表面工程期末大作業(yè).doc

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《材料表面工程》課程期末作業(yè) 題 目： 表面熱處理 文獻綜述 學生姓名： 院 （系）： 材料科學與工程學院 專業(yè)班級： 學 號： 任課教師： 完成日期： 2013年11月23日 目 錄 1 前言……………………………………………………..……………..………….1 1.1 xxxx…………………………………………………………………………1 1.1.1 xxxx………………………………………………………………………2 1.1.2 xxxx………………………………………………………………………3 1.2 xxxx…………………………………..………..……………………………3 2 xxxx…………………………………………………………..…...……..………..4 …… 10 結論……………………………………………………………………………...8 參考文獻……………………………………………………………………………...8  前 言 金屬熱處理工藝大體可分為整體熱處理、表面熱處理和化學熱處理三大類。根據(jù)加熱介質、加熱溫度和冷卻方法的不同，每一大類又可區(qū)分為若干不同的熱處理工藝。同一種金屬采用不同的熱處理工藝，可獲得不同的組織，從而具有不同的性能。鋼鐵是工業(yè)上應用最廣的金屬，而且鋼鐵顯微組織也最為復雜，因此鋼鐵熱處理工藝種類繁多。 整體熱處理是對工件整體加熱，然后以適當?shù)乃俣壤鋮s，以改變其整體力學性能的金屬熱處理工藝。鋼鐵整體熱處理大致有退火、正火、淬火和回火四種基本工藝。 表面熱處理是只加熱工件表層，以改變其表層力學性能的金屬熱處理工藝。為了只加熱工件表層而不使過多的熱量傳入工件內部，使用的熱源須具有高的能量密度，即在單位面積的工件上給予較大的熱能，使工件表層或局部能短時或瞬時達到高溫。表面熱處理的主要方法有火焰淬火和感應加熱熱處理，常用的熱源有氧乙炔或氧丙烷等火焰、感應電流、激光和電子束等。 建國以來特別是20世紀80年代以來，我國的熱處理技術有了很大的發(fā)展，現(xiàn) 有熱處理生產(chǎn)企業(yè)、從業(yè)人數(shù)、設備數(shù)量和能力都有大大增長。目前來說，我國 在熱處理的基礎理論研究和某些熱處理新工藝、新技術研究方面，與工業(yè)發(fā)達國家的差距不大，但在熱處理生產(chǎn)工藝水平和熱處理設備方面卻存在著較大的差 距，還沒有完全扭轉熱處理生產(chǎn)工藝和熱處理設備落后、工件氧化脫碳嚴重、產(chǎn)品質量差、生產(chǎn)效率低、能耗大、成本高、污染嚴重的局面。目前在我國工業(yè)生產(chǎn)上大量應用的還是常規(guī)熱處理工藝，今后仍將占有重要的地位和相當大的比重，但正在日益改進和不斷完善。要以少無氧化加熱、節(jié)能、無污染和微電子技術在熱處理中的應用為重點，大力發(fā)展先進的熱處理成套技術，利用現(xiàn)代高新技術對常規(guī)熱處理進行技術改造，實現(xiàn)熱處理設備的更新?lián)Q代，全面提高熱處理的工藝水平、裝備水平、管理水平和產(chǎn)品水平，這對于改變我國熱處理技術的落后面貌，趕上工業(yè)發(fā)達國家的先進水平，將起到積極的促進作用中國熱處理工藝技術應用還不十分廣泛，對熱處理工藝的重視程度還需要提高，特別從事熱處理工藝的人才的培養(yǎng)需要加大，現(xiàn)今熱處理專業(yè)比較冷淡，這些都需要做出大大的改善。另一方面，熱處理環(huán)境給人感覺臟亂差，熱處理工藝控制不夠嚴格，這些都阻礙了熱處理工藝的發(fā)展，同時阻礙了中國機械制造工藝的發(fā)展。 