表格模板-3热处理与表面工程技术 精品.ppt

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1、表面工程与热处理技术第3章3.1表面工程概述3.2热处理3.3表面工程技术方法与工艺 3.1表面工程概述 应用实例1： 汽车轻量化铝合金表面耐磨问题突出表面耐磨涂层 火箭发动机的尾喷管内壁和燃烧室：需承受20003300温度和巨大的热焰流冲击3.1 表面工程概述 飞船或者洲际导弹的头部锥体和翼前沿：由于具有几十倍的音速，并与大气层摩擦，即所谓气动加热，其温度高达40005000：问题：绝大多数的金属和合金不能承受如此高的温度。解决问题的方法：依靠各种形式的隔热涂层、防火涂层和烧蚀涂层。 隔热防火涂层是热导率低的氧化物：氧化铝、氧化锆、氧化钍等。 烧蚀涂层：有机材料加石英纤维、陶瓷纤维或碳纤维。

2、应用实例2：3.1 表面工程概述定义：表面工程是经表面预处理后，通过表面涂覆金属或非金属，以改善表面性能的系统工程。 内涵：对产品的表面进行一系列形、色、质、光等处理，使之更加宜人、更加完美、更能满足人们多方面的使用要求，是工业设计中必不可少的重要方面。工业设计中常用的表面处理技术有涂装、电镀、氧化着色等。1.表面工程的定义与内涵3.1 表面工程概述 3.1 表面工程概述3.1 表面工程概述表面工程技术日益得到重视的主要原因：1） 社会生产、生活的需要2） 通过表面处理大幅度提高产品质量3） 节约贵重材料4） 实现材料表面复合化，解决单一材料无法解决的问题5） 良好的节能、节材效果6） 促进了

3、新兴工业的发展 3.1 表面工程概述3.1 表面工程概述表面工程按照功能分类如下：1） 表面装饰：不同光亮、色泽、花纹的组合，使外观精美、多样化，增加美感与耐用2）防腐蚀 ：耐环境气氛腐蚀，耐淡水、海水腐蚀，耐化学介质浸渍腐蚀等。3） 耐磨：耐腐蚀磨损、微动磨损、磨粒磨损等。4）热功能：耐热、抗高温氧化、热绝缘、热辐射等。5）光、电、磁等特种功能：反光、消光、超导、导电、绝缘、半导体、电磁屏蔽、吸波、红外反射、太阳能吸收、辐射屏蔽功能等。2、表面技术的分类3.1 表面工程概述3.2.1热处理概述1、热处理概念 热处理是将材料在固态下进行加热、保温和冷却以获得所学组织与性能工艺。3.2热处理3.

4、2 热处理 1）定义：热处理过程一般包括加热、保温、冷却几个阶段。 加热的目的：获得A体组织保温的目的：A体成分均匀化冷却的目的：获得预期的组织和性能。3.2 热处理2）、作用：3.2 热处理（1）. 改善材料的加工工艺性能。（2）.提高零件或工具的使用性能3）、必要条件： （1）. 材料在不同温度具有不同的晶体结构（同素异晶性）（2）. 固溶体中溶质的溶解度随温度发生变化，可形成过饱和固溶体 4）、分类：3.2 热处理表面淬火表面热处理普通热处理热处理退火淬火回火正火 化学热处理火焰加热表面淬火感应加热表面淬火渗碳渗氮渗金属3.2 热处理3.2.2钢的热处理一、退火： 将钢加热到适当温度，保

5、温后缓慢冷却（随炉冷或砂冷）的热处理工艺预备热处理。整体热处理：退火、正火、淬火、回火表面热处理：表面淬火、化学热处理3.2 热处理完全退火：Ac3+（20-30）目的：重结晶细化晶粒，改善粗大、不均匀组织；硬度改善机加性能。特点：周期长。 应用：亚共析钢/结构钢预备热处理。3.2 热处理(2)去应力退火：将钢加热到Ac1以下某一温度保温后，缓慢冷却的热处理工艺。目的：消除铸、锻、焊件和机加工、 冷变形过程中的残余应力。 2. 2. 正火正火 正火是将钢加热到正火是将钢加热到AC3(AC3(或或Accm )Accm )以以上上30-5030-50，保温适当的时间后，在空气，保温适当的时间后，在

6、空气中冷却的热处理工艺。中冷却的热处理工艺。 第一节 钢的热处理3.2 热处理2、正火： 将钢加热到Ac3（亚共析钢）或Accm（过共析钢）以上30-50，保温后在空气中冷却，得到P类（如S）组织的热处理工艺。特点： 组织尺寸退火， 成本退火。（ 二 ） 淬 火（ 二 ） 淬 火 ( q u e n c h i n g )( q u e n c h i n g ) 与 回 火与 回 火(tempering) (tempering) 1 1淬火淬火 将钢加热到将钢加热到AC3(AC3(亚共析钢亚共析钢) )或或AC1AC1（过共析钢）以上一定温度，（过共析钢）以上一定温度，保温后以大于临界冷却速

