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manbetx998的表面强化工艺及应用分析

来源:至德钢业 日期:2020-10-07 18:11:00 人气:45

 manbetx998表面强化是近些年来国内外学者广泛研究和应用的工艺之一。表面强化一般使用各种物理、机械或化学的方法,改变材料表层的相组成和结构的一种方法,从而提高材料表面的综合力学性能。其强化效果显著,成本低廉。manbetx998的表面强化技术主要包括:


 1. 表面形变强化技术:喷丸强化、挤压强化等。


 2. 表面扩渗技术:渗氮、渗碳、碳氮共渗等。


 3. 表面覆层技术:喷涂、物理和化学气相沉积等


一、manbetx998表层形变强化


 表面形变强化处理通常是在外力的重复作用下,材料表面通过不同方向产生反复的塑性变形,从而细化材料表面的粗晶组织。同时也在材料表面产生高密度位错和残余应力,从而产生强化效果。目前材料形变强化的主要方法有超声喷丸、激光冲击强化、等通道角挤、以及表面机械研磨等。


 超声喷丸技术过程是将超声波发生器发出的20 Hz左右的电动振动信号转换为机械振动,幅值再经变幅杆放大后传递给振动工具头,从而推动放置在喷丸室的弹丸快速高频的撞击要处理的工件,从而达到表面强化的效果。常见的超声喷丸装置示意图所示。目前,超声喷丸技术已经成功地在manbetx998,铁,镍,等合金和金属表面,从而制备出工件材料表面的超细晶强化结构。但超声喷丸技术并未改变对冲击弹丸技术的需求,且由于自身的特点限制其在一些加工场合的运用。


 激光冲击技术是在20世纪60年代有Fairand和Clauer提出的,最初应用于航空工业上来抑制疲劳裂纹的产生。激光冲击技术是利用高功率、高密度激光束辐射材料表面,在材料表面产生的高温、高密度等离子体喷射爆炸形成冲击应力波,然后给材料造成一个塑性变形层,塑性变形层中的高密度位错和残余应力能抑制材料疲劳裂纹的萌生和发展,延长其抗疲劳寿命。目前激光冲击技术主要用来提高manbetx998及金属的耐疲劳、耐腐蚀性。


 等通道角挤压技术是20纪80年代初由Segal等研究显微组织结构和织构时,为了获得纯剪切应变而研发的一种大塑性变形方法。等通道角挤压技术原理是,原始棒材(直径小于20 mm,长度在70~100 mm之间)在设有一定角度的管道中发生剪切变形,使变形过的式样旋转一定角度(0°,90°,180°)再次压入管道中,从而使变形在不同的滑移面、滑移方向上重复发生。这样经过数次变形,可制造出块状致密的超细结构材料。目前ECAP技术已经成功地应用于铁、铜、镍、钛和manbetx998等金属及其合金的细晶强化。


 机械研磨技术是新发展起来的新型工艺,通过严重塑性变形使粗晶式样表层晶粒细化,达到纳米级别结构的强化工艺。它一般包含两部分:盛放弹丸和振动发生器以及固定样品的容器。振动发生器振动频率的范围是50HZ-20Hz。表面机械研磨技术已经在多种金属和合金中实现了表面机械纳米化结构,如镁、铁、镍、铜和manbetx998等金属及其它合金。


 以上介绍的这些形变强化各有优缺点,另外关于不同材料或者相同材料经过不同方法的形变强化处理后的耐腐蚀性能的变化情况,研究者对于研究结构存在很大的分歧。manbetx998本身的“不锈性”主要是由于其自身表面的钝化膜即富铬氧化膜引起的,同时也受外界的腐蚀介质、manbetx998的粗糙度、表面成分及围观组织的影响。因此不同的形变强化工艺会导致manbetx998耐腐蚀性能的不断变化。


