钢的热处理及表面处理.ppt

工程材料及成型技术,机械学院,第3章 钢的热处理及表面处理,材料成型系,第三章 钢的热处理及表面处理,改性处理,热处理,表面处理,普通热处理,退火、正火、回火、淬火,渗碳、渗氮碳氮共渗渗金属,特殊热处理,表面淬火,化学热处理,表面热处理,形变热处理真空热处理可控气氛热处理,表面强化表面防护,热喷涂气相沉积高能束强化,发蓝（高温碱性和酸性、常温发蓝）磷化（高温、中温低温和常温磷化）电镀（镀锌、镀铬等）化学镀着色装饰,第一节 钢的热处理原理,普通热处理（退火、正火、淬火和回火）,表面热处理（表面淬火和化学热处理）。,加热、,保温,和冷却,改变组织(材料整体或表面),获得性能,的一种热加工工艺。,固态金属或合金,在一定介质中,热处理,一、钢在加热时的组织转变加热时，实际转变温度往往要偏离平衡的临界温度，AC1、AC3、ACm等,冷却时,如Ar1、Ar3、Arm等,（一）奥氏体的形成过程 钢在加热时奥氏体的形成过程又称为奥氏体化。,有形核、长大和均匀化等过程,以共析钢的奥氏体形成过程为例,1、奥氏体的形核,2、奥氏体晶核的长大,3、残留渗碳体的溶解,4、奥氏体成分均匀化,奥氏体的形成,A,A 形核,A 长大,残留Fe3C溶解,A 均匀化,奥氏体长大示意图,过共析钢的加热过程：,亚共析钢的加热过程：,（二）奥氏体晶粒大小及其控制,1.晶粒大小的表示方法标准金相图片（标准评级图）评定晶粒大小的级别.,分为8级，1级最粗，8级最细。,14级为粗晶粒度，,58级为细晶粒度。,2.奥氏体晶粒度的概念,实际晶粒度:实际条件得到的晶粒大小,本质晶粒度:用以表明奥氏体晶粒长大倾向的晶粒度称为。,标准试验方法:加热到93010，保温38h后测定奥氏体晶粒大小，,在14级，本质粗晶粒钢；在58级，本质细晶粒钢。,3.奥氏体晶粒大小对钢的力学性能的影响,1).奥氏体晶粒均匀细小,热处理后钢的力 学性能提高。,2).粗大的奥氏体晶粒在淬火时容易引起 工件产生较大的变形甚至开裂。,4.奥氏体晶粒大小的控制,加热速度,越快,d细小,过热度越大,钢的化学成分,无残Cm奥氏体中含碳量的增加,晶粒长大倾向增大,Ti、Zr、V、Nb、Al等,碳化物和氮化物,阻碍晶界的迁移,本质细晶粒钢,Mn和P,促进奥氏体晶粒长大,加热温度与保温时间 T越高，t越长，,d粗大，,原子扩散,(一)钢在热处理时的冷却方式,二、钢在冷却时的组织转变,1、过冷奥氏体的高温转变（珠光体转变）,Fe、C原子扩散-扩散型转变,A1550,等温冷却,1）珠光体的组织形态,(二)钢在连续冷却时的组织转变,按片间距的大小可将其分为三类：,600550片层极细的，托氏体（屈氏体），“T”。,650600 片层较细的，索氏体，“S”；,A1650片层较粗 珠光体，“P”,2)珠光体的力学性能片层间距越小，则强度和硬度越高，塑性和韧性也越好。,珠光体形成示意图,2、过冷奥氏体的低温转变（马氏体转变）,无扩散性相变（Fe、C原子失去扩散能力）,马氏体（M）是碳在Fe中的过饱和固溶体,马氏体晶体结构,1）马氏体的组织形态,板条马氏体,a.板条马氏体,Wc:0.25%以下,低碳马氏体,板条马氏体内有高密度的位错缠结的亚结构,位错马氏体,两种基本形态：,针状马氏体,wc在0.25%1.0%之间两种马氏体的混合组织含碳量越高，板条状马氏体量越少,b.