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表面强化技术

2016年12月20日 17:16  点击:[]

许多零件既要求有很高的冲击韧性,机加工性,又要求表层具有高耐磨性,推动了表面强化技术的发展。目前,表面强化技术可分为以下几类:

(1)表面形变强化。主要是利用机械方法使金属表面层发生塑性变形,而形成高硬度,高强的硬化层,常用的方法喷丸,滚洋为中用压和冷挤压。表面形变强化方法简单,但对耐磨性能影响较小。

(2)表面热处理强化。是利用固态相变,通过快速加热的方法对零件表面淬火(如感应淬火,火焰淬火,激光淬火等),可提高材料的耐磨性和抗疲劳强度。

(3)化学热处理强化。是利用外来元素的固态扩散渗入,来改变金属表面层的化学成分以实现表面强化。化学处理需要专门的设备,处理周期长、成本高。

(4)表面合金化。一般是指利用工件表层金属的重新熔化和凝固,以得到预期成分或组织的一种表面技术。它是采用高能量密度的快速加热,将金属表层熔化,或将涂覆在金属表面的合金材料熔化,随后靠激冷却进行凝固而得到硬化层,而使表层具有高的耐磨性。

(5)表面薄膜强化。是通过物理的或化学的方法在金属表面被覆与基体材料不同的膜层,形成耐磨膜,抗蚀膜等。主要方法:电镀、气相沉积、离子注入等。需要有专门的设备,技术性高,成本高,形成的薄膜很薄,不宜长期使用。

上述表面强化技术,但绝大多数需专用设备,技术复杂,成本高,应用受到限制。铸渗技术却正好相反,不需要专用设备、操作容易、成本也低,倍受欢迎。下面简单介绍一下铸渗技术。

铸渗法亦称涂铸法、熔铸法或表面合金化法。它是将合金粉末预制成涂膏,先涂刷在铸型特定的表面,烘干后,浇入高温钢水,一次性形成与母体良好冶金结合的表面合金化层。目前,铸渗按耐磨层的性质可分为两大类,一类是形成表面高耐磨、耐热或耐蚀层,另一类是形成高耐磨层的同时,产生少量石墨,具有自润滑作用,可用在一些特定的场合。

第一类以洛阳工学院开发研制的复合导卫为代表。这种工艺特点是将合金粉预制成膏状,敷于铸型导卫板工作面部位。当钢液注入铸型时,高温使合金块中的粘结金属熔化,使合金相形成合金层。合金层与母体形成牢固的冶金结合。制成的这种复合导卫的已在60多个厂家应用,效果很好。

第二类是最近提出的在表面形成高耐磨层同时又生成具有自润滑作用的石墨相。合金层材料以Cr为主,以形成高抗磨性的合金碳化物(Fe、Cr) C3,由于Cr具有较强的反石墨化作用,需要在合金中增加C、Si等促进石墨化的元素来部分抵消Cr的反石墨化作用,促使石墨相的形成。为了使表面在铸态下获得强韧的马氏体基体,应加入Ni等提高淬透性的元素。化学成分配表见表14。

表14合金层化学成分%

Cr

Si

Ni

Fe

23

8.15

8.10

余量

表面复合层碳化物(Fe、Cr) C和石墨相的同时存在,大大改善了铸件表面耐磨性,使磨损机制由粘着磨损变为磨粒磨损,磨损速率大为降低。

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