7、度的冷速保温后以大于临界冷却速度的冷速得到马氏体得到马氏体( (或下贝氏体或下贝氏体) )的热处理的热处理工艺叫淬火。工艺叫淬火。 常用的淬火介质为常用的淬火介质为水及水基液体。水及水基液体。 3.2 热处理2 2回火回火 回火是将淬火后的钢加热到回火是将淬火后的钢加热到A1A1以下温度，以下温度，保温一段时间，然后置于空气或水等介质中冷保温一段时间，然后置于空气或水等介质中冷却的热处理工艺。却的热处理工艺。 (1)(1)低温回火低温回火 低温回火温度约为低温回火温度约为l50-250l50-250，回火组织为，回火组织为回火马氏体。回火马氏体。 (2)(2)中温回火中温回火 中温回火温度一般

8、在中温回火温度一般在250-500250-500之间，回火之间，回火的组织为回火托氏体。的组织为回火托氏体。 (3)(3)高温回火高温回火 高温回火温度约为高温回火温度约为500-650500-650，回火组织为，回火组织为回火索氏体。回火索氏体。3.2 热处理 3.2.43.2.4表面淬火和化学热处理表面淬火和化学热处理 1. 1.概述概述 表面热处理是指仅对工件表面进表面热处理是指仅对工件表面进行热处理以改变其组织和性能的工行热处理以改变其组织和性能的工艺。艺。 化学热处理是将金属或合金工件化学热处理是将金属或合金工件置于一定温度的活性介质中保温，置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种

9、元素渗入它的表层，使一种或几种元素渗入它的表层，以改变其他化学成分，组织和性能以改变其他化学成分，组织和性能的热处理工艺。的热处理工艺。 3.2 热处理3.2 热处理3.3.化学热处理化学热处理 将金属工件放人一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元将金属工件放人一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入它的表层，以改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺叫素渗入它的表层，以改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺叫做化学热处理。做化学热处理。 根据渗入元素的不同，化学热处理可分为渗碳、渗氮、碳氮共根据渗入元素的不同，化学热处理可分为渗碳、渗氮、碳氮共渗等。渗等。2.表面淬火 表面淬火是将工件

10、表面快速加热到淬火温度，然后迅速冷却，仅使表面层获得淬火组织的热处理方法。 (1)感应加热表面淬火法 (2)火焰加热表面淬火 3.3表面工程技术方法与工艺3.3 表面工程技术方法与工艺表面工程技术的概念和特点表面工程技术又称为表面处理，它是使材料或零件表面具有特殊的成分、结构和性能（或功能）的化学、物理方法与工艺特点：主要作用于基材表面，对远离表面的基材内部组织与性能影响不大。采用表面涂（镀）、表面合金化技术取代整体合金化。表面处理兼有表面装饰和防护功能。表面工程技术的方法分类3.3 表面工程技术方法与工艺表面防腐、保护处理在材料表面施以覆盖层达到防腐目的。常用的有电镀、涂料涂装等。表面装饰加

11、工通过对工程材料表面抛光、金属着色、光亮镀层等方法达到表面装饰的目的3.3.1.电 镀 3.3 表面工程技术方法与工艺1、电镀的概念、目的和特点电镀是一种用电化学方法在镀件表面上沉积所需形态的金属覆层工艺。 是指在含有欲镀金属的盐类溶液中，在直流电的作用下，以被镀基体金属为阴极，以欲镀金属或其他惰性导体为阳极，通过电解作用，在基体上获得结合牢固的金属膜的表面工程技术。目的改善材料的外观，赋予材料表面的各种物理化学性能，如耐蚀性、装饰性、耐磨性等。特点具有工艺设备简单、操作方便、加工成本低、操作温度低等特点，是表面工程技术中最常用的方法。电镀示意图3.3 表面工程技术方法与工艺3.3 表面工程技

12、术方法与工艺电镀黑镍系列 电镀锌系列 2、镀层的分类 （特性及用途）（1）防护性镀层 约占60左右。镀种有锌、镉、锡及其合金，如锌镍、锌铁、锌锡、锌钛、镉钛、锡镍等。主要用于钢铁件在大气和其它环境中的防锈、防腐蚀。（2）防护装饰性镀层 约占30左右。这类镀种除要求有较高的防腐蚀性外，对表面的装饰性也有较高的要求。如电镀铜镍铬、镍铬、镍镀层上镀仿金等。3.3 表面工程技术方法与工艺（3）功能性镀层1）要求硬度和耐磨性电镀硬铬、电镀或化学镀镍磷镀层和复合镀镍镀层。2）要求导电性镀银、镀金。3）要求导磁性镍铁、镍钴镀层。4）要求吸热和防光反射镀黑镍、黑铬或镀锌后黑钝化。5）要求焊接性镀锡、镀铅锡合金

