材料科學(xué)與工程專業(yè)《金屬熱處理原理及工藝》-第十一章表面熱處理ppt課件

1、整理課件第十一章第十一章 表面熱處理表面熱處理一、表面淬火一、表面淬火二、少無(wú)氧化熱處理二、少無(wú)氧化熱處理三、離子注入三、離子注入四、電子束處理四、電子束處理整理課件一、表面淬火一、表面淬火什么是表面淬火什么是表面淬火表面淬火有何特點(diǎn)表面淬火有何特點(diǎn)表面淬火主要解決哪些問(wèn)題表面淬火主要解決哪些問(wèn)題表面淬火的發(fā)展表面淬火的發(fā)展表面心部不同性能要求，高效率生產(chǎn)表面心部不同性能要求，高效率生產(chǎn)不改變表面化學(xué)成分，只改變表面組織不改變表面化學(xué)成分，只改變表面組織整理課件 要點(diǎn)：要點(diǎn)：用快速加熱法，使零件表面層很快地達(dá)到淬火溫用快速加熱法，使零件表面層很快地達(dá)到淬火溫 度（度（A A化），在熱量傳至內(nèi)部

2、之前，立即冷卻使表化），在熱量傳至內(nèi)部之前，立即冷卻使表 面層淬硬。面層淬硬。 材料：材料：中碳鋼及中碳合金鋼，如中碳鋼及中碳合金鋼，如4040、4545、40Cr40Cr。 感應(yīng)加熱感應(yīng)加熱 分類（加熱方法）分類（加熱方法） 激光加熱激光加熱火焰加熱火焰加熱一、表面淬火一、表面淬火整理課件（一）感應(yīng)加熱表面淬火（一）感應(yīng)加熱表面淬火1 1、感應(yīng)加熱原理、感應(yīng)加熱原理* * 感應(yīng)電流感應(yīng)電流 - - 渦流渦流* * 集膚效應(yīng)集膚效應(yīng)* 電流透入深度電流透入深度()與電流頻率與電流頻率( f )的關(guān)系的關(guān)系:利用電磁感應(yīng)原理利用電磁感應(yīng)原理集膚效應(yīng)示意圖集膚效應(yīng)示意圖感應(yīng)加熱表面淬火示意圖感應(yīng)加

3、熱表面淬火示意圖零件處于交變磁場(chǎng)（感應(yīng)線圈產(chǎn)生）中產(chǎn)零件處于交變磁場(chǎng)（感應(yīng)線圈產(chǎn)生）中產(chǎn)生感應(yīng)電流（渦流），從而產(chǎn)生熱量（零生感應(yīng)電流（渦流），從而產(chǎn)生熱量（零件阻抗通電流產(chǎn)生的熱量）使零件被加熱，件阻抗通電流產(chǎn)生的熱量）使零件被加熱，隨后冷卻淬火。隨后冷卻淬火。一、表面淬火一、表面淬火f50300整理課件f50300工件電阻率工件電阻率工件的相對(duì)導(dǎo)磁率工件的相對(duì)導(dǎo)磁率f電流頻率電流頻率可見(jiàn)：可見(jiàn)：1）f愈高，愈高， 越小，淬硬層深度越淺。越小，淬硬層深度越淺。2） 愈大，愈大， 愈小，愈小，越大。越大。整理課件2、分類（按電源頻率）、分類（按電源頻率）n工頻：工頻：50Hz，功率密度，功率密

4、度0.1100W/cm2；n中頻：中頻：10kHz，功率密度，功率密度 5 W/cm2；n高頻、超高頻：高頻、超高頻：20 1000kHz，功率密度，功率密度2 10 W/cm2；一般地一般地：淬火硬化層厚度隨感應(yīng)加熱器頻率：淬火硬化層厚度隨感應(yīng)加熱器頻率 而而 ； 但感應(yīng)電流隨感應(yīng)加熱器頻率但感應(yīng)電流隨感應(yīng)加熱器頻率 而而 ，即表面加熱熱效率高，即表面加熱熱效率高（易過(guò)熱）。（易過(guò)熱）。 應(yīng)根據(jù)工件尺寸和要求的淬硬層深度選擇合理的電流頻率。應(yīng)根據(jù)工件尺寸和要求的淬硬層深度選擇合理的電流頻率。 = 1015mm 2mm = 0.52mm整理課件3、高頻感應(yīng)加熱表面淬火后的組織和性能、高頻感應(yīng)加

