工程材料第7章 钢的热处理与相变强化11课件.ppt

三、钢的氮化 氮化是指向钢的表面渗入氮原子的过程。 1、氮化用钢 井式气体氮化炉 为含Cr、Mo、Al、Ti、V的中碳钢。 常用钢号为38CrMoAl。 2、氮化温度为500-570℃, 氮化层厚度不超过0.6-0.7mm。 * 3、常用氮化方法 气体氮化法与离子氮化法。 气体氮化法与气体渗碳法类似，渗剂为氨。 离子氮化法是在电场作用下，使电离的氮离子高速冲击作为阴极的工件。与气体氮化相比，氮化时间短，氮化层脆性小。 离子氮化炉 * 4、氮化的特点及应用 ⑴ 氮化件表面硬度高（HV1000-2000），耐磨性高。 ⑵ 疲劳强度高。由于表面存在压应力。 氮化层组织 38CrMoAl氮化层硬度 * ⑶工件变形小。原因是氮化温度低，氮化后不需进行热处理。 ⑷ 耐蚀性好。因为表层形成的氮化物化学稳定性高。 氮化的缺点：工艺复杂，成本高，氮化层薄。 用于耐磨性、精度要求高的零件及耐热、耐磨及耐蚀件。如仪表的小轴、轻载齿轮及重要的曲轴等。 缝纫机用氮化件 经氮化的机车曲轴 * 学习重点 1. 掌握常见热处理工艺（淬火、回火、退火、正火及表面淬火、渗碳）的目的、主要工艺参数(操作方法）以及组织变化，熟悉其性能特点及适用范围。 2. 淬透性的相关概念 * 作业 5、9 * §7.9 表面处理新技术 近年来，金属材料表面处理新技术得到了迅速发展，开发出许多新的工艺方法，这里只介绍主要的几种。 全方位离子注入与沉积设备 * 一、热喷涂技术 将热喷涂材料加热至熔化或半熔化状态，用高压气流使其雾化并喷射于工件表面形成涂层的工艺称为热喷涂。 利用热喷涂技术可改善材料的耐磨性、耐蚀性、耐热性及绝缘性等。 广泛用于包括航空航天、原子能、电子等尖端技术在内的几乎所有领域。 等离子热喷涂 * 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 * 溅射镀是在真空下通过辉光放电来电离氩气，氩离子在电场作用下加速轰击阴极，溅射下来的粒子沉积到工件表面成膜的方法。 溅射镀示意图 磁控溅射镀膜机 磁控溅射镀Al的塑料制品 * 离子镀是在真空下利用气体放电技术，将蒸发的原子部分电离成离子，与同时产生的大量高能中性粒子一起沉积到工件表面成膜的方法。 多弧离子镀膜机 * 物理气相沉积具有适用的基体材料和膜层材料广泛；工艺简单、省材料、无污染；获得的膜层膜基附着力强、膜层厚度均匀、致密、针孔少等优点。 广泛用于机械、航空航天、电子、光学和轻工业等 离子镀产品 领域制备耐磨、耐蚀、耐热、导电、绝缘、光学、磁性、压电、滑润、超导等薄膜。 * 2、化学气相沉积(CVD) 化学气相沉积是指在一定温度下，混合气体与基体 CVD设备 表面相互作用而在基体表面形成金属或化合物薄膜的方法。 例如，气态的TiCl4与N2和H2在受热钢的表面反应生成TiN，并沉积在钢的表面形成耐磨抗蚀的沉积层。 * 化学气相沉积 * 由于化学气相沉积