jié)構(gòu)示意圖電子槍結(jié)構(gòu)示意圖，電子槍由加熱燈絲（電子發(fā)射源）、陰極、陽極（電子加速）、聚束極（電子束收束）、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)（

3、電子束偏轉(zhuǎn)）、電磁透鏡和合軸系統(tǒng)等組成。 燈絲加熱熱熱電電子子在在電電場(chǎng)場(chǎng)作作用用下下陽極加速穿過陽穿過陽極孔后極孔后向下發(fā)向下發(fā)射射電磁透鏡使電子使電子束聚焦束聚焦縮小縮小偏轉(zhuǎn)線圈使電子使電子束偏轉(zhuǎn)束偏轉(zhuǎn)照射到工件表面電子束表面處理PPT課件 電子槍的偏轉(zhuǎn)線圈是根據(jù)需要采用的，但在電子束表面強(qiáng)化處理強(qiáng)化處理中，這種偏轉(zhuǎn)往往具有較大的作用。3、電子束表面處理的特性（1）優(yōu)點(diǎn) a)功率密度高、控制靈活、重復(fù)性好，能夠精確控制表面控制表面溫度和溫度和穿透深度穿透深度； b)在真空條件下進(jìn)行，對(duì)金屬保護(hù)特別好，可以獲得較高的結(jié)合力和性能結(jié)合力和性能，從而保證質(zhì)量。（2）作用 提高了材料的表面硬度硬度

4、，增強(qiáng)耐磨性耐磨性，改善耐腐蝕性耐腐蝕性能，從而延長(zhǎng)處理件的服役壽命。電子束表面處理PPT課件二、電子束與激光束的對(duì)比二、電子束與激光束的對(duì)比5電子束表面處理PPT課件 電子束輻照與激光束輻照的主要區(qū)別在于產(chǎn)生最高溫度位最高溫度位置置和最小熔化最小熔化層厚度層厚度：1 1、熔化層厚度、熔化層厚度 電子束輻照加熱時(shí)熔化層至少有幾個(gè)微米幾個(gè)微米厚厚，這會(huì)影響冷卻時(shí)固相固相- -液液相相界面的推進(jìn)速度；2 2、溫度分布位置、溫度分布位置 在隨后的冷卻過程中,電子束輻照加熱的溫度分布大體與激光輻照的相似相似，但加熱階段差異很大，電子束輻照時(shí)的能量沉能量沉積范圍積范圍較較寬寬，而且約有一半電子作用區(qū)一半

5、電子作用區(qū)幾乎同時(shí)熔化。3 3、能量透入深度能量透入深度 激光的能量透入深度很小，一般為0.1m0.1m，而電子束的能量透入深度大得多，一般為10m10m。因此，激光為表面熱源表面熱源，電子束為次表面熱源次表面熱源。 電子束表面處理PPT課件三、電子束表面處理工藝三、電子束表面處理工藝1 1、電子束表面淬火、電子束表面淬火（1 1）改性過程）改性過程 將工件置于低真空室低真空室中，用103106W/cm2的高速電子流轟擊轟擊工件表面，在極短的時(shí)間極短的時(shí)間內(nèi)，把鋼件的表面加熱到鋼的相變點(diǎn)相變點(diǎn)以上，由于電子束能量極電子束能量極高且集中高且集中，加熱層很薄，可以靠自激冷卻自激冷卻進(jìn)行淬火，表面層

6、轉(zhuǎn)變?yōu)榫ЯO細(xì)的馬氏體晶粒極細(xì)的馬氏體。經(jīng)電子束加熱表面淬火后，工件表面層呈壓應(yīng)力狀態(tài)壓應(yīng)力狀態(tài)，有利于提高疲勞強(qiáng)度提高疲勞強(qiáng)度，從而延長(zhǎng)工件延長(zhǎng)工件使用壽命使用壽命，適用于有相變過，適用于有相變過程的合金程的合金6。 電子束表面處理PPT課件（2 2）參數(shù)分析）參數(shù)分析 電子束的功率密度功率密度和加熱時(shí)間加熱時(shí)間是電子束加熱的主要參數(shù)，在其他因素不變的前提下： 功率密度增加增加，淬硬層深度增加增加，淬硬層硬度提高提高； 加熱時(shí)間的增加增加，淬硬層深度加深加深； 加熱時(shí)間過過長(zhǎng)長(zhǎng)，使金屬基體變熱，影響自激冷卻效果。電子束表面處理PPT課件 加熱時(shí)間可用工件移動(dòng)速度工件移動(dòng)速度來調(diào)整，掃描速度過

7、過快快起不到硬化效果硬化效果，過慢過慢會(huì)引起材料表面出現(xiàn)微熔微熔。掃描速度一定時(shí)一定時(shí)，功率增大大，則使實(shí)際奧氏體化溫度升高，引起馬氏體組織粗化馬氏體組織粗化。（3 3）實(shí)例）實(shí)例 1）叢欣1等.對(duì)齒狀9SiCr9SiCr冷作模具鋼作電子束表面處理淬火組織及性能進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)電子束處理可以顯著提高淬火層硬度。電子束表面處理PPT課件 由圖a、圖b可知，在電子束淬硬層中(FeCr)3C大部分已溶解，原碳化物顆粒位置形成了區(qū)域較大的富鉻區(qū)富鉻區(qū)，其含鉻量為1.273.13%，大大低于基體組織中的(FeCr)3C的鉻含量，而靠近富鉻區(qū)的基體含鉻量明顯高于常規(guī)淬火回火組織中基體的鉻含量。圖圖a 9Si