5、熱表面淬火后的組織和性能快速加熱時(shí)鋼的相變特點(diǎn)快速加熱時(shí)鋼的相變特點(diǎn) 1）臨界溫度升高，轉(zhuǎn)變?cè)谳^寬的溫度范圍內(nèi)完成）臨界溫度升高，轉(zhuǎn)變?cè)谳^寬的溫度范圍內(nèi)完成 2）奧氏體晶粒較細(xì)）奧氏體晶粒較細(xì) 3）奧氏體成分不均勻）奧氏體成分不均勻高頻感應(yīng)淬火后的組織高頻感應(yīng)淬火后的組織 M M+F 原始組織原始組織高頻感應(yīng)淬火后的性能高頻感應(yīng)淬火后的性能 硬度比普通淬火高硬度比普通淬火高23HRC 疲勞強(qiáng)度提高疲勞強(qiáng)度提高 強(qiáng)度提高強(qiáng)度提高 整理課件4 4、感應(yīng)加熱淬火主要工藝因素、感應(yīng)加熱淬火主要工藝因素 預(yù)處理：預(yù)處理： 表面淬火前，須對(duì)零件進(jìn)行正火或調(diào)質(zhì)處理，以保證表面淬火前，須對(duì)零件進(jìn)行正火或調(diào)質(zhì)處

6、理，以保證零件心部具有良好的綜合性能。零件心部具有良好的綜合性能。硬化層深度的確定：硬化層深度的確定：抗磨損：抗磨損：1 16.5mm6.5mm抗疲勞：抗疲勞：2 212mm12mm感應(yīng)加熱淬火溫度感應(yīng)加熱淬火溫度 由于感應(yīng)加熱速度快，但組織轉(zhuǎn)變又具有熱滯后，為使組織由于感應(yīng)加熱速度快，但組織轉(zhuǎn)變又具有熱滯后，為使組織轉(zhuǎn)變充分，所以感應(yīng)加熱溫度應(yīng)比常規(guī)加熱溫度提高轉(zhuǎn)變充分，所以感應(yīng)加熱溫度應(yīng)比常規(guī)加熱溫度提高3050。加熱比功率（單位面積加熱功率加熱比功率（單位面積加熱功率W/cm2 ） 比功率大，加熱熔化充分、相對(duì)晶粒較大。因此：比功率大，加熱熔化充分、相對(duì)晶粒較大。因此：大加熱比功率：原始

7、組織較細(xì)、硬化層較深、移動(dòng)式連續(xù)加熱；大加熱比功率：原始組織較細(xì)、硬化層較深、移動(dòng)式連續(xù)加熱； 小加熱比功率：原始組織較粗、零件形狀復(fù)雜、同時(shí)加熱。小加熱比功率：原始組織較粗、零件形狀復(fù)雜、同時(shí)加熱。整理課件感應(yīng)器（感應(yīng)線圈）感應(yīng)器（感應(yīng)線圈） 感應(yīng)器一般為中空、內(nèi)通冷卻介質(zhì)的純銅管制造而成。感應(yīng)器一般為中空、內(nèi)通冷卻介質(zhì)的純銅管制造而成。（加熱方式、感應(yīng)器形狀、應(yīng)用狀況等（加熱方式、感應(yīng)器形狀、應(yīng)用狀況等P133P133圖圖4848） 后處理：后處理： 表面淬火后，一般要對(duì)零件進(jìn)行低溫（表面淬火后，一般要對(duì)零件進(jìn)行低溫（160200 ）回火）回火處理，以降低淬火應(yīng)力和脆性。處理，以降低淬火應(yīng)

8、力和脆性。 冷卻：冷卻： 水，油，有機(jī)溶液水，油，有機(jī)溶液 噴射冷卻，浸淬噴射冷卻，浸淬整理課件5 5、工藝特點(diǎn)、工藝特點(diǎn)l加熱速度快，熱效率高達(dá)加熱速度快，熱效率高達(dá)60%60%以上，生產(chǎn)率高；以上，生產(chǎn)率高；l產(chǎn)品質(zhì)量高，工件變形小，不易氧化及脫碳；產(chǎn)品質(zhì)量高，工件變形小，不易氧化及脫碳；l易實(shí)現(xiàn)批量產(chǎn)品的機(jī)械化和自動(dòng)化，清潔無(wú)污染。易實(shí)現(xiàn)批量產(chǎn)品的機(jī)械化和自動(dòng)化，清潔無(wú)污染。l設(shè)備投資大設(shè)備投資大, ,不適于復(fù)雜形狀零件和小批量生產(chǎn)。不適于復(fù)雜形狀零件和小批量生產(chǎn)。整理課件6、感應(yīng)加熱淬火舉例、感應(yīng)加熱淬火舉例 45鋼曲軸的熱處理工藝。鋼曲軸的熱處理工藝。q調(diào)質(zhì)處理：淬火加高溫回火調(diào)質(zhì)處

