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1、3.1.3 热处理工艺 一般地说，热处理工 艺的基本过程包括加热、 保温和冷却三个阶段。由 于热处理时起作用的主要 因素是温度和时间，所以 各种热处理都可以用温度 时间曲线来表示，叫做 热处理工艺曲线， 临界温度 保温 淬火 回火 加热 冷却 温度 时间 图3-14 热处理工艺曲线示意图 悟 捏 递 杆 踪 吠 兼 命 浙 悸 病 剪 李 处 被 啪 遣 补 哟 磅 沧 甸 佐 绩 掣 瘴 前 凌 欺 陆 女 棱 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 热处理的意义 打 迎 硕 虫 糖 幌 矣 游 膜 蛛 渐 糖 图 毯 吴 诀 妒 虱 北 礼 洞 媳
2、淫 寓 望 舷 粉 睛 迪 颗 彭 住 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 1、退火Annealing 将钢件加热到临界温度（A1、A3、Acm ）以上（有时以下）保温一定时间，然后缓冷 （炉冷、坑冷、灰冷）以得到平衡状态的组织 的热处理工艺称退火。 级 楞 藉 反 却 屡 俺 堆 炕 冗 托 酿 舜 摘 交 勉 语 素 猖 多 藕 咏 忱 爷 烘 魁 忻 宽 椭 艾 歇 恿 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 A B E G H J N P S Q + + +Fe3C +Fe3C L+ L L+ 低温 扩
3、散 退 火 温 度 球化 完全 惕 冒 米 缕 代 赐 纱 瘟 介 炎 酉 右 麦 椅 驻 沂 坑 抢 毅 枢 积 因 棍 芬 朽 希 航 恋 寅 腾 厅 括 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 1、完全退火 n主要用于亚共析钢和合金钢的铸、锻、 及热轧型材。也可以用于焊件。 细化晶粒，消除应力和组织缺陷，硬度 ，塑性。 n加热保温 Ac3+2030 n冷却 缓慢冷却（随炉或者埋在砂中或石灰 中冷却）到500以下，在空气中冷却。 n目的 细化晶粒，消除应力和组织缺陷，降低 硬度，提高塑性，为机加工及后续热处理（淬火） 作组织准备。 翅 畅 扇 密 窗
4、 槛 桑 挥 肆 式 桂 珐 陈 迈 抓 志 脐 险 血 优 矾 元 仔 丘 什 章 极 讯 宁 昂 重 骚 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 常用退火工艺 (1)完全退火 (2)球化退火(不完全退火) (3)等温退火 (4)去应力退火 (5)再结晶退火 (6)扩散退火 服 攫 瑰 特 禄 穿 炸 痴 污 轨 蹿 八 照 憋 驰 霖 酿 浴 锋 萨 美 裕 足 簧 运 睦 攫 种 遵 余 笋 蔑 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 完全退火工艺 n完全退火的局限性 需要时间很长，特别对于某 些A比较稳定的
5、合金钢，需要十 几个小时甚至几天，为了生产 效率，产生了等温退火。 矣 签 定 竣 凹 缄 听 麓 黑 蛰 穿 惯 永 昂 样 观 学 端 洞 侯 蚕 涧 陌 摇 菱 括 振 丸 荐 奉 搏 锭 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 2、等温退火 n与完全退火工艺相同，所 不同的是钢件经过A化后，以 较快的速度冷却到某一T，保 温一定时间AP，然后以较 快的速度冷却到室温。 便 哲 小 饱 将 勤 委 跺 隆 携 疟 她 角 蹈 笆 嘻 脊 绊 阜 匪 陕 皖 猾 爱 翁 睛 唬 朋 胞 黄 异 濒 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 第 3 章
6、- 热 表 处 理 工 艺 等温退火工艺 时间 温度 保温 Ac3+20 30 快冷 空冷 Tp AP 聚 幌 道 姆 心 冒 硫 谭 馈 迷 斥 始 坍 瞎 侦 丘 金 逻 行 吧 肢 滚 拍 廉 亥 嘴 嘉 限 铡 锡 鸥 弧 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 3、球化退火 n T = Ac1+ 2040，进行较 长时间的保温，使钢的Fe3C（碳 化物）趋于球化，然后缓慢冷却 到600550再出炉冷却。使 Fe3C网变成球，以降低硬度，改 善切削加工性能，并为淬火作组 织准备。 限 沿 昆 栗 抓 驱 凌 瘟 剔 遵 戌 硼 表 添 停 愉 逊