针状马氏体,当wc 1.0%时,亚结构主要是孪晶,孪晶马氏体,2）马氏体的力学性能,WC/%,含碳量，含碳量的增加而升高。,塑性和韧性,板条（位错）型,比片状（孪晶）型马氏体好得多,片状马氏体的韧性低，脆性大，断面收缩率和断后伸长率都很低。,亚结构,硬度,3）马氏体转变的主要特点,无扩散性、速度极快10-7s,转变是在一个温度范围内进行的 在MsMf,转变不完全,多数钢的Mf点在室温以下,残余（留）奥氏体，常用Ar表示。,奥氏体含碳量对马氏体转变温度的影响,奥氏体含碳量对残余奥氏体数量的影响,3、过冷奥氏体的中温转变（贝氏体转变）,Ms点(230-550),C原子扩散半扩散型转变,贝氏体（B）是碳化物（渗碳体）分布在碳过饱和的铁素体基体上的两相混合物。,B,上贝氏体（B上）,550至350,组织形态呈羽毛状,下贝氏体（B下）,350至Ms(230),呈黑色针状或竹叶状。,贝氏体的力学性能:,上贝氏体:强度和韧性均差。,下贝氏体:强度高，韧性也好，较好的综合力学性能,(三)过冷奥氏体的等温冷却转变曲线,1.建立共析钢过冷奥氏体等温冷却转 变曲线-TTT曲线(C 曲线),T-timeT-temperatureT-transformation,共析碳钢 TTT 曲线建立过程示意图,A1,孕育期,过冷度,原子扩散的温度,二)共析碳钢 TTT 曲线的分析,稳定的奥氏体区,过冷奥氏体区,A向产物转变开始线,A向产物转变终止线,A+产 物 区,产物区,A1550;高温转变区;扩散型转变;P 转变区。,550230;中温转变区;半扩散型转变;贝氏体(B)转变区;,230-50;低温转变区;非扩散型转变;马氏体(M)转变区。,2.亚共析钢的TTT曲线,P+F,S+F,T,B,M+A残,3.过共析钢的TTT曲线,P+Fe3C,S+Fe3C,T,B,M+A残,(四)影响 TTT 曲线形状 与位置的因素,1.奥氏体中含碳量的影响:,2.奥氏体中含合金元素的影响:除Co、Al(2.5%)外,所有合金元 素溶入奥氏体中,会引起:,合金元素的影响,2）碳化物溶解充分,奥氏体成分均匀,提高了过冷奥氏体的稳定性,从而使 TTT曲线向右移。,3.奥氏体状态的影响,1）奥氏体晶粒越细,越有利形核和扩散,有利转变,加热温度越高,保温时间越长,越稳定。,（五）.过冷奥氏体的连续冷却转变,一)建立共析钢过冷奥氏体连续冷却转变曲线-CCT 曲线,C-continuousC-coolingT-transformation,c,1、共析碳钢 CCT 曲线建立过程示意图,Pf,Ps,A+P,K,Ms,Mf,中止线,无贝氏体转变区,Vc上临界冷却速度,2 共析碳钢 TTT 曲线与CCT曲线的比较,Vc,V1=5.5/s:炉冷;P,V2=20/s:空冷;S,V3=33/s:油冷;T+M+A残,V4 138/s:水冷;M+A残,连续冷却过程中 TTT 曲线的应用,V1=5.5/s:炉冷;P,V2=20/s:空冷;S,V3=33/s:油冷;T+M+A残,V4 138/s:水冷;M+A残,过共析钢,无贝氏体转变区,先共析渗碳体析出线,亚共析钢,先共析铁素体析出线,贝氏体转变区。,共析钢无贝氏体转变区,亚共析钢和过共析钢的连续转变曲线,第二节 钢的普通热处理工艺,预备热处理:退火;正火,最终热处理:淬火;回火,一般零件生产的工艺路线:,一、钢的退火,一)定义:把零件加温到一定温度，保温一段时间,然后缓慢（随炉）冷却，以获得接近平衡状态组织的热处理工艺。