本篇主要介紹目前我國在表面熱處理技術上應用，大致分類、該技術的基本原理、工藝過程、主要特點等，對比了國外發(fā)展現(xiàn)狀、做出一些思考。 1表面熱處理 1.1表面熱處理概念 表面熱處理就是通過對鋼件表面的加熱、冷卻而改變表層力學性能的金屬熱處理工藝。表面淬火是表面熱處理的主要內容，其目的是獲得高硬度的表面層和有利的內應力分布，以提高工件的耐磨性能和抗疲勞性能。 些在工作時經(jīng)受摩擦、表面容易磨損的零件，其表面應有抗磨損能力。有些工件在反復彎曲的作用下工作，易產(chǎn)生疲勞斷裂，需要有抗疲勞能力，而抗疲勞能力又與零件的表面強度和內應力狀態(tài)有關。表面強度高，又存在壓縮內應力時，抗疲勞能力就強。機床、礦山機械等的齒輪經(jīng)表面淬火后耐磨性明顯提高。汽車后半軸經(jīng)高頻感應加熱淬火后的抗疲勞能力遠高于整體調質者。 1.2表面熱處理的分類 最常用的表面熱處理工藝有感應加熱熱處理和火焰淬火，此外還有接觸電阻加熱淬火、電解加熱淬火、激光熱處理和電子束熱處理等。 很多機器零件，如曲軸、齒輪、凸輪、機床導軌等，是在沖擊載荷和強烈的摩擦條件下工作的，要求表面層堅硬耐磨，不易產(chǎn)生疲勞破壞，而心部則要求有足夠的塑性和韌性。顯然，采用整體熱處理是難以達到上述要求的，這時可通過對工作表面采取強化熱處理，即表面熱處理的方法解決。 常用的表面熱處理方法有表面淬火和化學熱處理兩種。 2表面淬火 鋼的表面淬火一般分為火焰加熱表面淬火和感應加熱表面淬火等。表面淬火使工件表層得到高硬度的淬火馬氏體，而心部仍然保持原有的韌性。 2.1火焰加熱表面淬火 火焰淬火始于19世紀初期。起初是依靠操作者的經(jīng)驗保證處理質量。隨著技術的發(fā)展，人們設計和制造出用以淬硬曲軸、齒輪等零件曲面的專用淬火機床，從而擴大了火焰淬火的應用范圍。后來，又出現(xiàn)配備有透焰測溫裝置、能自動控制溫度的淬火機床，使火焰淬火有了新的發(fā)展。 火焰淬火是一種用乙炔一氧火焰(最高溫度達3100℃)或煤氣一氧火焰(最高溫度達2000℃)將工件表面快速加熱，隨后噴液（水或有機冷卻液）冷卻的一種表面淬火方法。一般常用乙炔-氧火焰表面淬火。 2.1.1火焰加熱的特點 優(yōu)點：(1)設備簡單、投資少、成本低。 　　 (2)適用于單例：或小批生產(chǎn)，也適用于大型工件的局部淬火要求，如大齒輪、軋輥、大型殼體(馬達殼體)、導軌等。 　　 (3)不易產(chǎn)生表面氧化與脫碳。 　　 (4)不受現(xiàn)場環(huán)境與工件大小的限制，適用性廣，操作簡便。 缺點：(1)不易穩(wěn)定地控制質量。 　　 (2)大部分是手工操作和憑肉眼觀察來掌握溫度。表面容易燒化、過熱與淬裂，很難達到均勻的淬火層與高的表面硬度。 　　 (3) 實現(xiàn)機械化流水生產(chǎn)較為困難。 　　 （4）火焰加熱的均勻性很難保證，因此很容易在對中高碳和合金鋼的表淬時發(fā)生開裂。 2.1.2火焰加熱的原理和過程 用氣體燃料燃燒時產(chǎn)生的火焰將工件表層加熱到淬火溫度，隨后快速冷卻的表面熱處理方法?；鹧娲慊鹂色@得高硬度的表層和有利的內應力分布，提高工件的耐磨性和疲勞強度?；鹧娲慊鹪O備比較簡單，淬硬層較深，可調范圍廣（一般在2～8毫米之間），適于單件小批生產(chǎn)或現(xiàn)場淬火。對于運輸拆卸不便的重大零件和不適于采用其他表面淬火的零件，如大型齒輪、大型工作平面，一些凸輪、曲軸、機床導軌和鏈輪等，火焰淬火具有廣泛的適應性和機動性。 根據(jù)零件被淬火表面與噴嘴相對運動情況，火焰淬火的基本操作方法可分為固定加熱、直線移動加熱、旋轉加熱和旋轉移動加熱 4種（見圖）。常用的燃料有乙炔、甲烷、丙烷和城市煤氣等。火焰淬火一般用于中碳鋼，工件在淬火前應經(jīng)調質或正火處理，以改善其心部性能。淬火介質常用水，水溫以15～18℃為宜，以免淬裂。