9、理：淬火加高溫回火 淬火加熱溫度淬火加熱溫度810 830，回火加熱溫度，回火加熱溫度560， 獲得回火索氏體組織獲得回火索氏體組織q感應(yīng)加熱淬火：感應(yīng)加熱淬火： 淬火加熱溫度淬火加熱溫度830 870，噴水冷卻，噴水冷卻 Ac3Ac1T/ HRC距表面距離距表面距離淬硬層深度淬硬層深度M+F MS回回50M點(diǎn)點(diǎn)整理課件（二）火焰加熱表面淬火（二）火焰加熱表面淬火使用火焰燃燒器和冷卻噴頭實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬零件進(jìn)行表面加熱淬火的使用火焰燃燒器和冷卻噴頭實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬零件進(jìn)行表面加熱淬火的熱處理工藝過(guò)程。熱處理工藝過(guò)程。燃燒氣體：燃燒氣體：煤氣、甲烷氣、丙烷氣、乙炔氣、氫氣等；煤氣、甲烷氣、丙烷氣、乙炔氣、氫

10、氣等；冷卻介質(zhì)：冷卻介質(zhì)：水、油、合成水溶液等。水、油、合成水溶液等?；鹧姹砻娲慊?swf一、表面淬火一、表面淬火整理課件工藝特點(diǎn)：工藝特點(diǎn)：簡(jiǎn)單靈活簡(jiǎn)單靈活加熱速度慢，冷卻速度也慢。在工件內(nèi)部?jī)?chǔ)存較多的加熱速度慢，冷卻速度也慢。在工件內(nèi)部?jī)?chǔ)存較多的熱量，硬化層較深，不易淬裂，淬火硬度不高。熱量，硬化層較深，不易淬裂，淬火硬度不高。適用于中碳鋼（調(diào)質(zhì)鋼、工具鋼、模具鋼等）和鑄鐵適用于中碳鋼（調(diào)質(zhì)鋼、工具鋼、模具鋼等）和鑄鐵零件表面淬火；零件表面淬火；適用于大型零件，不適用于薄壁零件。適用于大型零件，不適用于薄壁零件。加熱溫度不易控制、工件表面易過(guò)熱、加熱溫度不易控制、工件表面易過(guò)熱、 淬火質(zhì)量

11、不夠穩(wěn)定。淬火質(zhì)量不夠穩(wěn)定。整理課件火焰加熱方式火焰加熱方式q固定加熱固定加熱q旋轉(zhuǎn)加熱旋轉(zhuǎn)加熱q連續(xù)加熱連續(xù)加熱 火焰加熱應(yīng)用趨勢(shì)火焰加熱應(yīng)用趨勢(shì)q帶壓力的火焰加熱，提高加熱速度；帶壓力的火焰加熱，提高加熱速度；q帶保護(hù)氣氛的加熱，減少氧化和脫碳；帶保護(hù)氣氛的加熱，減少氧化和脫碳；q發(fā)展各種火焰噴涂和噴焊技術(shù)發(fā)展各種火焰噴涂和噴焊技術(shù)整理課件（三）電接觸加熱表面淬火（三）電接觸加熱表面淬火工藝介紹工藝介紹 利用觸頭（銅滾輪或碳棒）和工件之間形成電回利用觸頭（銅滾輪或碳棒）和工件之間形成電回路，在低電壓大電流的作用下，利用電極與工件之間路，在低電壓大電流的作用下，利用電極與工件之間的接觸電阻使