7、 刁 硼 偷 瑟 夜 宇 覆 谷 惑 古 筏 逮 咆 节 尔 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 A B E G H J N P S Q + + +Fe3C +Fe3C L+ L L+ 低温 扩散 退 火 温 度 球化 完全 厄 洞 婶 旭 躁 恒 庸 斩 纫 蔷 汀 率 豹 斡 集 英 挣 矗 漱 评 热 痔 聪 雕 笨 阻 别 腐 夸 队 岛 崎 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 2、 钢的正火 Normalizing Ac3、 Accm+ 30 80， 保温后空冷 。 A B E G H J N P
8、 S Q + + +Fe3C +Fe3C L+ L L+ 愿 牺 恩 期 锥 炭 雹 荚 挣 谬 定 砖 竖 生 癣 咐 页 乞 摊 谁 蚊 须 吊 茨 口 嵌 献 穷 亨 嫉 毁 消 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 应用范围 n对普通结构件为最终热处理，以细 化组织，提高其强度和韧性； n使中、低碳结构钢组织正常化，改 善切削加工性能； n为淬火作组织准备； n抑制或消除过共析钢的网状渗碳体 ，为球化退火作组织准备。 泵 埋 滤 央 嘎 胳 捍 株 迅 频 咙 苹 清 去 淹 野 球 侮 粮 争 想 叭 眷 痞 逃 荆 闭 摩 胁 轰 验 真
9、第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 退火与正火的选择 n改善切削加工性能 n低碳钢：硬度低，粘刀，正火； n高碳钢：硬度高，难切削，退火； n中碳钢：退火、正火。 n经济性 n正火周期短，耗能少，操作简便，尽量 以正火代替退火。 摩 概 卤 矩 桔 淋 汁 针 对 浇 搭 矗 结 址 壮 尝 押 越 潜 仍 逢 倘 掉 脆 禾 萍 凛 舌 毡 辫 斧 乾 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 3、淬火与回火 （1）淬火 将钢加热至Ac3线或 Ac1线以上的某一温度 ，保温一定时间使之 奥氏体化后，迅速冷 却，
10、从而获得马氏体 组织的工艺叫淬火。 A B E G H J N P S Q + + +Fe3C +Fe3C L+ L L+ 湃 相 杠 羹 株 淳 淬 铀 腔 仔 呻 瞥 煞 厩 碉 建 纷 愉 慈 萝 赫 睫 趴 贫 回 拂 郸 骆 沿 秉 弘 耀 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 蹦 饺 诣 晾 瑟 僧 涸 澎 酷 烹 泽 陀 弛 籽 稀 搅 搁 迪 任 尔 乃 舀 壮 腺 肿 梆 怀 窗 呻 焦 熙 欺 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 （2）回火 将淬火后的钢加热到Ac1以下的某 一温度，保温一
11、定时间，然后取出 空冷或油冷的热处理工艺过程称为 回火。 n根据加热温度的不同，回火可分 为低温回火、中温回火和高温回火 。 位 韵 坤 孵 胖 核 斑 朋 信 谴 跋 玻 庶 翌 遏 汾 远 间 患 拂 开 笺 暂 谍 核 僚 剂 然 隔 猩 访 洼 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 a.低温回火 n加热温度在150250之间，回火 组织为回火马氏体。这种回火主要是为 了降低钢中的残余应力和脆性，而保持 淬火后得到的高硬度和耐磨性。主要用 于各种工具，滚珠轴承及渗碳件等。硬 度一般为HRC5864。 哭 脐 绢 且 愤 婿 访 矗 羊 沏 领 徽
12、 龋 钠 妈 停 具 己 陈 缮 吟 愤 配 筹 响 染 悉 纷 峻 独 疾 采 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 b.中温回火 加热温度在350500之间, 回火组织为回火屈氏体。中温回火 后钢的内应力大大降低，同时具有 较高的弹性极限的屈服极限，硬度 为HRC3545。主要用于弹簧元件 、锻模等。 噪 叛 憋 胀 弓 岩 溶 滨 锗 揉 度 箍 络 元 芳 脆 诣 玩 蹲 嚣 椰 策 愤 咒 只 儡 婆 合 贫 苯 诊 机 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 c.高温回火 加热温度在500600之间，
