本溪金属表面硬化处理-金属表面硬化处理平台

表面工程技术围绕腐蚀、摩擦、磨损和功能特性等因素,成为20世纪80年代世界上发展的十项关键技术之一，取得长足进展，形成一门新兴学科——表面工程学。美国商业部将表面工程技术列入影响2l世纪人类生活的七大关键技术之一，与计算机科学、生命科学、新能源技术、新材料技术、信息技术和制造技术并列。

英国伯明翰大学教授Tom. Bell在上世纪八十年代初提出了表面工程的概念。他认为，表面工程是将材料表面和基体一起作为一个系统进行设计和改性，以期获得材料表面和基体本身都不可能具有的优异性能，其效益成本比是很高的。

根据材料科学与工程的四个要素，即成分和组织结构——制备和加工——性能——使用性能之间的关系，表面工程技术同样应是通过改变基体材料表面的化学成分或者采用某些工艺改变基体表面的组织结构并获得相应性能，以满足使用性能要求的工程技术。

具体说来，表面工程技术就是根据固体材料表面在具体使用环境中的失效机理和特殊性能要求，从各种表面改性技术、涂镀技术和薄膜技术等机械、物理或化学方法中，选取为经济、有效的工艺方法改变材料表面及近表面区的形态、化学成分、组织结构和应力状况，从而提高材料抵御环境的能力，或赋予材料表面具有机械、装饰、物理和某些特殊功能（如声、电、光、磁及其转换等功能）的系统工程技术。

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卡套式管接头作为一种重要的管路附件，是石油化工、轻工、医药、食品、机械等领域中广泛应用的零部件之一。卡套式管接头基本结构是由接头体、卡套、螺母三个基本零件组成（见图1和图2），而卡套作为管接头的关键零件，其结构、性能的优劣，直接影响管接头的性能和质量。装配时，在螺母的挤压力作用下，卡套沿接头体内锥轴向运动并产生变形，其刃口部分向内收缩切入钢管表壁，形成密封接头；同时卡套外锥向上拱起形成龟背，与接头体内锥紧密接触形成密封，属于刚性线密封。

对于不锈钢卡套式管接头，卡套用奥氏体不锈钢制造，但由于奥氏体不锈钢的硬度偏低(~230Hv)，在挤压力下，卡套首先发生塑性变形，卡套在不锈钢管的表面嵌入深度较浅，密封效果不好，往往一次装配合格率不会高于60%。目前国外进口的不锈钢卡套都是经过表面硬化处理，如美国的Swagelok公司和PARKER公司、日本JSK不锈卡套接头。Swagelok 公司是世界的卡套生产商，该公司利用LTCSS技术对奥氏体不锈钢卡套表面进行硬化处理，硬化前，卡套表面要先用HCl进行表面活化处理，去除不锈钢表面的钝化，然后进行470℃气体渗碳处理，整个处理周期长达几十个小时，以获得硬度600-1000HV、厚度大于25μm 的硬化层。

常用的预先热处理工艺有调质、淬火+回火、正火及退火。

①不锈钢硬化前的预先热处理一般采用淬火+回火，目的是为了消除加工应力和改善组织。对硬度要求不高的工件可采用退火处理。奥氏体不锈钢通常采用固溶处理。

②调质是结构钢常用的预先热处理工艺，调质的回火温度至少要比硬化温度高20～40℃。回火温度越高，工件硬度越低，基体组织中碳化物弥散度愈小。因此，回火温度应根据对基体性能和硬化层性能的要求综合确定。调质后理想的组织是细小均匀分布的索氏体组织，不允许存在粗大的索氏体组织，也不允许有较多的游离铁素体存在。

调质引起的脱碳对硬化层脆性和硬度影响很大，所以调质前的工件应留有足够的加工余量，以保证机械加工时能将脱碳层全部切除。对硬化后要求变形很小的工件，在精加工前（如精磨）还应进行一次或多次稳定化处理，处理温度应处于调质温度和硬化温度之间。调质后，若工件的硬度或金相组织不合格，允许返工。

③工、模具钢硬化前的预先热处理一般采用淬火+回火处理。

④正火预先热处理只适用于对心部强度和韧性要求不高的工件，正火时冷却速度不宜过慢。尺寸较大的工件不宜采用正火处理，因正火时过慢的冷却速度会产生粗大组织，硬化后表面硬度低且不均匀。正火后不合格的工件允许返工。

⑤球铁的预先热处理多采用正火处理。

⑥退火处理在钛合金中运用较多，结构钢中极少采用退火处理。38CrMoAl钢不允许采用退火处理，否则硬化层组织中易出现不利的针状化合物。

⑦对于经过变形（如冲压、锻造、机加工等）的工件，应进行去应力退火处理，以减少变形。

还需说明的是，正火时冷却速度不易过慢，调质时回火温度不应过高，保温时间不应太长。截面尺寸大的工件不易用正火态，而应调质处理，这是因为细小的原始组织比粗大的原始组织硬化后有更高的表面硬度及良好的硬度梯度。

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