形狀復雜或含碳量高于0.6％的碳鋼零件和合金鋼零件可用 30～40℃溫水、聚乙烯醇水溶液和油等，也可用噴霧冷卻?；鹧娲慊鸷蟪Ｔ跔t中進行180～200℃低溫回火。淬火表面在磨削之后應進行第二次回火，以減少內應力。 2.2感應加熱表面淬火 感應加熱熱處理 induction heat treatment 用感應電流使工件局部加熱的表面熱處理工藝。這種熱處理工藝常用于表面淬火，也可用于局部退火或回火，有時也用于整體淬火和回火。20世紀30年代初，美國、蘇聯(lián)先后開始應用感應加熱方法對零件進行表面淬火。隨著工業(yè)的發(fā)展,感應加熱熱處理技術不斷改進,應用范圍也不斷擴大。 將工件放入感應器(線圈)內，當感應器中通入一定頻率的交變電流時,周圍即產(chǎn)生交變磁場。交變磁場的電磁感應作用使工件內產(chǎn)生封閉的感應電流──渦流。感應電流在工件截面上的分布很不均勻，工件表層電流密度很高，向內逐漸減小, 這種現(xiàn)象稱為集膚效應。工件表層高密度電流的電能轉變?yōu)闊崮埽贡韺拥臏囟壬?，即實現(xiàn)表面加熱。電流頻率越高，工件表層與內部的電流密度差則越大，加熱層越薄。在加熱層溫度超過鋼的臨界點溫度后迅速冷卻，即可實現(xiàn)表面淬火。 分類 　　根據(jù)交變電流的頻率高低，可將感應加熱熱處理分為超高頻、高頻、超音頻、中頻、工頻 5類。①超高頻感應加熱熱處理所用的電流頻率高達27兆赫，加熱層極薄，僅約0.15毫米，可用于圓盤鋸等形狀復雜工件的薄層表面淬火。②高頻感應加熱熱處理所用的電流頻率通常為200～300千赫,加熱層深度為0.5～2毫米,可用于齒輪、汽缸套、凸輪、軸等零件的表面淬火。③超音頻感應加熱熱處理所用的電流頻率一般為20～30千赫，用超音頻感應電流對小模數(shù)齒輪加熱，加熱層大致沿齒廓分布，粹火后使用性能較好。④中頻感應加熱熱處理所用的電流頻率一般為2.5～10千赫,加熱層深度為2～8毫米，多用于大模數(shù)齒輪、直徑較大的軸類和冷軋輥等工件的表面淬火。⑤工頻感應加熱熱處理所用的電流頻率為50～60赫，加熱層深度為10～15毫米，可用于大型工件的表面淬火。 2.2.1感應加熱的特點 主要優(yōu)點是：①不必整體加熱，工件變形小，電能消耗小。②無公害。③加熱速度快，工件表面氧化脫碳較輕。④表面淬硬層可根據(jù)需要進行調整，易于控制。⑤加熱設備可以安裝在機械加工生產(chǎn)線上，易于實現(xiàn)機械化和自動化，便于管理，且可減少運輸，節(jié)約人力，提高生產(chǎn)效率。⑥淬硬層馬氏體組織較細，硬度、強度、韌性都較高。⑦表面淬火后工件表層有較大壓縮內應力，工件抗疲勞破斷能力較高。 　　感應加熱熱處理也有一些缺點。與火焰淬火相比，感應加熱設備較復雜，而且適應性較差，對某些形狀復雜的工件難以保證質量。 應用范圍 2.2.2感應加熱的應用 廣泛用于齒輪、軸、曲軸、凸輪、軋輥等工件的表面淬火，目的是提高這些工件的耐磨性和抗疲勞破斷的能力。汽車后半軸采用感應加熱表面淬火，設計載荷下的疲勞循環(huán)次數(shù)比用調質處理約提高10倍。感應加熱表面淬火的工件材料一般為中碳鋼。為適應某些工件的特殊需要，已研制出供感應加熱表面淬火專用的低淬透性鋼。高碳鋼和鑄鐵制造的工件也可采用感應加熱表面淬火。淬冷介質常用水或高分子聚合物水溶液。 設備 　　感應加熱熱處理的設備主要由電源設備、淬火機床和感應器組成。 電源設備的主要作用是輸出頻率適宜的交變電流。高頻電流電源設備有電子管高頻發(fā)生器和可控硅變頻器兩種。中頻電流電源設備是發(fā)電機組。一般電源設備只能輸出一種頻率的電流,有些設備可以改變電流頻率,也可以直接用50赫的工頻電流進行感應加熱。 　　電源設備的選擇與工件要求的加熱層深度有關。