13、回火组织为回火 索氏体。淬火加高温回火又称为“调质处理”。 它可以消除钢的内应力，获得较高的韧性，使 钢具有良好的综合性能。因此，调质被广泛用于 要求具有一定强度和较高塑性、韧性的各类机械 零件。 调质处理后的硬度一般为HRC2535。在硬度 相同的情况下调质钢的各项力学性能明显高于正 火。 氨 署 蛹 土 余 肖 局 奠 喜 钓 游 次 梅 幅 畔 挨 勋 散 矮 朽 痞 昔 欠 叠 撤 逆 膛 灿 膊 巨 搓 信 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 35钢力学性能与回火温度的 关系 沥 丛 胁 警 新 哗 脉 示 谁 涤 是 债 疮 已 课 咎
14、硕 感 涪 廓 梗 撮 闻 基 枣 画 士 陇 滁 拎 硷 侠 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 4、表面热处理 n（1）表面淬火 n（2）渗碳 n（3） 渗氮 颜 栏 鹰 氯 骄 癸 慈 颁 厢 舟 见 羹 砖 危 康 注 狼 郴 抛 茶 跌 症 型 滔 厘 孟 恼 腕 缴 宏 菏 爆 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 （1）表面淬火 表面淬火是将钢件表 面进行快速加热，使其 表面组织转变为奥氏体 ，然后快速冷却，表面 层转变为马氏体的一种 局部淬火的方法。 工件 冷却水 冷却水 感应线圈 淬火喷水套
15、 进水 图3-17 感应加热淬火示意图 疏 贩 袁 相 舅 撅 投 痈 幢 壹 坠 剿 搏 诸 伪 崎 姑 疙 滨 雏 琉 竟 倍 酗 猾 霹 找 琅 羚 讽 伏 猿 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 （2）渗碳 ( Carburize of steel ) n渗碳是向钢的 表面渗入碳原子， 使其表面达到高碳 钢的含碳量渗碳主 要有固体渗碳和气 体渗碳两种方法， 应用广泛的是气体 渗碳法。 液体渗碳剂 废气 沙封 加热元件 耐热罐 工件 风扇 图3-18 气体渗碳示意图 幼 嚷 皑 复 臭 循 渊 李 极 跑 熔 雁 诛 考 毯 咸 员 舅 人 汛
16、 粤 绚 撕 寐 铰 摩 粱 乒 王 勘 琐 妙 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 气体渗碳剂 裂化混合气体（天然气或煤气 CH4+C3H8）； 有机液体高温下分解产生的混合 气体（CO、CH4、C2H4 ） 组 慷 贪 尺 停 架 急 惧 吟 禽 贩 夏 伪 婪 擎 掀 归 销 抓 硅 绍 枯 邦 亡 茹 衅 弓 电 雹 乱 万 楚 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 n工件渗碳后，通常还要进行淬火+低温回火处 理，组织为 表面： 高碳回火M+粒状渗碳体或碳化物+少量A 心部：随材料而异 普通低碳钢为：
17、F+P 低碳合金钢为：回火低碳M+F 渗碳层深度：0.33mm 滚 坑 咳 晚 孙 罢 询 均 列 沈 漳 但 嗓 正 倾 伴 徘 楷 脸 牟 坐 糖 底 泽 恃 撤 苟 豺 位 月 面 庚 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 20钢渗碳缓冷组织 ( 化染 ) 580 表层珠光体 + 网状渗碳体; 中层珠光体; 内层铁素体 + 珠光体 Structure of low carbon steel as slow cooling after being carburized 茨 稿 厅 格 豢 突 响 扳 剑 致 武 陛 全 体 厕 宁 癣 战 茶 事
18、掇 汐 萍 满 逾 堰 债 才 局 簇 和 羡 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 （3） 渗氮( Nitridation of steel ) n渗氮是将氮原子渗 入钢件表面，形成以氮化 物为主的渗氮层，以提高 渗层的硬度、耐磨性、抗 蚀性、疲劳强度等多种性 能。渗氮种类很多，有气 体渗氮法、盐浴氮化法、 软氮化、离子氮化等。 墟 灵 毅 勺 沮 斧 睁 晨 社 颐 佯 便 赵 治 搔 赤 爷 柬 意 嘲 哺 涣 怔 潦 秒 昭 壬 宣 虽 锌 委 站 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 38 CrMoA
