沈抚新区金属表面硬化处理-金属表面硬化处理案例

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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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。

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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