加熱層深的工件，應使用電流頻率較低的電源設備；加熱層淺的工件，應使用電流頻率較高的電源設備。選擇電源設備的另一條件是設備功率。加熱表面面積增大，需要的電源功率相應加大。當加熱表面面積過大時或電源功率不足時，可采用連續(xù)加熱的方法，使工件和感應器相對移動，前邊加熱，后邊冷卻。但最好還是對整個加熱表面一次加熱。這樣可以利用工件心部余熱使淬硬的表層回火，從而使工藝簡化，還可節(jié)約電能。 感應加熱淬火機床的主要作用是使工件定位并進行必要的運動。此外還應附有提供淬火介質的裝置。淬火機床可分為標準機床和專用機床，前者適用于一般工件，后者適用于大量生產(chǎn)的復雜工件。 　　進行感應加熱熱處理時，為保證熱處理質量和提高熱效率，必須根據(jù)工件的形狀和要求，設計制造結構適當?shù)母袘?。常用的感應器有外表面加熱感應器、內孔加熱感應器、平面加熱感應器等? 此外還有接觸電阻加熱淬火、電解加熱淬火、激光熱處理和電子束熱處理等。 2.3接觸電阻加熱淬火　 通過電極將小于 5伏的電壓加到工件上,在電極與工件接觸處流過很大的電流,并產(chǎn)生大量的電阻熱,使工件表面加熱到淬火溫度,然后把電極移去,熱量即傳入工件內部而表面迅速冷卻,即達到淬火目的。當處理長工件時,電極不斷向前移動,留在后面的部分不斷淬硬。這一方法的優(yōu)點是設備簡單，操作方便，易于自動化,工件畸變極小,不需要回火，能顯著提高工件的耐磨性和抗擦傷能力，但淬硬層較?。?.15～0.35毫米）。顯微組織和硬度均勻性較差。這種方法多用于鑄鐵做的機床導軌的表面淬火，應用范圍不廣。 2.4電解加熱淬火　 將工件置于酸、堿或鹽類水溶液的電解液中，工件接陰極，電解槽接陽極。接通直流電后電解液被電解，在陽極上放出氧，在工件上放出氫。氫圍繞工件形成氣膜，成為一電阻體而產(chǎn)生熱量，將工件表面迅速加熱到淬火溫度，然后斷電,氣膜立即消失,電解液即成為淬冷介質，使工件表面迅速冷卻而淬硬。常用的電解液為含 5～18％碳酸鈉的水溶液。電解加熱方法簡單，處理時間短，加熱時間僅需5～10秒,生產(chǎn)率高，淬冷畸變小，適于小零件的大批量生產(chǎn)，已用于發(fā)動機排氣閥桿端部的表面淬火。 2.5激光熱處理　 激光在熱處理中的應用研究始于70年代初，隨后即由試驗室研究階段進入生產(chǎn)應用階段。當經(jīng)過聚焦的高能量密度 (106瓦／厘米2)的激光照射金屬表面時，金屬表面在百分之幾秒甚至千分之幾秒內升高到淬火溫度。由于照射點升溫特別快，熱量來不及傳到周圍的金屬，因此在停止激光照射時，照射點周圍的金屬便起淬冷介質的作用而大量吸熱，使照射點迅速冷卻，得到極細的組織，具有很高的力學性能。如加熱溫度高至使金屬表面熔化，則冷卻后可以獲得一層光滑的表面，這種操作稱為上光。激光加熱也可用于局部合金化處理，即對工件易磨損或需要耐熱的部位先鍍一層耐磨或耐熱金屬，或者涂覆一層含耐磨或耐熱金屬的涂料，然后用激光照射使其迅速熔化，形成耐磨或耐熱合金層。在需要耐熱的部位先鍍上一層鉻，然后用激光使之迅速熔化，形成硬的抗回火的含鉻耐熱表層，可以大大提高工件的使用壽命和耐熱性。 2.6電子束熱處理　 70年代開始研究和應用。早期用于薄鋼帶、鋼絲的連續(xù)退火,能量密度最高可達108瓦／厘米2。電子束表面淬火除應在真空中進行外,其他特點與激光相同。當電子束轟擊金屬表面時，轟擊點被迅速加熱。電子束穿透材料的深度取決于加速電壓和材料密度。例如,150千瓦的電子束在鐵表面上的理論穿透深度大約為0.076毫米；在鋁表面上則可達 0.16毫米。電子束在很短時間內轟擊表面，表面溫度迅速升高，而基體仍保持冷態(tài)。當電子束停止轟擊時，熱量迅速向冷基體金屬傳導，從而使加熱表面自行淬火。為了有效地進行"自冷淬火"，整個工件的體積和淬火表層的體積之間至少要保持5∶1的比例。表面溫度和淬透深度還與轟擊時間有關。