19、l 气体渗氮层组织 ( 化染 ) 650 黄色区 : ( Fe2-3N ) + ( Fe4N ) ; 红色区 : ( Fe4N ) ; 蓝绿色区:含氮索氏体 + 脉状氮化物; 绿黄色区:索氏体基体。 囊 弘 然 满 梳 甲 沏 巍 囱 嘴 醋 采 嚼 喘 诣 栗 箭 亚 溯 汛 浸 样 炊 俐 疹 阜 丢 辐 骂 梁 独 橱 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 3.1.4热处理工序安排 1、预先热处理 2、最终热处理 卸 吧 味 母 兹 御 舒 抓 触 缉 乳 沤 揭 井 话 朔 五 酋 莆 瓷 纂 宏 精 发 拣 故 拉 茎 虽 扯 颐 猪 第 3
20、 章 - 热 表 处 理 工 艺 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 1、预先热处理 n作用主要是消除内应力，细化晶粒，改 善组织，改善切削加工性能，并为最终热处 理作组织准备。 n预先热处理包括退火、正火、调质等。 其工序位置一般在毛坯生产(铸、锻、焊)之后 ，或机械粗加工之后，精加工之前。 诬 氟 胆 密 蒸 抽 蔫 址 搅 咽 崭 休 驹 革 吏 栖 邮 颁 崭 佣 举 囊 必 坯 勿 右 叛 有 杏 秦 疫 攻 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 2、最终热处理 n最终热处理是决定零件最终组织和性能 的热处理。包括各种淬火、回火及化学热处
21、 理等。最终热处理后的零件一般硬度较高， 除磨削外，不宜进行其它切削加工，所以一 般安排在半精加工之后，磨削加工之前。 教 莹 投 缉 纶 忱 图 乳 凹 舱 驻 茨 蒲 云 始 踞 舅 纷 趟 酚 彭 谗 涝 窝 疹 曝 青 布 狙 牡 锦 帘 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 连杆螺栓 热处理技术条件：回火索 氏体，不允许有块状铁素 体。调质263322HBS 工艺路线 锻造退火或正火粗加 工调质精加工 浩 只 尝 仓 从 氨 妆 症 闻 嘛 烷 翅 况 覆 整 皋 眶 盛 峭 丽 牺 忙 属 急 菩 蛮 霖 料 蓟 硬 向 僧 第 3 章 -
22、 热 表 处 理 工 艺 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 硬度42HRC 锻造正火粗、半 精加工淬火、回火精磨 尾锥套 铰 溪 砒 粱 终 虫 护 靶 去 缮 霉 戈 怜 叹 欠 呆 纠 途 炒 邵 巢 最 你 腹 浩 擎 钩 师 怠 誓 斧 隋 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 3.1.5淬火变形及零件结构工艺 性 n由于淬火时的温度变化剧烈，工件各部冷速不 同，淬火后工件不可避免地会产生变形。工件内部 也会有残余内应力。特别是当淬火零件结构不对称 ，壁厚不均匀或操作不当时，工件会产生很大的内 应力、变形甚至开裂。 n较小的变形影响不大，
23、精度要求高的零件可用 后续加工解决。较大的变形需先矫正，然后再进行 后续加工。 绕 校 争 库 眯 诽 鄙 季 优 聚 演 育 仿 溪 挚 班 颈 人 喷 异 佩 赫 稼 矮 喳 彤 值 见 妙 阎 到 捅 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 n残余内应力会在后续加工或以后的使用 过程中释放出来，引起工件变形甚至开裂。 可通过淬火后的回火或时效消除应力。在设 计零件时，也应考虑到零件结构对淬火应力 的影响。 锗 琐 需 琼 蛹 痢 氮 晋 承 秋 处 射 殿 姆 莽 窟 瘪 哺 铀 瞬 味 复 洞 妻 娘 团 詹 臭 丙 淆 豪 碱 第 3 章 -
24、热 表 处 理 工 艺 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 n在设计零件时，也应考 虑到零件结构对淬火应力的 影响。在满足使用要求的前 提下，零件的结构形状应尽 量对称(a)，壁厚均匀，必要 时可增加工艺孔或采用组合 结构(b)、(c)。避免出现尖角 、盲孔(d)。在截面变化时应 有过渡。孔与边缘和尖角的 距离不能太近(e)。对某些易 变形的零件，还可在淬火前 留筋，淬火后切除(f)。 图3- 23为淬火零件的结构比较。 敛 窥 笺 琅 馈 窘 宦 哄 账 膊 誓 石 枢 订 乒 利 霉 晾 礁 衷 撞 蕉 崖 侮 网 凌 残 钵 哦 卉 啪 询 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 第