12、工件表面局部加熱，并靠工件其它未被的接觸電阻使工件表面局部加熱，并靠工件其它未被加熱部位傳導(dǎo)進(jìn)行自冷卻的工藝。加熱部位傳導(dǎo)進(jìn)行自冷卻的工藝。 講義講義P142P142圖圖4-164-16工藝特點(diǎn)工藝特點(diǎn)顯著提高工件表面耐磨和抗擦傷能力；顯著提高工件表面耐磨和抗擦傷能力；淬硬層薄，形成局部硬質(zhì)點(diǎn)，屬于局部表面淬火；淬硬層薄，形成局部硬質(zhì)點(diǎn)，屬于局部表面淬火；淬火后無(wú)須任何精加工，尺寸精度高，適用于精密淬火后無(wú)須任何精加工，尺寸精度高，適用于精密加工后零件表面淬火加工后零件表面淬火。應(yīng)用應(yīng)用 機(jī)床導(dǎo)軌、工模具、汽缸套等。機(jī)床導(dǎo)軌、工模具、汽缸套等。一、表面淬火一、表面淬火整理課件整理課件二、激光熱

13、處理二、激光熱處理激光知識(shí)激光知識(shí)q何為激光何為激光：受輻射的光放大而產(chǎn)生的光。具有單色性好、受輻射的光放大而產(chǎn)生的光。具有單色性好、光亮度高、輻射方向性強(qiáng)等特點(diǎn)。光亮度高、輻射方向性強(qiáng)等特點(diǎn)。q激光的主要應(yīng)用：激光的主要應(yīng)用：(材料學(xué)科領(lǐng)域）材料學(xué)科領(lǐng)域） 激光熱處理激光熱處理 激光焊接激光焊接 激光快速成型激光快速成型 激光切割激光切割 激光檢測(cè)激光檢測(cè) 視頻（激光淬火）整理課件激光熱處理加熱設(shè)備組成激光熱處理加熱設(shè)備組成透射式透射式工件工件平面發(fā)射鏡平面發(fā)射鏡l控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)l工作平臺(tái)工作平臺(tái) 工件和激光束的相對(duì)位置。工件和激光束的相對(duì)位置。工件工件反射式反射式球面鏡球面鏡平面發(fā)射鏡平

14、面發(fā)射鏡激光發(fā)射器激光發(fā)射器導(dǎo)光系統(tǒng)導(dǎo)光系統(tǒng)整理課件M+ArM+F+ArS回回1 、激光表面淬火、激光表面淬火 一束高能激光束照射到金屬表面，使金屬表面局部一束高能激光束照射到金屬表面，使金屬表面局部溫度迅速上升到奧氏體相變溫度以上，激光束移開(kāi)后，溫度迅速上升到奧氏體相變溫度以上，激光束移開(kāi)后，靠工件未被加熱部位自冷卻淬火的工藝過(guò)程?？抗ぜ幢患訜岵课蛔岳鋮s淬火的工藝過(guò)程。 調(diào)質(zhì)熱處理后表面激光淬火調(diào)質(zhì)熱處理后表面激光淬火整理課件激光表面淬火性能激光表面淬火性能硬度，碳鋼提高硬度，碳鋼提高10，鑄鐵提高，鑄鐵提高12倍倍耐磨性提高近耐磨性提高近20倍倍殘余壓應(yīng)力高殘余壓應(yīng)力高激光表面淬火特點(diǎn)激

15、光表面淬火特點(diǎn)快速加熱，快速冷卻快速加熱，快速冷卻處理層與基體結(jié)合強(qiáng)度高處理層與基體結(jié)合強(qiáng)度高零件變形極小零件變形極小加工柔性好加工柔性好需吸光涂層需吸光涂層整理課件q相對(duì)前面而言相對(duì)前面而言, ,如果提高激光功率、減少光斑直徑、降低掃描速如果提高激光功率、減少光斑直徑、降低掃描速度時(shí)，工件表面薄層被熔化度時(shí)，工件表面薄層被熔化激光表面熔化淬火。激光表面熔化淬火。q作用：作用：q（1 1）細(xì)化晶粒）細(xì)化晶粒 一般情況下能使降低一般情況下能使降低9/109/10，硬度提高，硬度提高30%30%以上以上q（2 2）消除表面夾雜）消除表面夾雜 對(duì)于鑄件粗大數(shù)枝晶常伴氧化物、硫化物、對(duì)于鑄件粗大數(shù)枝晶

