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扬州市迎松静电喷塑厂

Yangzhou Yingsong Electrostatic Spraying Factory

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特种合金钢表面处理技术

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发布时间:
2021-01-13 09:01:25
【摘要】:
特殊合金钢表面处理类别特殊合金钢的表面处理过程中,能量、合金元素或材料从外部输入,与产品表面相互作用,导致产品表面材料的物理和化学...

特殊合金钢表面处理类别

特殊合金钢的表面处理过程中,能量、合金元素或材料从外部输入,与产品表面相互作用,导致产品表面材料的物理和化学性质的剧烈变化。表面处理的微观本质是材料表层的可控物理化学变化,具有不同于基体的优异性能。

不同的能量输入方式会对材料表面产生物理和化学作用,形成不同的表面结构。根据特殊合金钢表面处理的效果,表面处理可分为以下三类:

①机械作用:特殊合金钢的表面改性是由简单的机械作用引起的,如喷丸、轧制、,孔挤压等表面变形强化,如图1(a)所示。处理后的表面具有抗疲劳性能。

②物理效应:特殊合金钢表面由于能量的作用发生物理变化或形成新的涂层。通过物理效应进行表面处理的工艺有很多,如表面相变强化、热喷涂、表面离子注入、化学物理沉积和激光熔覆等,如图1(B)、(c)、(e)所示,提高了表面的抗疲劳性、耐磨性和耐腐蚀性。

③物理化学作用:特殊合金钢的表面能量作用下通过元素的渗入、扩散和反应进行改性,如渗碳、渗氮、碳氮共渗等金属元素的渗入。

 

 

图1表面处理技术表面化学热处理技术通过扩散渗透某些元素来改变特殊合金表层化学成分的方法称为表面化学热处理强化,也称为扩散热处理。包括渗碳碳氮共渗、氮化氮碳共渗、渗硫氮碳共渗、渗铬渗铝渗铬渗铝硅、渗石墨层渗硼、渗金属等渗元素或溶于基体金属形成固溶体,或与金属元素结合形成化合物。元素的渗入不仅可以改变表层的化学成分,而且可以得到不同的相结构。其中,渗碳和渗氮等离子化学热处理可以改变特殊合金钢零部件的表面状态,提高其耐磨性、耐腐蚀性和耐热性。

单离子化学热处理

离子处理真空炉体

离子化学热处理设备的真空炉主要有两种类型。一种是水冷双层炉墙,可分为钟罩式、立式和井式,隔热屏1-2层(低碳钢、不锈钢或铝合金),功率10-500kw,有效加热区直径300-1700mm,高度400-4000mm。该炉结构简单,成本低,组合方便,但能耗大,温度均匀性差,不能控制工件经处理后的冷却。该炉主要用于离子渗氮;另一种是油淬双室离子渗碳炉该装置温度均匀性好,操作方便,工艺调整范围广,但结构复杂,成本高,装机容量有限(≤300kg),很少用于离子渗氮。近年来,随着真空热处理设备制造技术的发展和产品需求的提高,设备制造商相继开发了带对流系统的热壁真空炉和带高压气淬装置的离子渗碳炉。前者是冷壁炉的基础上增加碳毡或硅酸铝纤维保温层、热辐射加热装置和循环风机,提高了加热区的温度均匀性和工件的混合能力,降低了能耗,大大提高了工艺调整范围,控制工件的加热和冷却速度,特别适用于离子氮碳共渗处理后需要快速冷却的工件,后者多为单室结构。离子渗碳后,采用高压气体淬火(国内设备最高气体冷却压力已达6bar,lbar=0.1MPa)消除油淬火对炉内的污染。工件光洁,变形小,简化了设备结构和操作工艺。

直流电源实际中仍被广泛应用,灭弧系统主要采用限流电阻和LC振荡灭弧,少数采用电子开关。但由于直流电源固有的特点,存着一些明显的缺点:灭弧慢,易烧坏工件;空心阴极效应导致狭缝和小孔过热;无功功率损耗大;功耗低;工艺参数不易调整,对电网干扰大。脉冲电源的发展和应用促进了离子化学热处理技术的发展。目前,该脉冲电源最大峰值电流已达300A,输出电压0~1500V,脉冲频率10~20kHz,导通比0.15~0.8,灭弧时间小于10μs未来离子化学热处理技术的发展趋势之一是扩大复合处理的应用范围。离子化学热处理层质量高,综合力学性能好,但表面强化层厚度有限,硬度梯度大,性能单一,不能满足各种零件的使用条件。因此,离子渗氮、气相沉积(PVD、PCVD)、离子渗氮、表面淬火(感应淬火、激光表面淬火等)、低温镀铁、离子轰击强化以及各种多元共渗氮和复合渗氮等复合处理技术受到了高度重视。

2号特殊合金钢的渗碳工艺特殊合金钢渗碳工艺的作用和过程渗碳工艺具有非常重要的实用价值。轴承、齿轮、模具、工具等特殊合金钢产品的表层承受着磨损、疲劳、机械载荷和化学腐蚀的载荷,通过渗碳等元素达到较高的表面硬度、耐磨性、疲劳强度和耐腐蚀性。特殊合金钢不需要进行合金化或其它复杂工艺处理。它不仅可以降低成本,而且可以保持淬火后的型芯强度和韧性,使产品能够承受冲击载荷。符合节能降耗和可持续发展的方向。渗碳一般选用优质低碳或中碳合金钢,具有冷加工性能好、抗冲击、渗碳后耐磨、接触疲劳寿命高等优点。

渗碳处理对特殊合金钢的选用有一定的要求。渗碳钢的适宜碳含量为0.10%~0.25%,可保证钢芯经淬火和低温回火后仍具有足够的韧性和塑性。

对于重载渗碳件,碳含量可达到0.25%~0.3%,进一步提高芯部强度。中、高碳钢不适合渗碳处理;中、高碳合金钢的临界温度低于渗碳温度,加热到渗碳温度必然有粗大的晶粒,降低强度,影响使用寿命,因此不适合渗碳。渗碳钢要求冶金质量高、纯度高、均匀性好、晶粒细小。确保产品各向同性,防止应力集中导致裂纹。表面渗碳处理选用低碳钢。渗碳浓度、渗碳梯度和渗碳深度可调。渗碳时间与渗碳深度的关系如图2所示。渗碳层深度一般0.4mm以上。

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