電子束熱處理加熱速度快，奧氏體化的時間僅零點幾秒甚至更短，因而工件表面晶粒很細，硬度比一般熱處理高，并具有良好的力學性能。 3化學熱處理 化學熱處理是將工件放在一定的介質中加熱和保溫，使介質中的某些元素滲入工件表層，從而改變表層的化學成分、組織和性能的熱處理工藝。通過化學熱處理可提高工件表面的硬度和耐磨性，也可提高工件表面的耐蝕性、耐熱性等。常用的化學熱處理有滲碳、滲氮、碳氮共滲以及滲硼、鋁、鉻、硅等 按滲入元素的性質，化學熱處理可分為滲非金屬和金屬兩大類。前者包括滲硼和多種非金屬元素共滲，如碳氮共滲、氮碳共滲、硫氮共滲、硫氮碳（硫氰）共滲等；后者主要有滲鋁、滲鉻、滲鋅。鈦、鈮、鉭、釩、鎢等也是常用的表面合金化元素。二元、多元滲金屬工藝也日益繁多，如鋁鉻共滲、鉭鉻共滲等均已用于生產(chǎn)。此外，金屬與非金屬元素的二元或多元共滲工藝也不斷涌現(xiàn)，例如鋁硅共滲、硼鉻共滲等。 鋼鐵的化學熱處理可按進行擴散時的基本組織區(qū)分為鐵素體化學熱處理和奧氏體化學熱處理。前者的擴散溫度低于鐵氮共析溫度，如滲氮、滲硫、硫氮共滲、氧氮共滲等，這些工藝又可稱為低溫化學熱處理。后者是在臨界溫度以上擴散，如滲碳、滲硼、滲鋁、碳氮共滲等，這些工藝均屬高溫化學熱處理范圍。 3.1滲碳 使碳原子滲入（通常是含碳0.1～0.25％的鋼）制工件表層的化學熱處理工藝。滲碳后，工件表面含碳量一般應高于并低溫回火后可達HRC58～62的高硬度，在提高耐磨性的同時，心部能保持相當高的韌性，可承受沖擊載荷，疲勞強度較高。但缺點是處理溫度高，工件畸變大。滲碳工藝廣泛應用于飛機、汽車、機床等的重要零件，凸輪軸等。滲碳是應用最廣、發(fā)展得最全面的化學熱處理工藝。用微處理機可實現(xiàn)滲碳全過程的自動化，能控制表面含碳量和碳在滲層中的分布。 3.2滲氮 使氮原子向金屬工件表層擴散的化學熱處理工藝。鋼鐵滲氮后，形成以氮化物為主的表層。當鋼中含有鉻、鋁、鉬等氮化物形成元素時，可獲得比滲碳層更高的硬度，更高的耐磨、耐蝕和抗疲勞性能。傳統(tǒng)的氣體滲氮工藝周期長、生產(chǎn)率低、耗資大，且對鋼材質量要求嚴格。能克服氣體滲氮周期長的弱點的輝光離子滲氮，已得到較廣的應用。滲氮主要用于對精度、畸變量、疲勞強度和耐磨性要求都很高的工件，例如鏜床主軸、鏜桿，磨床主軸，氣缸套等。 碳氮共滲和氮碳共滲金屬工件表層同時滲入碳、氮兩種元素的化學熱處理工藝。前者以滲碳為主；后者則以滲氮為主。 3.2.1碳氮共滲 這種工藝是針對滲碳溫度高、淬冷畸變大的缺點，在滲碳和滲氮的基礎上發(fā)展起來的。早期的碳氮共滲在熔融氰鹽中進行，因氰鹽有劇毒，后漸被氣體法取代。氮的滲入使碳氮共滲層的馬氏體臨界冷卻速度降低，可在較緩和的">中淬硬。此外，共滲溫度比滲碳低。與滲碳相比，共滲件淬冷的畸變小，耐磨和耐蝕性高。在滲層厚度大體相當時，共滲件的抗疲勞性能優(yōu)于滲碳，但共滲層往往較薄，重載工件一般仍采用滲碳。70年代以來，碳氮共滲工藝發(fā)展迅速，不僅可用在若干種汽車、拖拉機零件上，也比較廣泛地用于多種齒輪和軸類的表面強化。 3.2.2氮碳共滲 這種工藝是針對滲氮周期長而發(fā)展起來的,俗稱軟氮化或低溫碳氮共滲。與氣體滲氮相比,氮碳共滲層同樣有較高的硬度，良好的耐磨、抗疲勞性能，一定的耐蝕、抗咬死性能。它的主要特點是滲速較快，生產(chǎn)周期短，表面脆性小且對工件材質的要求不嚴。不足之處是工件滲層較薄，不宜在高載荷下工作。 3.3滲硼 使硼原子滲入工件表層的化學熱處理工藝。硼在鋼中的溶解度很小，主要是與鐵和鋼中某些合金元素形成硼化物。45鋼滲硼層的硬度高達HV1400～2000，滲硼件的耐磨性高于滲氮和滲碳層，而且有較高的熱穩(wěn)定性和耐蝕性。滲硼層脆性較大，難以變形和加工，故工件應在滲硼前精加工。這種工藝主要用于中碳鋼、中碳合金結構鋼零件，也用于鈦等有色金屬和合金的表面強化。 