二)目的:1、消除应力;2、降低硬度以改善切削加工性能;3、细化晶 粒;4、均匀成分;5、为最终热处理作好组织准备。,三)种类,退火,重结晶退 火,低温退火,完全退火,扩散退火,球化退火,再结晶退火,去应力退火,普通退火,等温退火,普通球化 退 火,等温球化 退 火,四)工艺参数:,1、完全退火和等温退火,加热到Ac3+3050，保温后炉冷,指加热到完全奥氏体化,目的：细化，软化,适用于：亚共析钢的铸、锻件，热轧型材，焊接件,组织：F+P,加热到Ac3（Ac1）+3050，保温后在Ar1以下等温后空冷,目的：细化，软化、省时,适用于：中、高合金钢,组织：F+P 或 Fe3C+P,t,过共析钢,亚共析钢,完全退火,等温退火,2、球化退火和扩散退火,加热到Ac1+2030,目的：得到球状 Fe3C，软化,适用于：共析钢，过共析钢,组织：球状 P,加热到Ac3+150300，长时间保温后慢冷,目的：均匀成分,适用于：铸钢件,组织：晶粒粗大,思考：过共析钢怎样退火？,扩散退火后应完全退火或正火,细化,扩散退火,均匀化退火,球化退火,T10钢球化退火组织(化染)500,粒状珠光体,3、去应力退火和再结晶退火,加热到Ac1-100200，保温后炉冷,目的：去内应力，稳定组织,适用于：冷加工件，热加工件,组织：不变,加热到t再+150250，保温后空冷,目的：降低硬度，提高塑性,适用于：冷变形工件,组织：等轴晶粒,再结晶温度：T再=T熔 0.4（绝对温度）,低温退火,低温退火,再结晶退火,去应力退火,二、钢的正火,一)定义:把零件加温到临界温度以上 3050,保温一段时间,然后 在空气中冷却。,二)目的:消除应力;调整硬度;细化晶 粒;均匀成分;为最终热处理 作好组织准备。,目的：与完全退火相似，且细化晶粒，改善性能,适用于：低碳钢 改善切削加工性 过共析钢 消除网状 Fe3C 要求不高的结构件 机械性能,第三节钢的淬火,一、定义:把零件加温到临界温度以上 30 50,保温一段时间,然 后快速冷却(水冷)。,二、目的:为了获得马氏体或下贝氏体组织,提高钢的硬度和耐磨性。,三、工艺参数:,工艺参数:,四、热处理后的组织:,M+Fe3C+A残,Ac1+3050,过共析钢,M+A残,Ac1+3050,共析钢,M+A残,Ac3+3050,亚共析钢Wc0.5%,M,Ac3+3050,亚共析钢Wc0.5%,五、淬火加热时间()的选择:,=K D,六、淬火冷却介质,1.理想淬火冷却介质,2.常用的淬火冷却介质,七、常用的淬火方法,深冷处理和局部淬火,分级淬火：在Ms附近稍保温，使内外均温，最后得M等温淬火：在Ms上等温，最后得到B下,等温淬火的内应力最小，工件不易变形开裂，适合形状复杂零件,深冷处理 淬火后继续在 0以下冷却，使残A M 目的：稳定组织，HRC 用于：量具（模具）,局部淬火：局部加热淬火 整体加热，局部冷却,八、钢的淬硬性,1.定义:是指钢在淬火后所能达到的最 高硬度。,2.影响钢的淬硬性的因素:主要取决于 马氏体的含碳量。,WC/%,九、钢的淬透性,1.定义:是指钢在淬火时所能得到的淬 硬层(马氏体组织占50%处)的 深度。,2.