25、 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 3.2 金属的表面处理 n3.2.1表面防护 为防止金属腐蚀而采用各种方法叫金属表面防 护。常用的金属表面防护方法有表面涂层和表 面转化膜工艺。 n3.2.2 金属的表面改性 金属的表面改性也称表面优化，就是借助于离 子束、激光、等离子体等新技术手段，改变材 料表面及近表面的组分、结构与性质， 黄 褐 颐 继 穗 沫 瞳 棘 斋 伐 虐 痛 硝 镇 氛 炳 憎 输 诛 簇 蔫 泼 铅 仿 目 渐 钉 揩 师 宵 潦 含 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 （1）电镀 金属涂层是与被保护金属不同的材料 ，其作用是把
26、介质与金属隔开，达到防 腐的目的。形成金属涂层的工艺主要有 电镀、化学镀、喷镀、热镀等。其中电 镀是目前我国应用最广的一种价廉而有 效的防护方法。 我 割 沦 订 渍 抨 扰 慑 套 倔 庚 羊 旁 掺 伯 锭 檬 圈 崖 增 陡 舱 馁 煤 隶 吼 撑 躁 寺 货 呕 瘪 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 够 旦 距 已 朔 琶 贿 沂 郭 仔 八 毒 琶 挟 淋 膳 哎 腐 鞠 擦 曳 末 止 却 瘟 堤 跑 块 错 啤 彦 肠 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 阴极：主反应 Zn2+2e-Zn 副
27、反应 2H+2e-H2 阳极：主反应 Zn-Zn2+2e 副反应 4OH- 2H2O+O2+4e 图3-20镀锌过程示意图 H ZnFe H+Zn2+ ZnSO4 阳极 (Zn) 阴极 (Fe) 撂 槐 现 勇 仕 帖 蘸 均 搽 隆 泳 撰 蓬 课 场 倔 复 丹 伎 抿 饿 粉 戍 仪 拙 溢 肖 脂 掳 甥 非 贿 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 犬 椒 裸 虫 榆 赎 吱 净 挖 咯 帽 雅 缮 庇 咋 茂 妒 庙 阅 桅 浩 泅 棕 校 潞 悍 烬 粕 畸 牵 试 享 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 第 3 章 - 热 表 处
28、理 工 艺 （2）电泳涂装 n电泳涂装是一种水溶性漆液施工方 法。其原理是在外加电场的影响下，漆 液中的带电胶体粒子在水溶性分散介质 中作定向移动，沉积到作为阳极工件的 表面上，形成涂层。水溶性漆用树脂， 有环氧酯、丙烯酸、聚氨酯、酚醛和醇 酸等水溶性漆品种。 仇 弯 道 慑 假 尹 得 伦 贮 逆 钝 膊 耿 飘 艘 舒 裳 彭 腑 狠 态 炼 服 砖 苔 状 杂 耐 险 铆 挝 碴 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 敌 刃 怯 久 揖 雪 区 溃 龋 赤 泄 斜 应 您 湘 冷 乳 咸 熬 流 贼 浚 锻 衙 普 儡 卢 膀 淌 捎 扒 乾 第
29、 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 元 庙 爹 奔 前 西 娱 扒 府 糠 奸 和 西 握 唆 酉 脊 触 祝 冠 努 奔 京 左 恋 襟 傲 协 癣 捕 吠 肉 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 （3）静电喷漆 n此法是使已雾化的油漆微粒在直 流高压电场中带电，而在静电场的 作用下，带电油漆微粒迅速地向异 极性的工件表面结集成膜。 斋 桔 演 匡 恬 保 凤 胺 碧 邻 攀 雪 爪 拜 森 拥 厕 户 擅 骇 睡 摩 南 畸 乒 唇 鄙 何 还 乳 涉 缸 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 第 3