滲硼方法有熔鹽法（非電解和電解）、粉末法、膏劑法和氣體法。①熔鹽法：滲硼的介質以硼砂為主，加有適量的還原劑（如碳化硅、鋁粉）和活化劑，還可以添加少量氧化鉻,以降低滲層脆性。滲硼溫度一般為920～950℃,保溫時間為3～5小時。在硼砂為基的熔鹽中插入石墨或不銹鋼電極作為陽極，以工件為陰極，通以直流電可實現(xiàn)電解滲硼。電解法滲硼的速率較高，滲硼溫度可降低到800℃以下,但坩堝壽命短。②粉末法：常用的滲硼劑由碳化硼、硼鐵等供硼劑、氟硼酸鉀等活化劑，另加填充劑組成。工件埋在其中加熱到800～950℃進行滲硼。這種方法應用較廣。③膏劑法：將碳化硼、冰晶石和氟化鈣等破碎為粉末，調以粘結劑涂敷在工件表面，再裝箱或置于還原性氣氛中加熱。這種方法適用于單件、小批量工件滲硼。④氣體法：以具有腐蝕性的三氯化硼或劇毒的乙硼烷為滲劑,滲劑昂貴,故尚未用于生產(chǎn)。在氣體滲硼基礎上發(fā)展的離子滲硼，從實驗成果看可降低處理溫度和滲劑消耗量，但尚未用于生產(chǎn)。 滲硼工藝已在承受磨損的受到磨粒磨損的石油鉆機的鉆頭、煤水泵零件、拖拉機履帶板、在腐蝕介質或較高溫度條件下工作的閥桿、閥座等上獲得應用。但滲硼工藝還存在處理溫度較高、畸變大、熔鹽滲硼件清洗較困難和滲層較脆等缺點。 3.4滲硫 通過硫與金屬工件表面反應而形成薄膜（通常認為中溫滲硫時硫原子才可能滲入表層）的化學熱處理工藝。700℃以下時,硫幾乎完全不溶于α鐵中，因此鋼和鑄鐵的滲硫層主要由極薄的鱗片狀多孔的硫化鐵構成。其硬度較低，但減摩作用良好，能防止摩擦副表面接觸時因摩擦熱和塑性變形而引起的擦傷和咬死。 應用較廣的低溫電解滲硫，在硫氰酸鹽組成的熔鹽中進行，有時添加少量鐵氰化鉀和亞鐵氰化鉀，以改善鹽浴的工藝性能。滲硫工藝條件通常為180～190℃，持續(xù)10～20分鐘。 非電解型的低溫熔鹽滲硫，可在加有少量鐵或碘的熔融硫浴中實現(xiàn)。氣體滲硫既可在 200℃左右的低溫下，也可在500～600℃的中溫下進行。滲劑是少量硫化氫和大量的載氣。這種方法在生產(chǎn)中尚應用不多。 3.5硫氮共滲和硫氮碳共滲 將硫、氮或硫、氮、碳同時滲入金屬工件表層的化學熱處理工藝。采用滲硫工藝時,滲層減摩性好,但在載荷較高時滲層會很快破壞。采用滲氮或氮碳共滲工藝時，滲層有較好的耐磨、抗疲勞性能，但減摩性欠佳。硫氮或硫氮碳共滲工藝可使工件表層兼具耐磨和減摩等性能。 ①硫氮共滲：分為熔鹽法和氣相法。熔鹽法是在由20％NaCl、30％BaCl2、50％CaCl2組成的載體鹽中,添加硫化鐵粉并導入氨氣，在此介質中進行硫氮共滲。氣體法是同時向反應罐中通入大量氨氣(或吸熱型氣氛與氨)和少量硫化氫（或二氧化硫）來實現(xiàn)的。②熔鹽硫氮碳（硫氰）共滲:早年采用劇毒的高氰鹽浴,70年代中期提出的無污染硫氰共滲工藝，受到人們重視。氣體硫氮碳共滲可用多種滲劑，通常是同時向爐中滴注含硫的有機溶劑和通氨。預先經(jīng)過滲氮或滲碳、淬火后再滲硫，能使工件既耐磨減摩又有較高疲勞強度。 3.6滲金屬 將一種或數(shù)種金屬元素滲入金屬工件表層的化學熱處理工藝。金屬元素可同時或先后以不同方法滲入。在滲層中，它們大多以金屬間化合物的形式存在，能分別提高工件表層的耐磨、耐蝕、抗高溫氧化等性能。通用的滲金屬工藝有滲鋁滲鉻、滲鋅等。 4國外表面熱處理現(xiàn)狀 化學熱處理的發(fā)展趨勢是：①擴大低溫化學熱處理的應用。離子滲氮、氮碳共滲、硫氮共滲、硫氮碳共滲等鐵素體化學熱處理將獲得迅速發(fā)展。某些高溫化學熱處理工藝（如滲硼）也有向低溫發(fā)展的趨勢。②提高滲層質量和加速化學熱處理過程。如采用多元共滲化學催滲和物理場強化；研制適應常用化學熱處理工藝的專用鋼(如快速滲氮鋼)。③發(fā)展無污染化學熱處理工藝和復合滲工藝。