沈抚新区金属表面硬化处理-金属表面硬化处理方案

结构材料和工具材料的主要任务是保证其所制成的机械零件或工具在的工作条件下和的期限内能可靠地服役而不发生失效。断裂、腐蚀和磨损是金属材料制件的三种主要失效形式，据美国20世纪90年代初估算，这三种失效形式造成的经济损失达3000多亿美元，约占国民生成总值（GNP）的10%。三种失效形式所占比例相差不多，都超过GNP的3%，其中腐蚀所造成的经济损失。我国也不例外，仅冶金矿山、农机、煤矿、电力和建材等部门的不完全统计，由于机件与材料抗磨损寿命低，每年因磨损报废或更换的备件达100多万吨，价值约20亿人民币。近年来，我国由国外引进近1000亿美元的机械装置，每年因磨损失效需要补充或更换的备件近10亿美元。原国家科委对金属腐蚀情况做过调查，每年损失达100～200亿元人民币。如果考虑金属磨损、腐蚀造成的事故及维修等间接损失，其数值将相当可观。除磨损和腐蚀之外，疲劳断裂也往往是从受力的表面开始逐渐向内部发展的。因此，采用表面强化技术，提高机械零件的耐磨性和抗蚀性，从而提高机电产品质量、节省材料、节省能源，对于国民经济的可持续发展有十分重要的意义。

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现代工业和科学技术的发展，对机电产品的自动化、小型化、可靠性、耐久性的要求越来越高，零部件的服役条件也越来越恶劣。工作在高速、高载荷、高温高腐蚀环境下的零部件对材料表面使用性能的要求也就更苛刻。而在许多情况下，很难有同时能满足基体和表面性能要求且经济性好的材料。在这方面，表面强化技术正显示其重要地位和作用。例如，宇宙飞船、洲际的飞行速度达几十倍音速，其外部构件与大气层摩擦产生的热量会使其外部构件的温度达4000～5000℃以上，几乎所有金属与合金都不能承受如此高温，只能依靠某些陶瓷材料，如氧化锆等隔热防火涂层。这些涂层可以降低基体温度，保护基体材料不致软化，保持足够的强韧性。合金钢有很好的强韧性，但硬度不是很高；陶瓷虽然有很高的硬度、红硬性、耐磨性，但脆性大。高速钢钻头、铣刀等刃具表面可以用气相沉积法获得几微米厚的TiN覆层，可提高使用寿命几倍，而且TiN色泽金黄，有很好的装饰作用。铝硅合金铸造性好、密度小、重量轻，很适宜制造汽车零件，其缺点是硬度低、耐磨性较差。Al-Si合金经激光加热表面Ni－Cr合金化后，耐磨性比原材料提高3倍左右，使铝合金活塞的使用寿命提高2倍以上。在有些情况下，即使采用比较经济的、简单可行的表面强化技术，同样也能收到较好的效果，如硬质合金拉丝模，采用化学热处理渗硼后，与未处理的模具比较，拉低碳钢丝使用寿命可以提高7倍，拉高碳钢丝使用寿命可以提高2倍。

表面热处理是只加热模具表层，以改变其表层力学性能的金属热处理工艺。经处理后的工件，内部的组织和性能不发生改变，整体仍具有良好的塑性和韧性，而表面确可达到较高的硬度、耐磨性，模具的抗疲劳强度、抗腐蚀性和抗咬合性、冲击能力均得到提高。

模具表面强化处理工艺分为表面淬火和化学热处理两大种类。根据加热方法不同，表面淬火又可分为感应加热（高频、中频、低频）表面淬火、火焰加热表面淬火、激光加热表面淬火、电接触加热表面淬火、电解液加热表面淬火等。模具加工应用多的为火焰加热表面淬火。根据渗入元素的不同，化学热处理可分为氮化法（QPQ处理盐浴氮化l）、电火花表面强化法、渗硼法、渗碳法、TD法（TD处理）、CVD法、PVD法（HKS-G处理）、渗硅、碳氮共渗、铝铬共渗等。

TD热处理（热扩散法碳化物覆层处理）：将工件置于添加有扩散元素的硼砂浴中，在工件表面形成V、Nb、Cr、Ti等碳化物覆层，通过高温扩散作用于工件表面，形成一层5～15μm的金属碳化物覆层，该覆层具有极高的硬度（Hv可达2500～3600左右）和耐磨性。

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