鞍山金属表面硬化处理工艺-金属表面硬化处理如何

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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。

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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卡套式管接头作为一种重要的管路附件，是石油化工、轻工、医药、食品、机械等领域中广泛应用的零部件之一。卡套式管接头基本结构是由接头体、卡套、螺母三个基本零件组成（见图1和图2），而卡套作为管接头的关键零件，其结构、性能的优劣，直接影响管接头的性能和质量。装配时，在螺母的挤压力作用下，卡套沿接头体内锥轴向运动并产生变形，其刃口部分向内收缩切入钢管表壁，形成密封接头；同时卡套外锥向上拱起形成龟背，与接头体内锥紧密接触形成密封，属于刚性线密封。

对于不锈钢卡套式管接头，卡套用奥氏体不锈钢制造，但由于奥氏体不锈钢的硬度偏低(~230Hv)，在挤压力下，卡套首先发生塑性变形，卡套在不锈钢管的表面嵌入深度较浅，密封效果不好，往往一次装配合格率不会高于60%。目前国外进口的不锈钢卡套都是经过表面硬化处理，如美国的Swagelok公司和PARKER公司、日本JSK不锈卡套接头。Swagelok 公司是世界的卡套生产商，该公司利用LTCSS技术对奥氏体不锈钢卡套表面进行硬化处理，硬化前，卡套表面要先用HCl进行表面活化处理，去除不锈钢表面的钝化，然后进行470℃气体渗碳处理，整个处理周期长达几十个小时，以获得硬度600-1000HV、厚度大于25μm 的硬化层。

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