16、常伴氧化物、硫化物、金屬化合物、氣孔等夾雜，激光表面重熔使雜質(zhì)釋放出來(lái)，同時(shí)表面金屬化合物、氣孔等夾雜，激光表面重熔使雜質(zhì)釋放出來(lái)，同時(shí)表面細(xì)化細(xì)化q（3 3）提高鑄鐵耐磨性）提高鑄鐵耐磨性 為提高灰口鑄鐵和球墨鑄鐵耐磨性，采為提高灰口鑄鐵和球墨鑄鐵耐磨性，采用激光表面熔化淬火，獲得表面熔化區(qū)白口，組織為樹(shù)枝馬氏體用激光表面熔化淬火，獲得表面熔化區(qū)白口，組織為樹(shù)枝馬氏體+ +殘余殘余奧氏體、樹(shù)枝間馬氏體奧氏體、樹(shù)枝間馬氏體+ +萊氏體萊氏體+ +滲碳體；相變區(qū)馬氏體滲碳體；相變區(qū)馬氏體+ +殘余奧氏體殘余奧氏體+ +石墨；過(guò)渡區(qū)隱針形馬氏體石墨；過(guò)渡區(qū)隱針形馬氏體+ +殘余奧氏體殘余奧氏體+

17、+石墨石墨+ +未熔滲碳體未熔滲碳體2 2 激光表面熔化淬火激光表面熔化淬火整理課件激光熱處理應(yīng)用激光熱處理應(yīng)用 應(yīng)用于缸體、缸套、曲軸、凸輪軸、活塞環(huán)等；應(yīng)用于缸體、缸套、曲軸、凸輪軸、活塞環(huán)等； 如大連機(jī)車車輛廠、西安內(nèi)燃機(jī)廠、北京內(nèi)燃機(jī)廠、如大連機(jī)車車輛廠、西安內(nèi)燃機(jī)廠、北京內(nèi)燃機(jī)廠、首都汽車公司、長(zhǎng)春一汽、多個(gè)激光加工中心等。首都汽車公司、長(zhǎng)春一汽、多個(gè)激光加工中心等。例：例：38CrNi3MoV炮管內(nèi)膛的激光熱處理。炮管內(nèi)膛的激光熱處理。整理課件3 3 激光表面合金化激光表面合金化 把合金元素、陶瓷等粉末以一定方式添加到基體金屬把合金元素、陶瓷等粉末以一定方式添加到基體金屬表面，通過(guò)

18、激光加熱使其表面，通過(guò)激光加熱使其（預(yù)涂層）與基體表面共熔而（預(yù)涂層）與基體表面共熔而混合混合，形成表面特種合金層。，形成表面特種合金層。合金粉末的添加方法：合金粉末的添加方法：（1 1）預(yù)沉積法：預(yù)先在涂上一層合金涂膜層，然后用激）預(yù)沉積法：預(yù)先在涂上一層合金涂膜層，然后用激光重熔。如粉末涂刷、熱噴涂、真空鍍、電鍍、化學(xué)鍍、光重熔。如粉末涂刷、熱噴涂、真空鍍、電鍍、化學(xué)鍍、預(yù)置薄板或金屬箔等。預(yù)置薄板或金屬箔等。（2 2）共沉積法：在激光照射同時(shí)將合金粉末送入。）共沉積法：在激光照射同時(shí)將合金粉末送入。整理課件激光表面合金化應(yīng)用激光表面合金化應(yīng)用（1 1）鐵基金屬）鐵基金屬 將將CrCr、N

19、iNi等金屬在碳鋼表面激光合金化，等金屬在碳鋼表面激光合金化，在金屬表面形成表面鈍化膜；在金屬表面形成表面鈍化膜；MoMo在金屬表面形成減摩膜在金屬表面形成減摩膜（2 2）有色金屬）有色金屬 將將NiNi金屬表面激光合金化金屬表面激光合金化AuAu，電接觸點(diǎn)；，電接觸點(diǎn)； TiTi金屬表面激光合金化金屬表面激光合金化Pd,Pd,降低降低TiTi金屬在還原酸中腐蝕速率；金屬在還原酸中腐蝕速率； CuCu表面激光合金化表面激光合金化CrCr，形成氧化膜；，形成氧化膜；AlAl金屬表面激光合金化金屬表面激光合金化Si,Si,提高表面硬度提高表面硬度（3 3）金屬硅化物）金屬硅化物 將將PtPt、Pd