8、Cra 9SiCr常常規(guī)規(guī)淬火回火淬火回火組織組織圖圖b b 9SiCr9SiCr電電子束子束淬火淬火組織組織電子束表面處理PPT課件 由圖c、圖d可見，富鉻區(qū)內(nèi)為極細(xì)小的隱針馬氏體。 因此在電子束加熱淬火過程中，碳化物溶碳化物溶解程度超過了常規(guī)加熱解程度超過了常規(guī)加熱淬火淬火，使基體含鉻量上升，同時(shí)因加熱速度極加熱速度極快、組織快、組織細(xì)化細(xì)化，這是電子束淬火提高表面硬度的兩個(gè)主要因素。 圖圖c 9SiCrc 9SiCr常常規(guī)淬火回火規(guī)淬火回火組織組織3700037000圖圖d 9SiCrd 9SiCr電電子束子束淬火組織淬火組織x37000 x37000電子束表面處理PPT課件 2 2、電

9、子束、電子束表面熔凝處理表面熔凝處理（1 1） 改性改性過程過程 用高的能量密度高的能量密度對(duì)工件表面進(jìn)行加熱，使其表面在瞬間處于瞬間處于熔化狀態(tài)熔化狀態(tài)，當(dāng)停止加熱時(shí)，在冷基體冷基體的作用下以極快的冷速冷卻，從而使表層組織表層組織細(xì)化細(xì)化，實(shí)現(xiàn)高硬度下具有良好的韌性韌性，可以大大降低原始組織的顯微偏析。（2 2）適用范圍）適用范圍 電子束熔凝處理最適于鑄鐵、高碳高合金鋼鑄鐵、高碳高合金鋼，目前該工藝主要用于工模具和鑄鐵零件的局部強(qiáng)化。（3 3）實(shí)例）實(shí)例 趙暉2等利用真空脈沖真空脈沖電子束技術(shù)處理高速鋼工具表面，其脈沖電流為0200A,加速電壓為015kV,脈沖時(shí)間為30s，得到幾微米厚的熔

10、凝層,層組織明顯細(xì)化。 電子束表面處理PPT課件 右圖是試樣經(jīng)過脈沖脈沖電子束處理電子束處理后后的金相照片?？梢钥闯?在其他條件相同的情況下,隨著脈沖電流脈沖電流強(qiáng)度強(qiáng)度的減少少,高速鋼試樣表面熔熔凝層厚度凝層厚度顯著減少少,表面熔化區(qū)域熔化區(qū)域(“光斑”)也隨之減小小,同時(shí),表層下的熱影響區(qū)熱影響區(qū)逐漸減少少。電子束表面處理PPT課件 從右圖可以看出，在其他條件不變的情況下,隨著脈沖次數(shù)脈沖次數(shù)的減少少,表面熔凝層厚度也隨著減少少,表層下的熱影響區(qū)逐漸減小小,但“光斑”面積變化不不大大。電子束表面處理PPT課件3 3、電子束表面合金化及熔覆、電子束表面合金化及熔覆（1 1）改性過程）改性過程

11、 電子束表面合金化是將合金粉末合金粉末涂覆在金屬表面上，然后控制電子束與表面的作用時(shí)間作用時(shí)間，使表面涂覆層熔化涂覆層熔化，基體材料的表面薄層也微熔，形成表面局部區(qū)域的冶煉局部區(qū)域的冶煉得到新的合金，從而提高工件表面性能。（2 2）合金原料）合金原料 一般選擇W、Ti、Mo等元素及其碳化物作為合金化原料提高材料耐磨性材料耐磨性；選擇Ni、Cr等元素則可提高材料的抗腐蝕性能抗腐蝕性能；而適當(dāng)添加Co、Ni、Si等元素能改善合金化效果改善合金化效果。電子束表面處理PPT課件（3 3）實(shí)例）實(shí)例 張可敏3等人采用強(qiáng)流脈沖電子束強(qiáng)流脈沖電子束對(duì)316L不銹鋼表面進(jìn)行鈦合金化處理，實(shí)驗(yàn)用俄產(chǎn)Nadezh

12、da-2型強(qiáng)流脈沖電子束源,脈沖電子束合金化處理參數(shù)如下:加速電壓27keV，能量密度3J/cm2，脈寬1.5s，脈沖間隔10s，脈沖次數(shù)分別為10次,20次。 電子束表面處理PPT課件 如圖a所示，為預(yù)預(yù)涂鈦涂鈦樣品樣品經(jīng)電子束10次轟擊后次轟擊后的低倍低倍掃描掃描電鏡電鏡形貌,處理后的表面呈快速熔凝的典型形貌特征,并且出現(xiàn)了大量的火山坑,這種特殊形貌是金屬在脈沖束流處理下的特有形貌。 圖b為同一樣品的高倍形貌高倍形貌,熔化的表面上可見一些很小的空空洞和缺陷洞和缺陷,它們可能來自于未能完全熔化彌合的鈦鈦顆粒顆粒。電子束表面處理PPT課件 圖c所示的是經(jīng)電子束20次次轟擊轟擊后的低倍低倍掃描電鏡形貌，可以看出火山坑的密度明顯降低降低,樣品表面變得更加平整平整。這是由于多次的表面重表面重熔熔及火山噴發(fā)火山噴發(fā)更加徹底地清除了表面的夾雜物。 圖d為同一樣品的高倍高倍形貌，可看出表面存在一些微微裂紋裂紋,這表明合金層在冷卻過程中受到了拉應(yīng)力拉應(yīng)力作用,而最終在室溫下存在很高的殘余應(yīng)力殘余應(yīng)力。電子束表面處理PPT課件四、應(yīng)用前景四、應(yīng)用前景44 目前，電子束在食品輻射、醫(yī)療用具的消毒殺菌、環(huán)食品輻射、醫(yī)療用具的消毒殺菌、環(huán)境