13、。等等 此外，按镀层与基体金属的电化学活性，可将镀层分为阳极性镀层和阴极性镀层两大类。前者对基体金属除提供机械保护外，还提供电化学保护，后者仅起机械保护作用。3.3 表面工程技术方法与工艺3、电镀的工艺过程1）镀前处理 包括机械抛光、喷砂、除油、除锈、活化、预处理。不同的材料采用不同的前处理方法2）电镀电镀的实施方式（1）挂镀：主要适用于外形尺寸较大的零件。（2）滚镀：主要适用于尺寸较小、批量较大的零件。（3）刷镀：一般用于局部修复。（4）连续电镀：用于线、带、板材的大批量电镀 。3.3 表面工程技术方法与工艺3）镀后处理（1）钝化 在新镀出的镀层表面人为地形成一层致密的氧化物膜，使镀层金属与

14、空气隔绝，以提高镀层的防护性和装饰性。（2）浸膜 在镀后的金属零件表面浸涂一层有机或无机高分子膜，以提高镀层的防护性和装饰性。（3）除氢3.3 表面工程技术方法与工艺4、常见电镀层的性质与用途电镀层质量的基本要求1)与基体结合力牢固，附着力好2)镀层完善，结晶细致紧密，孔隙率小3)具有良好的物理、化学及力学性能4)具有符合标准的镀层厚度，而且均匀 3.3 表面工程技术方法与工艺4、常见电镀层的性质与用途1）锌镀层 锌镀层在大气条件下对钢铁零件为阳极性镀层，经彩色钝化后，明显地提高了镀层的保护性能并改善了外观。主要用于防止钢铁零件的腐蚀，其镀层价格低廉，耐腐蚀性能优良，应用量大面广。2）镉镀层

15、镉镀层在海洋和高温大气的环境中，对钢铁零件为阳极性镀层，镀层比较稳定，耐腐蚀性强，润滑性能好，在航空及电子工业中应用较多。3）锡镀层 锡镀层对钢铁件为阴极性镀层。因此，只有当镀层无孔隙时才能机械地保护钢铁零件不被腐蚀。它具有较高的化学稳定性，与硫及硫化物几乎不起作用，焊接性能良好，对渗氮有屏蔽作用。4）铜镀层 铜镀层对锌、铁等金属为阴极性镀层，常常用于钢铁或某些塑料上作为镀铜/镍防护-装饰性镀层的底层或中间层，也可用于印刷电路、电铸模等方面。3.3 表面工程技术方法与工艺5）镍镀层 镍镀层对钢铁零件为阴极性镀层，它具有较高的硬度，抗蚀性比铜高，能耐碱，也比较能耐酸。常用于钢铁零件的镀铜/镍/铬

16、防护-装饰性镀层的中间层及酸性镀铜前的预镀。6）铬镀层 铬镀层对钢铁零件为阴极性镀层。它具有较高的耐热性，常温下硬度好，耐磨性好，光反射性强，被广泛用于提高零件的耐磨性、光反射性以及修复尺寸和装饰等方面。7）银镀层 银镀层对于常用金属为阴极镀层，其导电、焊钎性能优良，化学性质稳定，主要用于电器工业中的导电部件及其焊接部位，还用于防护-装饰性镀层，如乐器、餐具、光学仪器及工艺品。 3.3 表面工程技术方法与工艺镀 铬镀铬层的性质和用途： 铬是一种微带天蓝色的银白色金属。电极电位虽然很负，但它有很强的钝化性能，在大气中很快钝化，显示出具有贵金属的性质，所以钢铁零件镀铬层是阴极镀层。铬层在大气中钝化后很稳定，能长期保持其光泽，在碱、硝酸、硫化物、碳酸盐以及有机酸等腐蚀介质中非常稳定，但可溶于盐酸等氢卤酸和热的浓硫酸中 。 铬镀层硬度高（HV800110kg/mm2），耐磨性好，反光能力强，有较好的耐热性。在500以下光泽和硬度均无明显变化；温度大于500开始氧化变色；大于700时才开始变软。 由于镀铬层的优良性能，广泛用作防护装饰性镀层体系的外表层和功能镀层。3.3 表面工程技术方法与工艺镀