影响钢的淬透性的因素:主要是临界 淬火冷却速度V 的大小,V 越 大,钢的淬透性越小。,工件淬硬层与冷却速度的关系,.淬透性的大小对钢的热处理后的力学性能的影响,4.钢的淬透性的测量,1)“末端淬火法”测定。,2)临界淬火直径：,最大淬透直径,Do,Do越大，钢的淬透性越好,部分钢材的临界淬透直径,钢的淬硬性,指淬火后马氏体所能达到的最高硬度,淬硬性主要决定于马氏体的碳含量。,淬透性主要决定于临界冷却速度,合金元素淬透性（除Co）,C曲线越右,临界冷却速度小,淬透性越好,硬度,碳含量,淬硬性与淬透性:,5、淬透性的实际意义,1）淬透性高保证淬透减少应力2）淬透性低表面淬火焊接,第四节钢的回火,一、定义:把淬火后的零件重新加温到A1线以下某个温度,保温一段时间,然后冷却到窒温。,二、目的消除淬火应力,降低脆性;稳定 工件尺寸;调整淬火零件的力学性能。,三、回火时的组织变化：,M分解,过饱和相,C析出,F,块状F,碳化物,细Fe3C,粒状Fe3C,回火M 回火T 回火S 回火P,A残分解,B下或回火M,200-300,250-400,再结晶F,粗大Fe3C,400-600,600,1.马氏体分解（100350）,100以上,M分解,析出弥散的-Fe2.4C碳化物,成分和结构不同于渗碳体,是亚稳定相,回火马氏体(M回):,一定饱和度的固溶体+弥散分布的碳化物。,*M、Ar不稳定,回火组织转变过程：,2.残余奥氏体的分解（200300）在200300之间回火时,残余奥氏体将会发生分解,产物:过饱和的固溶体+-Fe2.4C碳化物,相当于回火马氏体或下贝氏体,3.碳化物的转变（300400）,4.渗碳体的聚集长大和相的再结晶（400以上）,碳化物 渗碳体转变,回火托氏体,饱和针状的固溶体+细小颗粒状的渗碳体,400渗碳体开始聚集长大。F明显回复.450 相的多边形化,回火索氏体:,多边形化相+较大粒状的渗碳体,600 回火珠光体,再结晶等轴的相+粗粒状的渗碳体,四、回火时的性能变化,随回火温度 b，S，HRC，K，e,五、回火种类,低温回火（150250）组织：回火M 极细碳化物+过饱和相 目的：内应力，脆性，保持高硬度和耐磨性 适用：工具，量具，轴承 高碳钢 渗碳件，表面淬火件 HRC5862,2 中温回火（350500）组织：回火T 针状 F+极细 Fe3C 目的：获得高s，e HRC3545 适用：弹簧，扳手，模具 中高碳钢,3 高温回火（500650）组织：回火S 块状 F+粒状 Fe3C 目的：获得良好的综合机械性能 HRC2535 适用：轴，齿轮，螺栓等重要结构件 中碳钢,淬火+高温回火=调质,三)工艺参数,淬火+高温回火=调质处理,第一类回火脆性：250400 每种钢都有，难以避免 回火温度禁区,六、回火脆性,韧性随回火温度升高而升高？,300 600,回火脆性：在某温度区间回火时，k 显著降低,第二类回火脆性：500600 含Cr、Mn、Ni的钢明显 可以消除：钢中加 Mo、W 回火后快冷,化学热处理,表面淬火,第五节 钢的表面热处理,对轴、齿轮、凸轮的机械性能要求,表面：硬，耐磨，耐疲劳,M,心部：塑，韧，耐冲击,F，P,解决思路：,选材,低淬透性材料,工艺,只改变表层组织,同时改变表层组织、成分,表面热处理,工艺的核心:使零件具有“表硬里韧”,一、表面淬火,一)定义:是一种不改变钢表层化学成 分,但改变表层组织的热处理工艺。