如低氰熔鹽氮碳共滲后，再在低溫浴中氧化掉氰鹽;擴大無污染硫氮碳共滲工藝的應用;研究和應用各種氧氮或氧硫氮復合處理，以及氮化后高頻淬火等工藝。④用計算機控制多種化學熱處理過程，建立相應的數(shù)學模型，研制各種介質中適用的傳感器和外接儀表、設備。 4.1推廣應用高壓氣冷淬火 國外的熱處理廠家非常重視熱處理過程中的冷卻。根據(jù)產(chǎn)品的技術和工藝要求，可進行慢速卻、油淬冷卻、一次性氣淬冷卻等?？焖贇夥昭h(huán)冷卻采用向冷卻室噴射高壓氣體，由計算機控制流速和流量的變化，以達到在特定時間內冷卻速度，從而實現(xiàn)熱處理過程中所要求的冷卻曲線，確保零件的熱處理質量。以前采用氣淬方式冷卻的淬火氣體有氮氣、氦氣等，現(xiàn)在用空氣強烈噴射，碳與高壓氣淬相結合是當今一種先進的滲碳淬火工藝，它具有滲碳速度快、碳化物組織優(yōu)良、淬火開裂和變形小、節(jié)約能源和滲碳劑原料、滲碳零件表面質量好、并有利于環(huán)保等特點 4.2熱處理設備采用油冷 風機冷卻、熱交換器冷卻、淬火油槽冷卻等所有需冷卻的裝置，全部采用油 封式自冷，全面取代水冷循環(huán)系統(tǒng)，整個熱處理爐不用任何冷卻水。例如，熱風 循環(huán)風機冷卻：將原水冷套進出水管改用油管引出，接近風機處放一個直徑為 102mm的小油箱，油冷卻系統(tǒng)全封閉，當風機軸承有熱量增加時，被加熱的油比重小，自然向上浮起，引起油自然循環(huán)。在小油箱存油量和自然散熱的情況下， 熱油被冷卻后又加入循環(huán)，達到在不耗油又不需要動力的條件下完全取代水冷。 淬火油槽板式換熱器中的水換成冷卻油，冷卻油受到熱油的熱交換而被升溫，油比重的變化引起冷卻油的自身循環(huán)，在爐頂?shù)挠拖渫饧由仙崞?，配合風扇的作用，達到全油冷的效果，節(jié)約大量的冷卻水。 4.3滲氮爐上采用氫探頭 德國的Ipsen公司已應用氫探頭和相應的技術測控滲氮爐內的氮勢，以對滲氮的爐氣氛進行調節(jié)和控制，實現(xiàn)滲氮爐的現(xiàn)代化。（4）燃氣輻射管目前，歐洲的熱處理設備已大部分采用燃氣輻射管，使用天然氣加熱。燃氣加熱技術和裝備在歐洲已十分成熟，天然氣燒嘴已有標準系列，由專業(yè)燒嘴廠制造供應，并將燃氣輻射管的內管由不銹鋼換成陶瓷，延長使用壽命并提高功率。天然氣加熱提高能源利用率，降低生產(chǎn)成本。 5熱處理工藝未來發(fā)展 為促進我國熱處理技術的發(fā)展，我們應全面了解熱處理技術的現(xiàn)狀和水平， 掌握其發(fā)展趨勢，大力發(fā)展先進的熱處理新技術、新工藝、新材料、新設備，用 高新技術改造傳統(tǒng)的熱處理技術，實現(xiàn)“優(yōu)質、高效、節(jié)能、降耗、無污染、低 成本、專業(yè)化生產(chǎn)”主要趨勢如下。 5.1新的加熱源 在新的加熱源中，以高能率熱源最為引人注目。高能率熱處理在減小工件變形、獲得特殊組織性能和表面狀態(tài)方面具有很大的優(yōu)越性，可以提高工件表面的耐磨性、耐蝕性，延長其使用壽命。高能率熱處理近年來發(fā)展很快，是金屬材料表面改性技術最活躍的領域之一，其中激光熱處理和離子注入表面改性技術在國外已進入生產(chǎn)階段。我國一汽、二汽、西安內燃機配件廠等單位，都已建立了汽車發(fā)動機缸套的激光表面淬火生產(chǎn)線，但由于高能率熱處理的設備費用昂貴等原因，目前我國尚未大量應用，但其發(fā)展前景廣闊，今后將會成為很有前途的熱處理工藝。 5.2新的加熱方式 在熱處理時實現(xiàn)少無氧化加熱，是減少金屬氧化損耗、保證工件表面質量的必備條件，而采用真空和可控氣氛則是實現(xiàn)少無氧化加熱的主要途徑。在表面加熱方面，感應加熱具有加熱速度快、工件表面氧化脫碳少、變形小、節(jié)能、公害小、生產(chǎn)率高、易實現(xiàn)機械化和自動化等優(yōu)點，是一種經(jīng)濟節(jié)能的表面加熱手段，主要用于工件的表面加熱淬火。