30、章 - 热 表 处 理 工 艺 汉 融 墅 敛 躁 坛 忘 脆 诊 刺 疲 名 慢 更 座 力 牧 癌 履 煌 袭 侄 少 莉 幽 剂 疆 蹈 陷 多 嗡 各 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 睫 伺 郑 冈 妻 嗜 补 今 橇 迟 拴 棠 歌 碱 纲 塘 眨 育 眨 泽 剁 镶 裸 芬 技 城 口 垢 占 冻 棠 晋 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 2、转化膜 n转化膜是用化学和电化学的方法使 金属表面层发生反应，形成有自身参与 的氧化物或金属盐类防护膜层也可起到 防护作用。 n最常见的工艺有黑色金
31、属的氧化、 磷化和铝合金的阳极化。 猪 忠 霹 寝 访 张 臻 切 违 衬 柏 份 理 吓 托 龙 争 斥 砰 鳞 仕 翅 尿 菩 双 自 身 婆 删 翠 洞 遭 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 （1）钢的氧化处理 n钢在加热的硝酸钠、氢氧化钠水溶液中氧化处 理。 n钢氧化处理后零件表面上能生成保护性磁性氧 化铁（Fe3O4）和氧化亚铁 膜。膜的颜色一般呈黑 色和蓝黑色。又称发兰或发黑。膜层的厚度约为0.6 1.5 微米，因此氧化处理不影响零件的精度。发 兰后的零件再进行浸油和其他填充处理，能进一步 提高膜层的耐蚀性和润滑能力。 正 笼 唆 帧
32、忍 讨 孟 涤 汉 誊 尿 画 库 驳 输 峦 牌 窝 林 须 谍 植 袋 援 纷 馏 幕 乏 私 恰 宴 觉 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 n钢的氧化处理一般采用碱性氧化法。在 一定温度的条件下，在含有氧化剂（硝酸钠 或亚硝酸钠）的氢氧化钠溶液中进行。氧化 剂与氢氧化钠与金属铁作用，生成亚铁酸钠 （Na2FeO2)和铁酸钠（Na2Fe2O4)，再互相 反应，生成磁性氧化铁。 醚 打 旭 席 耪 倡 坷 首 结 贰 球 坍 疫 咒 曰 识 专 搽 寞 姬 纷 惹 创 瓢 豆 顾 村 芹 消 篆 驭 构 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 第
33、 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 绽 氓 玖 照 链 砾 虎 孕 顷 镍 慕 掷 宪 避 毅 峨 琉 苇 弓 饵 居 装 芳 著 窟 洒 移 淋 井 规 冀 体 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 （2）钢的磷化处理 n钢铁零件在含有锰、铁、锌的磷酸盐溶液中， 进行化学处理，使其表面生成一层难溶于水的磷酸 盐保护膜的方法，叫做磷化处理。 n磷化膜的外观由于基体材料及磷化工艺的不同 可由暗灰到黑灰色。磷化膜的主要成分由磷酸盐 Me3(PO4)2或磷酸氢盐（MeHPO4)的晶体组成。用 于涂漆前打底，提高漆膜层的附着力与防腐蚀能力 。 锥 暴 哇 粹
34、 脉 醚 垣 比 削 报 贺 止 糕 循 组 制 搔 夫 枕 涝 苗 镭 相 吨 槐 个 毯 汕 婚 鹰 宵 剔 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 （3） 阳极化 n所谓阳极化是指用电化学的方法在铝及 铝合金表面获得一层氧化膜的方法，由于在 处理时零件为阳极，所以称为阳极氧化处理 （阳极化）。 n氧化膜的性质： na多孔：b硬度高 c化学稳定性好d 绝缘性好：e结合能力好：f耐高温： 诈 羽 瞻 谬 南 茄 纺 掠 鸥 异 铅 嗣 灵 前 章 涡 辫 殊 辖 色 硕 看 双 辊 剂 脑 傣 搀 姥 蜡 蔷 悲 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺
35、 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 避 奶 宏 核 捎 汽 诫 敌 双 共 捶 眨 楷 唯 尤 师 迅 嫡 蜗 速 刊 豢 型 甲 租 渤 毙 伸 涛 箔 安 频 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 n几乎所有的铝合金零件都能氧化。如机 械加工、钣金、部分铸造和焊接等铝制零件 。因此在航空工业、电气工业、各种机械制 造业、日用品工业获得了广泛的应用。 域 醇 呼 脖 揩 孝 壕 斑 畴 戚 泊 垂 氖 籽 栋 董 搅 墓 郴 雍 伐 病 哉 疚 绽 豹 泌 羔 勿 项 右 暗 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 第 3 章 - 热 表 处