,二)工艺特征:通过快速加热使钢的表 层奥氏体化,然后急冷,使表层 形成马氏体组织,而心部仍保 持不变。,三)表面淬火用钢:,选用中碳或中碳低合金钢。40、45、40Cr、40MnB等。,四)表面淬火加工的方法:感应加热(高、中、工频)、火 焰加热、激光加热等。,1.感应加热表面淬火,1)感应加热的基本原理:,*感应电流-涡流,*集肤效应,1.感应加热表面淬火,1)感应加热的基本原理:,*感应电流-涡流,*集肤效应,淬火层深度(),电流频率(f),分类：高频（200300 KHz），中频（2.58 KHz），工频（50 Hz），厚度分别为0.5-2，3-6，10-15mm,特点：加热速度快，时间短 表层为极细的隐晶M 硬度高 脆性低 23HRC 体积膨胀形成压应力,-1 变形小，不易氧化脱碳 易机械化、自动化 设备价贵，维修调整困难,适用于：需淬硬层薄的中、小零件多用于：中碳钢、中碳合金钢,2)工艺要求:*表面淬火前,必须对零件进行正火 或调质处理,以保证零件有良好的 基体。*表面淬火后,必须对零件进行低温 回火处理,以降低淬火应力和脆性。,2.火焰加热表面淬火,1)火焰加热表面淬火的基本方法,2)火焰加热表面淬火的特点:,*设备简单,操作方便,成本低。*淬火质量不稳定。*适于单件、小批量及大型零件的生产。,淬硬层2-6mm,（三）激光加热表面淬火,无需冷却介质,加热:高功率密度:103105W/cm2,淬硬层：,硬度高、耐磨性好(50%),复杂件的拐角、沟槽、深孔等,二、化学热处理,一)定义:将零件置于一定的化学介质 中,通过加热、保温,使介质 中一种或几种元素原子渗入 工件表层,以改变钢表层的化 学成分和组织的热处理工艺。,二)化学热处理的基本过程:,2.吸收:活性原子被零件表面吸收和溶 解。,3.扩散:活性原子由零件表面向内部扩 散,形成一定的扩散层。,1.加热:工件加热到合适的温度使之有利于吸收渗入元素.,三)化学热处理进行的条件:,1.渗入元素的原子必须是活性原子,而 且具有较大的扩散能力。,2.零件本身具有吸收渗入原子的能力,即对渗入原子有一定的溶解度或能 与之化合,形成化合物。,四)化学热处理的种类:渗碳;渗氮;碳氮 共渗;渗硼;渗铝;渗硫;渗硅;渗铬等。,1.钢的渗碳,1)定义:把钢置于含有活性炭的介质中，加热、保温，使活性碳原子渗入钢的表面的热处理工艺。,2)目的:获得具有表硬里韧性能的零件。,3)用钢:,低碳钢和低碳合金钢。,4)方法:固体、气体、液体渗碳。,固体渗碳法示意图,设备简单操作方便生产率低质量不易控制劳动条件差单件、小批量,气体渗碳法示意图,煤油、甲醇等生产率高渗碳层质量好劳动条件好,液体渗碳法,工件放入熔融的液体中设备简单质量容易控制操作方便渗入速度快盐浴配方大多含有氰盐单件，小批量,5)工艺:加热温度为900950;渗碳时间一般为39小时;渗碳层厚0.5-2mm,Wc%1.0%,6)渗碳后的组织:,渗碳层的组织,过共析组织(P+Fe3C),共析组织(P),过渡区亚共析组织(P+F),原始亚共析组织(F+P),7)渗碳后的热处理工艺,8)热处理后的组织,低碳M回+F,M回+Cm+A残,低碳合金钢,F+P,M回+Fe3C+A残,低碳钢,9)常用的钢种:15、20、20Cr、20Mn2、20CrMnTi、18Cr2Ni4WA等。