高能率加熱具有加熱速度快、表面質量好、變形小、能耗低、無污改進原有的淬火介質，采用新型淬火介質淬火介質是實施淬火工藝過程的重要保證，對熱處理后工件的質量影響很大。正確選擇和合理使用淬火介質，可以減小工件變形，防止開裂，保證達到所要求的組織和性能。 5.3 改進老的淬火方法 采用新的淬火方法為了使工件實現(xiàn)理想的冷卻，獲得最佳的淬火效果，除根據(jù)工件所用的材料、技術要求、服役條件等，來合理選用淬火介質外，還需不斷改進現(xiàn)有的淬火方法，并采用新的淬火方法。如采用高壓氣冷淬火法、強烈淬火法、流態(tài)床冷卻淬火法、水空氣混合劑冷卻法、沸騰水淬火法、熱油淬火法、深冷處理法等，均能改善淬火介質的冷卻性能，使工件冷卻均勻，獲得很好的淬硬效果，有效地減少工件的變形和開裂。 5.4新材料與熱處理工藝 新材料與熱處理工藝的緊密結合低碳馬氏體是低碳低合金鋼經(jīng)強烈淬火急冷后得到的一種顯微組織結構，具有優(yōu)良的綜合機械性能以及良好的冷加工性和可焊性。近二十年來，我國開展了低碳馬氏體及其應用研究工作，取得了很大的成績。例如，低碳馬氏體的強度比中碳調質鋼高1/3以上，且綜合性能良好，用來代替某些中碳調質鋼(如高強度螺栓等)，可使構件重量倍減輕；低碳馬氏體還具有很高的耐磨性能，可用來制造某些要求耐磨性好的零件，收到了提高性能、減輕重量、延長使用壽命、簡化工藝、節(jié)約能源、節(jié)約合金元素、降低成本等技術經(jīng)濟效果。 5.5熱處理的節(jié)能和環(huán)保 (1)在熱處理工藝方面，改進老工藝，推廣應用先進的節(jié)能新工藝；(2)在熱處理設備方面，改造或淘汰耗能高的落后設備，發(fā)展新型高效節(jié)能的新設備；(3)在生產(chǎn)組織管理方面，合理組織熱處理的批量生產(chǎn)，力求集中和連續(xù)性生產(chǎn)，不斷提高熱處理的專業(yè)化生產(chǎn)水平。而搞好熱處理，努力提高熱處理質量，延長工件的使用壽命，則是最大的節(jié)能。熱處理生產(chǎn)對環(huán)境造成的污染很大，包括排出的廢氣、廢水、廢液、廢渣、粉塵、噪聲、電磁輻射等，且隨著生產(chǎn)的發(fā)展，其危害也日益嚴重。研究和采用無污染、無公害的熱處理技術，并對排放的有害物質進行有效控制和綜合治理是消除熱處理污染的主要措施 表面熱理能改善工件的機械性能，提高工件的強度和硬度，滿足各種性能的需要，我們要重視我國現(xiàn)階段的熱處理技術和裝備的改進，不斷學習國外先進的技術，同時發(fā)展自主研發(fā)，創(chuàng)新的能力提高熱處理工件質量及合格率，為我國的熱處理行業(yè)作出貢獻。為我國成為工業(yè)大國而努力。 參考文獻 化學工業(yè)出版社、成大先主編<機械設計手冊第三版第1卷[M] <槽型護軌表面熱處理工藝熱處理>技術與裝備[J]-2012年 第1期 (33) GH696高溫合金表面熱處理工藝研究-機械工程師-2012年 第2期 零件表面處理工藝尺寸的計算金屬加工：熱加工-2011年 第15期 期刊論文表面熱處理對氮化硼薄膜場發(fā)射特性的影響功能材料 -200435( z1 ) 期刊論文激光退火對Inconel 718微觀組織和硬度的影響 稀有金屬材料與工程 -200534( 3 ) 學位論文模具鋼激光表面熱處理的實驗研究-2003 王國佐、王萬智：《鋼的化學熱處理》，中國鐵道出版社，北京，1980。 ．．，- mmm,，，1965．胡以正　荀毓閩 參考文獻 [1] 成大先 《機械設計手冊第三版》第一卷[M]. 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