工程材料学第5章篇钢热处理-3-zcs.ppt

1、涂层的结构 热喷涂层是由无数变形粒子相互交错呈波浪式堆叠在一起的层状结构，粒子之间存在着孔隙和氧化物夹杂缺陷。 喷涂层与基体之间以及喷涂层中颗粒之间主要 热喷涂层组织 是通过镶嵌、咬合、填塞等机械形式连接的，其次是微区冶金结合及化学键结合。 2、热喷涂方法 常用的热喷涂方法有： ① 火焰喷涂: 多用氧 -乙炔火焰作为热源。 ② 电弧喷涂: 丝状喷涂材料作为自耗电极、电弧作为热源的喷涂方法 ③ 等离子喷涂: 是一种利用等离子弧作为热源进行喷涂的方法。 火焰热喷涂 电弧热喷涂 等离子喷涂 3、热喷涂的特点及应用 ⑴工艺灵活：热喷涂的对象小到Φ10mm的内孔, 大到铁塔、桥梁,可整体喷涂，也可局部喷涂 ⑵基体及喷涂材料广泛：基体可以是金属和非金属，涂层材料可以是金属、合金及塑料、陶瓷等 ⑶涂层可控: 从几十?m到几mm ⑷生产效率高 ⑸工件变形小：基体材料温度不超过250℃(冷工艺) 涡轮叶片的热障涂层(热喷涂层) 由于涂层材料的种类很多，所获得的涂层性能差异很大，可应用于各种材料的表面保护、强化及修复并满足特殊功能的需要。 热喷涂 二、气相沉积技术 气相沉积技术是指将含有沉积元素的气相物质，通过物理或化学的方法沉积在材料表面形成薄膜的一种新型镀膜技术。 根据沉积过程的原理不同，气相沉积技术可分为物理气相沉积(PVD) 和化学气相沉积(CVD)两大类。 物理气相沉积TiAl靶 1、物理气相沉积（PVD） 物理气相沉积是指在真空条件下，用物理的方法， 使材料汽化成原子、分子或电离成离子，并通过气相过程，在材料表面沉积一层薄膜的技术。 物理沉积技术主要包括真空蒸镀、溅射镀、离子镀三种基本方法。 磁控溅射镀膜设备 真空蒸镀是蒸发成膜材料使其汽化或升华沉积到工件表面形成薄膜的方法。 真空蒸镀TiN活塞环 真空蒸镀Al膜的塑料制品 第五章 钢的热处理 第一节 钢在加热时的组织转变 第二节 钢在冷却时的组织转变 第三节 钢的热处理工艺——退火、正火、淬火、回火 第四节 钢的表面热处理及化学热处理 第四节 钢的表面热处理及化学热处理 表面淬火是指在不改变钢的化学成分及心部组织情况下，利用快速加热将表层奥氏体化后进行淬火以强化零件表面的热处理方法。 火焰加热 感应加热 表面淬火目的： ① 使表面具有高的硬度、耐磨性和疲劳极限; ② 心部在保持一定的强度、硬度的条件下，具有足够的塑性和韧性。即表硬里韧。 适用于承受弯曲、扭转、摩擦和冲击的零件。 轴的感应加热表面淬火 1、表面淬火用材料 ⑴ 0.4-0.5%C的中碳钢。 含碳量过低，则表面硬度、耐磨性下降。 含碳量过高, 心部韧性下降; ⑵ 铸铁 提高其表面耐磨性。 机床导轨 表面淬火齿轮 2、预备热处理 ⑴工艺： 对于结构钢为调质或正火。 前者性能高，用于要求高的重要件，后者用于要求不高的普通件。 ⑵目的: ①为表面淬火作组织准备； ② 获得最终心部组织。 回火索氏体 50钢正火组织(F+S) 3、表面淬火后的回火 采用低温回火，温度不高于200℃。 感应加热表面淬火 4、表面淬火+低温回火后的组织 表层组织为M回； 心部组织为S回(调质)或F+S(正火)。 回火目的为降低内应力，保留淬火高硬度、耐磨性。 5、表面淬火常用加热方法 ⑴ 感应加热: 利用交变电流在工件表面感应巨大涡流，使工件表面迅速加热的方法。 感应加热表面淬火示意图 ③ 工频感应加热 频率为50Hz， 淬硬层深度10~15mm 各种感应器 感应穿透加热 ⑵ 火焰加热: 利用乙炔火焰直接加热工件表面的方法。成本低，但质量不易控制。 ⑶ 激光热处理: 利用高能量密度的激光对工件表面进行加热的方法。效率高，质量好。 激光表面热处理 火焰加热表面淬火 火焰加热表面淬火示意图 钢的化学热处理 化学热处理是将工件置于特定介质中加热保温，使 介质中活性原子渗入工件表层从而改变工件表层化学成分和组织,进而改变其性能的热处理工艺。 与表面淬火相比，化学热处理不仅改变钢的表层组织，还改变其化学成分。 化学热处理也是获得表硬里韧性能的方法之一。 根据渗入的元素不同，化学热处理可分为渗碳、氮化、多元共渗、渗其他元素等。 可控气氛渗碳炉 渗碳回火炉 一、化学热处理的基本过程 1、介质(渗剂)的分解: 分解的同时释放出活性原子。 如：渗碳 CH4→2H2+[C] 2CO → CO2 + [C] 氮化 2NH3→3H2+2[N] 2、工件表面的吸收: 活性原子向固溶体溶解或与钢中某些元素形成化合物。 3、原子向内部扩散。 氮化扩散层 二、钢的渗碳是指向钢的表面渗入碳原子的过程。 1、渗碳目的 提高工件表面硬度、耐磨性及疲