,2.钢的渗氮,1)定义:把钢置于含有活性氮原子的介质中，加热、保温，使活性氮原子渗入钢的表面的热处理工艺。,2)目的:获得具有表硬里韧及抗蚀性能 的零件。,3)用钢:,中碳合金钢。,4)方法:气体渗氮、离子渗氮。,5)工艺:加热温度500600;保温时间2050h（0.30.5mm）。,6)热处理特点:渗氮前需调质处理;渗氮后不需热处理。,7)渗氮处理后的组织 表层:Fe4N、Fe2N、AlN、CrN、MoN、TiN、VN。心部:S回。,8)常用的钢种:35 CrMo、38CrNiW、38 CrMoAlA 等。,渗氮件的性能：表面强化和表面保护,1)高硬度、高耐磨性,合金氮化物层，10001100HV，而且在600650下保持不下降；,2)疲劳极限高,渗氮层的体积增大产生残余压应力，疲劳极限提高达15%35%；,3)高的耐蚀性能,致密的耐蚀的氮化物，使工件在水、过热的蒸气和碱性溶液中都很稳定,4)变形很小,渗氮温度低。,工艺路线：,锻造正火粗加工调质精加工去应力粗磨氮化精磨或研磨,1、气体渗氮,气体渗氮：在气体介质中进行渗氮的工艺称为气体渗氮。,工艺过程：在渗氮炉内通入氨气，在380以上氨分解出活性氮原子:2NH33H2+2N,活性氮原子被工件表面吸收并溶入表面，,在保温过程中向里扩散，形成渗氮层。,工艺特点：,温度低：500600550570,氮在铁素体中有一定的溶解能力。,时间长：4070h，氮化层厚度为0.40.6mm。,2、离子渗氮,离子渗氮：在低于一个大气压的渗氮气氛中，利用工件(阴极)和阳极之间产生的辉光放电进行渗氮的工艺称为离子渗氮。,工艺过程：,真空度1.3313.33Pa)的离子渗氮炉中,通入NH3，工件，炉壁，400750V，,氨气被电离成氨和氢的正离子和电子,阴极工件表面形成一层紫色辉光,高能量氮离子高速轰击工件表面，动能热能，,工件表面温升到450650,同时氮离子在阴极上夺取电子后，还原成氮原子渗入工件表面，形成渗氮层。,另外，氮离子轰击工件表面时，还能产生阴极溅射效应而溅射出铁离子，铁离子形成氮化铁(FeN)附着在工件表面,分解为Fe2N、Fe3N、Fe4N放出氮原子向工件内部扩散，形成渗氮层。,工艺特点：,速度快、周期短。,38CrMoAlA要达到0.530.7mm深的渗层，1520h（气体渗氮法50h）。,质量高。,由于阴极溅射有抑制生成脆性层的作用，所以明显提高渗氮层的韧性和疲劳性质。,工件变形小。,阴极溅射效应使工件尺寸略有减小，可抵消氮化物形成引起的尺寸增大。,适用于处理精密零件和复杂零件，如38CrMoAlA钢制成的长9001000mm、外径27mm的螺杆，渗氮后其弯曲变形小于5m。,对材料的适应性强。,渗氮用钢、碳钢、合金钢和铸铁都能进行离子渗氮,缺点：投资高，温度分布不均，测温困难和操作要求严格等。,渗碳与渗氮的工艺特点,与渗碳相比:,1、渗氮温度低(500-570),渗氮后不再进行热处理,工件变形小,2、硬度高（72HRC）、耐磨性好,耐蚀性能好、疲劳强度高,3、热硬性好（600-65HRC）,但工艺复杂,时间长(20-50h)、成本高,渗氮层薄(0.3-0.5mm)、脆不耐冲击,要求耐磨和高精度的零件,（三）气体碳氮共渗、气体氮碳共渗（气体软氮化）、,1、在气体介质中将碳和氮同时渗入工件表层并以渗碳为主的化学热处理工艺称为气体碳氮共渗。