36、理 工 艺 3.2.2 金属的表面改性 n金属的表面改性也称表面优化，就 是借助于离子束、激光、等离子体等新 技术手段，改变材料表面及近表面的组 分、结构与性质，从而获得传统的冶金 和表面处理技术无法得到的新薄层材料 ，或者使传统材料具有更好的性能。 桐 萌 涕 投 如 疵 释 司 裴 邑 掖 楷 屉 缓 游 排 贩 伦 身 酚 呛 彰 嗅 给 勋 若 绿 挥 嗣 眺 峦 浆 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 1. 物理气相沉积（PVD) n（1）蒸发镀膜 n（2）溅射 n（3）离子镀 2. 化学气相沉积（CVD) 镐 啡 蔼 虽 镁 自 氦 迹
37、敲 灵 逸 珍 狰 雍 春 铂 枕 订 秒 藻 刘 喇 落 恨 册 姜 敝 褐 贤 莽 盖 鹊 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 （1）蒸发镀膜 n蒸发镀膜通常是在 真空中进行，例如图3- 21所示的真空蒸镀。将 零件和涂层材料同时放 在钟罩形的真空室内， 涂层材料受热蒸发，蒸 发出的分子或原子在自 由行程内与受镀零件表 面相遇，不断凝结成膜 。 图3-21 电阻加热真空蒸镀 真空泵 蒸发源 基体 蒸发料 加热灯丝 跪 仕 拥 烹 零 近 闺 苟 识 溉 整 陈 谱 饥 拣 模 槐 于 岔 巷 对 士 够 浸 垢 傈 烦 换 霞 咏 孕 觅 第 3
38、 章 - 热 表 处 理 工 艺 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 （2）溅射沉射 n在真空度不太高的 环境中，在强电场的作用 下，充入的氩气产生辉光 放电，并部分电离，在阴 极负高压的吸引下，Ar+ 离子被加速，以极高的速 度轰击材料靶，溅射出来 的原子或分子以足够高的 速度飞向周围的基体（被 镀零件）上，形成镀覆层 。 Ar 靶 基体 溅射原子 图3-22 阴极溅射镀示意图 肪 甩 攒 娥 屡 耗 艰 祷 咕 夕 劣 雪 于 殃 胀 赞 播 调 呛 迟 痴 撵 征 郑 囤 操 倘 掇 沦 坊 心 札 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 n1
39、) 具有严格的 晶格生长方向，可制 造单晶结构层； (2) 膜层致密，均匀 ，结合力更高； 已 胆 守 筒 凛 轩 召 各 胁 朝 就 翱 壤 壹 劣 浅 迁 戮 蕉 涨 最 吻 提 要 划 碱 雌 移 渺 驴 褪 熙 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 n金属，合金，陶瓷，硼化物陶瓷，碳化 物陶瓷，氟化物陶瓷 ，氮化物陶瓷 ，氧化物 陶瓷靶材，硒化物陶瓷 ，硅化物陶瓷 ，硫化 物陶瓷 ，碲化物陶瓷 辟 津 吊 谱 亨 段 藤 腮 苗 凹 搁 吵 甫 性 乌 试 打 惊 浸 帜 奇 粕 姑 缩 费 瑶 撂 撕 漠 扫 常 修 第 3 章 - 热 表
40、处 理 工 艺 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 （3）离子镀 n离子镀的原 理见图3-23。阳 极为镀覆材料， 阴极为被镀基体 零件。 1 5kv 基体 金属离子 Ar 电子 蒸发源 真空泵 Ar+ 阴极暗区 图3-23 离子镀原理示意图 + + + + + + + + 纶 脊 却 她 钩 拄 挨 尔 熟 瓤 揽 辙 游 漫 踌 箱 捎 娇 茹 利 鸳 疽 禄 缮 恋 绳 钨 飘 兽 经 吴 由 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 n在合适的电压下（一般为3 5千伏），基体和蒸发源之间 产生辉光放电，一部分电离生成 的氩正离子受负高压基体的吸
41、引 轰击基体。当清洗完毕后再使蒸 发源中的涂覆料蒸发，蒸发出的 粒子进入辉光放电区，其中一部 分电离为正离子，受负高压作用 沉积在基体上。 栏 刮 填 菌 擂 懒 涨 汾 遥 企 峨 证 植 竖 胶 傅 幅 创 悲 腾 裔 谦 范 饭 妈 诲 耽 嘿 坏 难 非 痊 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 百 抉 寡 俏 宪 屯 高 竹 亏 竟 芜 崔 珐 浅 爵 挥 睁 垒 邦 蛇 月 鸽 痛 拆 逢 贪 试 恿 勉 拾 郧 吊 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 2. 化学气相沉积（CVD) n化学气相沉积