20、Pd、NiNi等合金化到等合金化到SiSi表面，形成表面，形成金屬觸點(diǎn)金屬觸點(diǎn)整理課件4 4 激光表面熔覆激光表面熔覆 在金屬基體表面上預(yù)涂一層金屬、合金或陶瓷粉末，在金屬基體表面上預(yù)涂一層金屬、合金或陶瓷粉末，在進(jìn)行激光重熔時(shí)，控制能量輸入?yún)?shù)，使在進(jìn)行激光重熔時(shí)，控制能量輸入?yún)?shù)，使添加層熔化添加層熔化并使基體表面層微熔并使基體表面層微熔，從而達(dá)到一外加的熔覆層。，從而達(dá)到一外加的熔覆層。（1 1）自溶合金粉末（）自溶合金粉末（NiNi、FeFe、CoCo、CuCu基）基）（2 2）陶瓷粉末（碳化鎢、碳化硅、氧化鋁、氧化鋯、氧化）陶瓷粉末（碳化鎢、碳化硅、氧化鋁、氧化鋯、氧化鉻、氮化硼等）

21、鉻、氮化硼等）（3 3）熔覆基體）熔覆基體碳鋼和有色金屬碳鋼和有色金屬整理課件5 5 激光表面非晶化（激光上釉）激光表面非晶化（激光上釉） 利用激光手段在金屬表面上制得一非晶層。利用激光手段在金屬表面上制得一非晶層。 非晶態(tài)與晶體相比，強(qiáng)度、韌性、硬度、導(dǎo)磁、耐腐蝕性均獲非晶態(tài)與晶體相比，強(qiáng)度、韌性、硬度、導(dǎo)磁、耐腐蝕性均獲得明顯提高。得明顯提高。 如對(duì)如對(duì)Fe-P-SiFe-P-Si合金，合金，2.1%C-12% Cr2.1%C-12% Cr合金激光處理獲得非晶層合金激光處理獲得非晶層, ,但但不是所有金屬都能獲得非晶體不是所有金屬都能獲得非晶體. . 美國(guó)美國(guó)F-15F-15戰(zhàn)斗機(jī)的戰(zhàn)斗機(jī)

22、的F100F100型發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪盤激光制備非晶層，使其型發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪盤激光制備非晶層，使其重量減少重量減少50%50%。整理課件6 6 激光表面納米化激光表面納米化 利用激光束照射金屬表面，獲得納米組織，或形成表利用激光束照射金屬表面，獲得納米組織，或形成表面納米覆層。此項(xiàng)工作屬國(guó)際前沿科研項(xiàng)目，目前正在面納米覆層。此項(xiàng)工作屬國(guó)際前沿科研項(xiàng)目，目前正在進(jìn)行科學(xué)研究。進(jìn)行科學(xué)研究。7 7 激光退火激光退火 對(duì)于半導(dǎo)體材料（硅片、砷化鎵），當(dāng)某種工藝（如對(duì)于半導(dǎo)體材料（硅片、砷化鎵），當(dāng)某種工藝（如離子注入出現(xiàn)晶格缺陷，失去電子活性），激光退火可離子注入出現(xiàn)晶格缺陷，失去電子活性），激光退火可以消除缺

23、陷，使晶體結(jié)構(gòu)有序化。美國(guó)的半導(dǎo)體太陽(yáng)能以消除缺陷，使晶體結(jié)構(gòu)有序化。美國(guó)的半導(dǎo)體太陽(yáng)能生產(chǎn)線均采用此項(xiàng)工藝。生產(chǎn)線均采用此項(xiàng)工藝。8 8 激光沖擊硬化激光沖擊硬化利用利用10107 7 W/mm W/mm2 2以上高功率密度脈沖激光照射金屬表面，使以上高功率密度脈沖激光照射金屬表面，使金屬表面劇烈氣化，形成的沖擊波（金屬表面劇烈氣化，形成的沖擊波（10104 4 Mpa Mpa）反作用表）反作用表面使其硬化。面使其硬化。整理課件一）真空熱處理一）真空熱處理1 1、金屬在真空中的加熱、金屬在真空中的加熱2 2、金屬在真空中的冷卻、金屬在真空中的冷卻3 3、真空熱處理工藝、真空熱處理工藝 真空退