,工件表面硬度、耐磨性和疲劳强度等比渗碳高。,渗剂:煤油（甲苯、乙醇）+氨气温度低：760-800速度快：，4-6h但共渗层较薄,2、在气体介质中对工件同时渗入氮和碳，并以渗氮为主的化学热处理工艺称为气体氮碳共渗。,渗剂：氨加醇类液体（甲醇、乙醇等）、尿素等尿素分解(NH2)2COCO+2H2+2N 2COCO2+C温度：530-570时间：2-3h渗层：,（四）渗硼,用于表面要求很高硬度和耐磨性的工具、模具,金属元素（Cr、V、W等）渗入到表层,形成金属碳化物.,（五）渗金属,FeB,Fe2B,硬度高,耐磨性好,抗咬合和抗擦伤.,第四节 钢铁材料的表面强化技术(表面处理),一、热喷涂（喷涂覆层）,施加表面覆盖层,化学成分,相组成,、微观结构,改善表面性能：,耐磨性,耐蚀性,抗氧化,装饰等,表面处理：,金属或其它材料熔化,用压缩空气将其以雾状喷射到工件表面,形成金属或其它材料的覆盖层,1、喷涂用的材料范围很广,2、被喷涂的材料范围很广,3、操作温度低，变形小,4、简单、迅速,修复磨损零件、提供耐磨、耐蚀等性能,特点：,二、热浸镀,工件浸在熔融的液态金属中，在工件表面发生物理和化学反应，取出冷却后 形成后需的金属镀层。,工件（基体材料）：,熔点高,镀层金属：,熔点低,提高防护能力，提高寿命,三、气相沉积,形成的沉积层：高的硬度，高的热稳定性，高的耐腐蚀性的抗高温氧化能力。,过渡族元素（Ti、V、Zr、Cr、Mo、W）和C、N、B、O等的化合物（0.5-1微米）,含有形成沉积层元素的气相物质输送到工件表面，在工件表面结合或凝固成固体膜的工艺方法。,在真空条件下，用物理方法，将沉积材料气化或离子化，直接沉积在基体表面的方法。,真空蒸镀、溅射镀膜、离子镀,（一）、物理气相沉积技术（PVD）,1、真空蒸镀,真空度：,1.33X10-3-4Pa,加热,沉积材料蒸发,反应蒸镀：,Ti,+CH4,TiC,2、溅射镀膜,抽真空,通电:,沉积物(阴极),工件(阳极),工件两侧灯丝发射电子,使Ar+,轰击靶材,迸发的原子或分子溅射到工件,难熔材料,3、离子镀,抽真空,通电:,蒸发源或气体电离,轰击工件,附着力强,绕射性好,沉积快,（二）、化学气相沉积（CVD）,利用气态物质在一定温度下于固体表面上进行化学反应，并在其上面生成固态沉积膜的过程。,模具,Cr12MoV冷冲裁模,TiN,2-7倍,1、CVD原理：,反应物的汽化点低,高纯度的沉积层,沉积过程的几个步骤：,2）表面化学反应,3）析出物（生成物）聚集形成晶核,4）气体脱离基体材料表面,1）扩散和吸附,5）沉积层与基体材料的界面发生元素扩散,TiCl4+CH4+H2TiC（s）+HCl（g）+H2（g）,2、CVD涂层形成机制：,1）、热化学气相沉积（TCVD）,2）、低压化学气相沉积（LPCVD）,（1-4）x104Pa,3）、等离子体化学气相沉积（PCVD）,利用高温激活化学反应,借助电场作用，使原料气体成为等离子体,沉积温度低(500)，,3、CVD种类,气体在低压下易于迁移,涂层材料范围广,结合强度高，,速度快，,四、电镀,阴极：还原反应 Zn2+2e Zn,利用电解作用在材料表面沉积上一层金属覆盖层的过程,阳极,阴极,1、原理：,阳极：氧化反应 Zn Zn2+2e,电镀：,金属正离子还原沉积成镀层,镀层性能取决于镀层材料,电镀基本装置：,电镀槽,直流电源,电极,电镀液等,2、常用金属,1、电镀铬,耐蚀性和耐磨性,2、电镀锌,4、电镀锡,工艺简单,成本低,抗氧化性好,阳极,6-50微米,3、电镀镍,1）孔隙率高，作为底层或中间层,2）作为色彩柔和、不反光的锻面镍,耐蚀性、耐变色和无毐等,五、化学镀,将工件置于镀液中，利用还原剂将溶液中的金属离子化学还原在呈催化活性的工件表面，使之形成金属镀层的过程。