大连金属表面硬化处理-呼和浩特金属表面硬化处理

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表面工程技术围绕腐蚀、摩擦、磨损和功能特性等因素,成为20世纪80年代世界上发展的十项关键技术之一，取得长足进展，形成一门新兴学科——表面工程学。美国商业部将表面工程技术列入影响2l世纪人类生活的七大关键技术之一，与计算机科学、生命科学、新能源技术、新材料技术、信息技术和制造技术并列。

英国伯明翰大学教授Tom. Bell在上世纪八十年代初提出了表面工程的概念。他认为，表面工程是将材料表面和基体一起作为一个系统进行设计和改性，以期获得材料表面和基体本身都不可能具有的优异性能，其效益成本比是很高的。

根据材料科学与工程的四个要素，即成分和组织结构——制备和加工——性能——使用性能之间的关系，表面工程技术同样应是通过改变基体材料表面的化学成分或者采用某些工艺改变基体表面的组织结构并获得相应性能，以满足使用性能要求的工程技术。

具体说来，表面工程技术就是根据固体材料表面在具体使用环境中的失效机理和特殊性能要求，从各种表面改性技术、涂镀技术和薄膜技术等机械、物理或化学方法中，选取为经济、有效的工艺方法改变材料表面及近表面区的形态、化学成分、组织结构和应力状况，从而提高材料抵御环境的能力，或赋予材料表面具有机械、装饰、物理和某些特殊功能（如声、电、光、磁及其转换等功能）的系统工程技术。

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现代工业和科学技术的发展，对机电产品的自动化、小型化、可靠性、耐久性的要求越来越高，零部件的服役条件也越来越恶劣。工作在高速、高载荷、高温高腐蚀环境下的零部件对材料表面使用性能的要求也就更苛刻。而在许多情况下，很难有同时能满足基体和表面性能要求且经济性好的材料。在这方面，表面强化技术正显示其重要地位和作用。例如，宇宙飞船、洲际的飞行速度达几十倍音速，其外部构件与大气层摩擦产生的热量会使其外部构件的温度达4000～5000℃以上，几乎所有金属与合金都不能承受如此高温，只能依靠某些陶瓷材料，如氧化锆等隔热防火涂层。这些涂层可以降低基体温度，保护基体材料不致软化，保持足够的强韧性。合金钢有很好的强韧性，但硬度不是很高；陶瓷虽然有很高的硬度、红硬性、耐磨性，但脆性大。高速钢钻头、铣刀等刃具表面可以用气相沉积法获得几微米厚的TiN覆层，可提高使用寿命几倍，而且TiN色泽金黄，有很好的装饰作用。铝硅合金铸造性好、密度小、重量轻，很适宜制造汽车零件，其缺点是硬度低、耐磨性较差。Al-Si合金经激光加热表面Ni－Cr合金化后，耐磨性比原材料提高3倍左右，使铝合金活塞的使用寿命提高2倍以上。在有些情况下，即使采用比较经济的、简单可行的表面强化技术，同样也能收到较好的效果，如硬质合金拉丝模，采用化学热处理渗硼后，与未处理的模具比较，拉低碳钢丝使用寿命可以提高7倍，拉高碳钢丝使用寿命可以提高2倍。

常用的预先热处理工艺有调质、淬火+回火、正火及退火。

①不锈钢硬化前的预先热处理一般采用淬火+回火，目的是为了消除加工应力和改善组织。对硬度要求不高的工件可采用退火处理。奥氏体不锈钢通常采用固溶处理。

②调质是结构钢常用的预先热处理工艺，调质的回火温度至少要比硬化温度高20～40℃。回火温度越高，工件硬度越低，基体组织中碳化物弥散度愈小。因此，回火温度应根据对基体性能和硬化层性能的要求综合确定。调质后理想的组织是细小均匀分布的索氏体组织，不允许存在粗大的索氏体组织，也不允许有较多的游离铁素体存在。

调质引起的脱碳对硬化层脆性和硬度影响很大，所以调质前的工件应留有足够的加工余量，以保证机械加工时能将脱碳层全部切除。对硬化后要求变形很小的工件，在精加工前（如精磨）还应进行一次或多次稳定化处理，处理温度应处于调质温度和硬化温度之间。调质后，若工件的硬度或金相组织不合格，允许返工。

③工、模具钢硬化前的预先热处理一般采用淬火+回火处理。

④正火预先热处理只适用于对心部强度和韧性要求不高的工件，正火时冷却速度不宜过慢。尺寸较大的工件不宜采用正火处理，因正火时过慢的冷却速度会产生粗大组织，硬化后表面硬度低且不均匀。正火后不合格的工件允许返工。

⑤球铁的预先热处理多采用正火处理。

⑥退火处理在钛合金中运用较多，结构钢中极少采用退火处理。38CrMoAl钢不允许采用退火处理，否则硬化层组织中易出现不利的针状化合物。

⑦对于经过变形（如冲压、锻造、机加工等）的工件，应进行去应力退火处理，以减少变形。

还需说明的是，正火时冷却速度不易过慢，调质时回火温度不应过高，保温时间不应太长。截面尺寸大的工件不易用正火态，而应调质处理，这是因为细小的原始组织比粗大的原始组织硬化后有更高的表面硬度及良好的硬度梯度。

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