24、火真空退火 真空淬火及回火真空淬火及回火 真空滲碳真空滲碳4 4、真空熱處理后鋼的機(jī)械性能、真空熱處理后鋼的機(jī)械性能5 5、真空熱處理時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題、真空熱處理時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題三、少無(wú)氧化熱處理三、少無(wú)氧化熱處理減少鋼的氧化燒損、減少鋼的脫碳的熱處理工藝。減少鋼的氧化燒損、減少鋼的脫碳的熱處理工藝。整理課件減少鋼的氧化燒損、減少鋼的脫碳的熱處理工藝。減少鋼的氧化燒損、減少鋼的脫碳的熱處理工藝。 鋼在幾種氣氛中的氧化和脫碳鋼在幾種氣氛中的氧化和脫碳空氣：空氣：氧化：氧化：Fe + O2 FeO Fe2O3 Fe3O4脫碳：脫碳：C + O2 CO2CO-CO2： 氧化氧化還原：還原： 3Fe +

25、4CO2 Fe3O4 + CO 脫碳脫碳增碳：增碳： C + CO2 2CO Fe3C + CO2 Fe + 2CO 三、少無(wú)氧化熱處理三、少無(wú)氧化熱處理二）可控氣氛熱處理二）可控氣氛熱處理不可控不可控整理課件 H2-H2O： 氧化氧化還原：還原：Fe + H2 O FeO+H2 脫碳脫碳增碳：增碳： Fe3C + H2O 3Fe + CO+H2 H2-CH4： 脫碳脫碳增碳：增碳： C + 2H2 CH4 Fe3C + 2H2 3Fe + CH4 整理課件 Fe3O4 + H2 Fe + H2O還原還原Fe3O4 + H2 Fe + H2O氧化氧化 Fe3O4 + CO Fe + CO2 還

26、原還原 Fe3O4 + CO Fe + CO2 氧化氧化 T2 T1T/A-AB-B氣體比例氣體比例可控氣氛無(wú)氧化加熱原理可控氣氛無(wú)氧化加熱原理一般燃料制備的氣氛多為一般燃料制備的氣氛多為CO-CO2-H2-H2O混合氣體混合氣體,因此必須因此必須考慮考慮Fe + CO2 = FeO + CO和和Fe + H2O = FeO + H2的綜合影響的綜合影響.C-C T3 整理課件一般地：一般地：燃料氣氛中多為燃料氣氛中多為CO-CO2-H2-H2O的混合氣體。的混合氣體。必然存必然存在兩個(gè)反應(yīng)：在兩個(gè)反應(yīng)： 曲線左側(cè)為還原區(qū)，右側(cè)為氧化區(qū)曲線左側(cè)為還原區(qū)，右側(cè)為氧化區(qū) 曲線左側(cè)為還原區(qū)，右側(cè)為氧

27、化區(qū)曲線左側(cè)為還原區(qū)，右側(cè)為氧化區(qū)qA-A線：線：氣氛氣氛H2O/H2為固定值，當(dāng)為固定值，當(dāng)TT1是還原區(qū)，是還原區(qū)，T T1是是氧化氧化 區(qū)；因此冷卻氧化。區(qū)；因此冷卻氧化。qC-C線：線：氣氛氣氛CO2/CO為固定值，當(dāng)為固定值，當(dāng)TT3是氧化區(qū)，是氧化區(qū)，T T3是還原區(qū)；因此加熱氧化。是還原區(qū)；因此加熱氧化。FeO+ H2 Fe + H2O FeO + CO Fe + CO2整理課件B-B線：線：氣氛氣氛H2O/H2中加入氣氛中加入氣氛CO2/CO的混合氣氛時(shí)，的混合氣氛時(shí)， TT3 前，前， CO2/CO氣氛使鋼處于輕微氧化，但氣氛使鋼處于輕微氧化，但H2O/H2使使鋼處于還原區(qū)被

28、保護(hù)，還原作用大于氧化，因此高溫控制鋼處于還原區(qū)被保護(hù)，還原作用大于氧化，因此高溫控制CO2 、增加、增加H2 ，有利減少鋼的氧化。，有利減少鋼的氧化。 T T3后，后， CO2/CO氣氛使鋼處于還原，但氣氛使鋼處于還原，但H2O/H2使鋼處使鋼處于氧化，還原作用大于氧化，因此低溫控制于氧化，還原作用大于氧化，因此低溫控制H2O 、增加、增加CO ，有利減少鋼的氧化。有利減少鋼的氧化。 這樣可以獲得光亮熱處理。這樣可以獲得光亮熱處理。整理課件四、表面離子注入四、表面離子注入將幾萬(wàn)到幾十萬(wàn)電子伏特的高能離子流注入到固體材料表面將幾萬(wàn)到幾十萬(wàn)電子伏特的高能離子流注入到固體材料表面, ,從從而使材料