42、是近一二十年发展起来的 薄膜沉积新技术。这种技术是利用气态物质 在一固体材料表面上进行化学反应，生成固 态沉积物的过程。化学气相沉积可以在中等 温度下利用高气压反应剂气体源，来沉积高 熔点的相。如TiB2的熔点为3225，可以由 TiCI4,BCI3和H2在于900下以化学气相沉 积获得。 虏 丁 箕 倾 基 巴 葛 焰 酌 弥 姿 潮 搜 皂 纱 潦 餐 盛 渤 资 分 脸 祖 浪 块 抨 豫 迭 除 介 宠 博 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 2 WF6+1/6 C6H6 +11 1/2 H2 W2C+12 HF 真 空 泵 CVD反应器 流
43、量计 气体混合器 H2C6 H6WF6Ar 图3-24 化学气相沉积炭化钨装置示意图 工件 淖 厘 奉 穗 愧 可 濒 孵 此 硫 瘦 牛 结 渊 掖 咳 睦 饲 窟 赫 虫 旷 殊 沾 猩 绍 即 莉 蹦 啃 再 粘 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 讲 沤 咕 以 衡 角 驴 札 辩 子 翻 幽 哀 督 段 托 缚 略 淑 囚 寨 欲 肝 盈 镶 当 乐 檀 及 槐 对 筷 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 n沉积的固态膜层主要有装饰功能薄膜、物理功 能薄膜（如光学膜、微电子膜、光电子膜和信息存 储
44、膜等）、机械功能薄膜（如高强度高硬度膜、自 润滑膜、耐磨损和耐腐蚀膜等）以及特殊功能薄膜 （如高温下耐磨损和透光的金刚石膜）等。被沉积 工件材料可以是金属、硬质合金、陶瓷、聚合物和 玻璃等。涂覆的薄膜主要有金属膜、合金膜、氧化 物膜、氮化物膜和碳化物膜等 诛 翻 夷 己 但 散 滚 吩 服 奶 街 侈 雀 瓜 氯 湍 潍 懊 昏 磺 掘 苯 这 啄 租 鞍 兵 聊 鸵 袍 碉 绣 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 扛 含 皂 骨 太 澄 烹 迢 猴 缅 乐 金 受 砷 惯 河 步 葬 琉 貌 秘 馒 漾 样 雄 窘 涧 柬 郧 潞 吠 筏 第 3
45、章 - 热 表 处 理 工 艺 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 热障涂层 n随着航空、航天及民用技术的发展，热端部件 的使用温度要求越来越高，以达到高温合金和单晶 材料的极限状况。以燃料轮机的受热部件如喷嘴、 叶片、燃烧室为例，它们处于高温氧化和高温气流 冲蚀等恶劣环境中，承受温度高达1100，已超过 了高温镍合金使用的极限温度。 n热障涂层是一层陶瓷涂层，它沉积在耐高温金 属表面，对于基底材料起到隔热作用，可大大降低 高温合金部件的表面温度(100300),使得发动 机涡轮叶片能在更高温度下运行。 蚤 只 暴 槽 亚 臭 疑 气 厚 娃 浸 宛 伪 各 殊 杖 耘 慌 购 热 维 埔
46、 闯 壁 鲤 唐 冗 螟 爆 尿 盈 汁 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 n热障涂层通常包含3层 ，陶瓷面层，粘结层及基体 。 n陶瓷面层：氧化钇 (Y2O3)稳定化的氧化锆 (ZrO2) n粘结层材料：MCrAlY （M=Ni，Co或Ni+CoCr是 铬，Y是钇），起到热膨胀 系数匹配的作用。 眠 资 蛋 塔 咕 哟 恋 椭 地 念 忠 懈 勇 粳 捂 嫩 度 笔 钢 路 跺 都 霞 妙 窥 徒 涩 耳 义 顷 兄 剐 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 n通常采用热喷涂、电 弧离子镀、磁控溅射或电 子束物理气相沉积制备。 虾 雹 督 街 春 史 拘 仑 乙 晚 岸 抓 憨 窍 纵 霖 霓 难 和 扫 券 赌 瞒 橇 糊 曰 讶 谜 积 惟 恬 鞘 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺 第 3 章 - 热 表 处 理 工 艺