,镀层分布均匀,晶粒细密,无孔隙,耐蚀性好,耐磨性好,仿形性好,Ni、Cu、Ag、Co等,（一）Ni-P化学镀,还原剂：次亚磷酸钠,主盐来提供金属镍的来源,氯化镍或硫酸镍等无机盐，有时也采用氨基磺酸镍、醋酸镍等有机盐,Ni2+mLn-+4H2PO2-+H2ONi+P+3H2PO3+3H+mLn-+H2,性能：硬度、耐磨性、耐蚀性、自润滑性能和抗擦伤性能,结合力高,（二）化学镀复合材料,将SiC、Al2O3、金刚石等硬质点加入到镀液中获得复合材料镀层,第五节 热处理和表面处理技术新进展,一、形变热处理定义：将塑性变形与热处理有机结合的一种复合工艺。特点：1、提高强度、改善塑性和韧性2、节约能源3、简化工艺,1、高温形变热处理,提高强度塑性韧性简化工艺减少氧化脱碳和变形原因：晶粒细小，形变的位错和缺陷,2、低温形变热处理,不降低塑韧性的同时提高强度和耐磨性原因：细化晶粒、增加位错、细小碳化物形成材料和工艺要求。,二、超细化热处理,通过反复的多次的加热和淬火，使工件得到超细化晶粒的工艺方法。提高强度和塑性反复加热（A化时间短，有残留的碳化物）、冷却，使晶粒细化。,三、真空热处理,在压力低于正常大气压的减压空间中进行加热、保温的热处理工艺。防止氧化（0.1Pa）、脱气、变形少加热时间较长,四、激光表面处理,激光表面热处理,激光表面改性技术,（一）激光表面热处理,1、表面淬火,耐磨性和抗疲劳性,2、表面非晶化,耐磨性、高的强度和抗疲劳性,3、冲击硬化,耐磨性、高的强度和高的韧性,表层汽化原子逸出，机械冲击波和应力波，使表面硬化,（二）表面改性,1、表面合金化,合金元素与基体表面金属混合熔化,提高耐磨性和耐蚀性,2、激光熔覆,利用激光束在工件表面熔覆一层高硬度、耐磨、耐蚀、耐疲劳,五、电子束表面处理,电子束进入工件表面，给材料的原子以能量，使表层温度讯速升高。,特点：,1、加热和冷却快,千分之一秒,108/s,5、真空中进行,3、结构简单,4、与工件表面耦合性好,2、成本低,6、能量控制方便,8、易激发X射线，注意防护,7、最小熔化层比激光大、温度梯度小,1、表面淬火,2、表面重熔,3、表面合金化,六、离子注入,当具有数万数十万电子伏特的离子遇到固体，经与固体表面内的原子核与电子多次碰撞，能量被消耗，最后离子停留在材料晶体结构以内。,特点：,1、与基体无明显界面,不存在镀层剥离,5、过饱和固溶体，耐蚀性好,3、注入深度和浓度可控制,4、注入元素可任意选择,2、可以低温下进行，变形小，无软化,6、耐磨、减摩、耐蚀、抗氧化,一、零件外形要避免尖角或棱角，减少台阶,第七节 钢的热处理对零件结构设计的要求,过热、开裂R0.6mm,二、零件外形尽量简单、壁厚均匀,开孔、通孔,三、零件外形力求对称，减小变形或有规律,减小热处理变形,四、零件采用组合结构或镶拼结构,当结构复杂或要求不同的热处理方式时,