29、表面的機(jī)械、物理、化學(xué)性能發(fā)生變化。而使材料表面的機(jī)械、物理、化學(xué)性能發(fā)生變化。 1 1 離子注入改性機(jī)理離子注入改性機(jī)理（1 1）損傷強(qiáng)化）損傷強(qiáng)化 離子注入使晶格大量損傷，晶格原子發(fā)生位移，形成空位離子注入使晶格大量損傷，晶格原子發(fā)生位移，形成空位間隙原子間隙原子對(duì)，隨后又撞擊其它晶格原子，形成損傷區(qū)，使金屬長(zhǎng)程有序變?yōu)槎坛逃行?，?duì)，隨后又撞擊其它晶格原子，形成損傷區(qū)，使金屬長(zhǎng)程有序變?yōu)槎坛逃行?，甚至非晶態(tài)，空位集結(jié)在位錯(cuò)周圍，產(chǎn)生釘扎強(qiáng)化。甚至非晶態(tài)，空位集結(jié)在位錯(cuò)周圍，產(chǎn)生釘扎強(qiáng)化。（2 2）摻雜強(qiáng)化）摻雜強(qiáng)化 N N、B B等被注入金屬后，會(huì)形成金屬化合物嵌于材料中，構(gòu)成硬質(zhì)合金等被

30、注入金屬后，會(huì)形成金屬化合物嵌于材料中，構(gòu)成硬質(zhì)合金彌散強(qiáng)化相。彌散強(qiáng)化相。（3 3）噴丸強(qiáng)化）噴丸強(qiáng)化（4 4）增強(qiáng)氧化膜、提高潤(rùn)滑性）增強(qiáng)氧化膜、提高潤(rùn)滑性 離子注入促進(jìn)粘附性表面氧化物生長(zhǎng)，減少摩擦系數(shù)。離子注入促進(jìn)粘附性表面氧化物生長(zhǎng)，減少摩擦系數(shù)。整理課件2 2 離子注入應(yīng)用離子注入應(yīng)用（1 1）減少表面摩擦力）減少表面摩擦力 注入離子對(duì)位錯(cuò)阻礙，使摩擦副表面邊得更脆；注入注入離子對(duì)位錯(cuò)阻礙，使摩擦副表面邊得更脆；注入離子使表面氧化膜更易形成。離子使表面氧化膜更易形成。（2 2）提高表面抗磨損性）提高表面抗磨損性（3 3）提高表面耐腐蝕性）提高表面耐腐蝕性 利用鈍化、氧化膜理論，使注

31、入離子能形成鈍化膜、利用鈍化、氧化膜理論，使注入離子能形成鈍化膜、氧化膜，從而實(shí)現(xiàn)防腐蝕氧化膜，從而實(shí)現(xiàn)防腐蝕整理課件五、表面電子束技術(shù)五、表面電子束技術(shù)電子束射到材料表面會(huì)同材料的原子核和電子發(fā)生交互作用，電子束射到材料表面會(huì)同材料的原子核和電子發(fā)生交互作用，通過(guò)與基體的電子碰撞傳遞能量，改變材料表面原子點(diǎn)陣實(shí)現(xiàn)通過(guò)與基體的電子碰撞傳遞能量，改變材料表面原子點(diǎn)陣實(shí)現(xiàn)表面強(qiáng)化（電子與原子核之間為彈性碰撞）表面強(qiáng)化（電子與原子核之間為彈性碰撞）1 1 電子束強(qiáng)化特點(diǎn)電子束強(qiáng)化特點(diǎn)原則上電子束改性與激光具有大致相同的特點(diǎn)原則上電子束改性與激光具有大致相同的特點(diǎn). .兩者差別兩者差別: :(1)(1)能量利用率能量利用率: :金屬對(duì)激光吸收率低金屬對(duì)激光吸收率低, ,而對(duì)電子束吸收率非常而對(duì)電子束吸收率非常高高, ,甚至高達(dá)甚至高達(dá)99%,99%,因此電子束具有更高的能量密度因此電子束具有更高的能量密度( (比激光高一比激光高一個(gè)數(shù)量級(jí)個(gè)數(shù)量級(jí)) )(2)(