二、manbetx998离子渗氮强化


 化学热处理是将元素渗入零件表层,即是将被渗零件放置于含有活性介质的被渗元素氛围中,通过不断改变温度、压力和渗入时间等条件使零件表层渗入被渗元素,获得一定厚度渗层和理想的组织结构及性能的一种热处理工艺。其基本原理是固态扩散。一般零件的失效和破坏都是从零件的表面开始的,因此为了延长零件的使用寿命,改善其表面的组织和提高其力学性能一直是学者研究的焦点。这也使得化学热处理工艺的应用越来越广泛,同时使得表面化学热处理工艺有了更多开发的可能性。目前渗扩中的离子渗氮技术由于相对的诸多优点被广泛的应用。渗氮,是在一定的介质中一定的温度下使氮原子渗入工件表面层的一种化学热处理工艺。从六十年代开始,渗氮技术开始应用在工业上,目前已经发展为条件相对成熟的一种化学热处理工艺,一般使用的是含有铬、锰、铜、铝等合金元素的钢材即为渗氮材料,也就是通常所说的“渗氮钢”。传统的渗氮工艺渗氮周期长,渗氮层厚度难以掌握。为了克服传统工艺的缺点,学者们也日渐发明了不少新型的工艺方法,比如,利用利用辉光放电原理,优点是它可以用氮气代替氨气进行渗氮,称为离子渗氮。辉光离子渗氮又叫离子渗氮,是一种在小于一个标准大气压的渗氮气氛中,利用工件阳极和阴极之间的稀薄含氮气体产生的辉光放电对金属零件表面层进行强化渗氮的一种化学热处理工艺。M.Frarady在1835年发现了低压气放电的现象,德国的Franz.skaupy在1920年发现在惰性气体气氛中能用辉光放电加热金属工件。Berghaus和美国J.Egan在1930年先后提出了在气体放电的过程中进行钢铁离子渗氮的方案并且取得了专利,但由于当时怎样在大电流辉光放电条件下获得稳定工作的难题未能解决,致使这种方案在发明后的30多年时间里一直未能投入到工业生产中。一直到20世纪五六十年代,随着半导体、等离子体物理和电子技术的迅速发展以及不断渗入发展的离子渗氮技术的研发,再加上灭弧技术和阴极输电结构等难题的突破,离子渗氮技术日渐成熟,同时也使得离子渗氮工艺在工业上的应用有了可能性。1963年美国通用电器公司开始把离子渗氮技术应用在大重型动力机械零配件上。1967年原联邦德国克罗克诺尔离子工程有限公司也开始对离子渗氮技术进行专业规划生产,并对大规模的工艺与设备进行了可行性研究。从70年代开始,中国、前苏联、日本、荷兰、德国、瑞士等国家也开始对离子渗氮技术进行研发与应用。80年代以后,离子渗氮技术就有了更广阔的应用空间和发展空间,多样性的化学热处理工艺及各种先进的设备也为离子渗氮工艺的发展提供了更大的发展空间。主要发展方向是朝着更新离子渗氮技术的工艺设备,改善微机操控技术,扩大应用领域,在可靠性分析技术和人工智能的基础上,使渗氮温度、流量、压力、成分、密度、功率等工艺参数的程序优化和自动控制得以实现,从而更进一步的提高产品质量,降低消耗。从l971年后,我国的某些科研单位、院校和一些工厂陆续开始先后投入人力物力财力,对离子渗氮工艺进行各方面的研发和运用。改革开放以来,由于manbetx998的重组和市场需求的需要,在我国也逐渐形成了一些拥有离子渗氮生产设备的生产厂,与此同时也有了引进国外先进技术和资本的合资公司,所有的这些举措都促进了我国离子渗氮技术工艺的发展。目前,离子渗氮设备技术已经引入了计算机控制技术,使自动控制和工艺参数的优化过程得以实现,同时研究开发了双层辉光离子渗氮炉和脉冲电源离子渗氮炉,从而起到节材、节能、高效的作用。目前在我国有在20~1000KW之间的各种型号的离子渗氮炉近千台。与普通的气体渗氮相比,辉光离子渗氮技术工艺的特点是:可适当缩短渗氮周期;渗氮层脆性小;可节约能源和氨的消耗量;可把不需要渗氮的部分屏蔽起来,实现局部渗氮;离子轰击有净化manbetx998的表面作用,能去除工件表面钝化膜,使manbetx998零部件直接渗氮;还可以控制渗氮层厚度和组织。离子渗氮技术发展迅速,已经在manbetx998、结构钢、耐热钢、工模具钢、铸铁以及粉末冶金材料中得到广泛的应用,现从黑色金属往有色金属渗氮发展,并向烧结金属材料推进。尤其是在在钛合金渗氮中取得较好的效果。另外在表面改性领域中这一块,在一定的范围领域内也开始了与镀铬工艺、等离子喷涂技术等的角逐。离子渗氮技术由于其本身的诸多优点也越来越受到学者们的重视。


众所周知,铁素体manbetx998由于富含铬元素而有很好的抗腐蚀性,因此广泛用于海洋、化学、食品、发电、煤矿等工业领域,但它强度和硬度较低,耐摩擦和磨损性能不好。所以多数manbetx998零部件,由于表面严重磨损而过早失效,因此如何提高其表面耐磨性和硬度一直是铁素体manbetx998表面强化的研究焦点。然而,在大多数情况下是在表面硬度提高的同时其耐腐蚀性能也随着下降。氮化处理是改善铁素体manbetx998的摩擦性能相对广泛应用的表面工程技术。由于manbetx998中富含强氮化物元素铬,因此,通过在氮化层中铬氮化物的析出会使manbetx998表面产生硬的表化层。但是,也真正是由于其表面氧化层(如CrN2)的存在,因此在相对较低的温度下的常规气体很难渗氮,氮气难于传输。在NH3气氛中,为了获得均匀的氮化层,在低于600℃下的条件下进行气体氮化时,氮化前须实施各种预处理措施,例如用酸法除去氧化层等。但在离子氮的过程中,由于有比较强的阴极溅射作用,能有效地除去manbetx998表面的氧化层,所以,在低于400℃时,氮气也能较有效地传输。以下是manbetx998离子渗氮的优点:


  1. 因为manbetx998表面通常会形成一层极致密的氧化钝化膜,这层钝化膜不仅坚固,而且能在很大程度上阻碍被渗元素的进入。在离子渗氮的过程中,由于会以拥有高速能势的等离子体连续不断轰击工件表面层和由此引起的溅射效应可全面地打破manbetx998表面的氧化钝化膜和在渗氮的过程中再次引起的钝化膜,从而能使金属亚表层活化,这样对与离子渗氮过程就更容易进行和实现。


  2. 离子渗氮不但能够使得工件表层硬度高,而且还能增大硬化层的厚度,因此能够得到更好的致密层。致密结实的渗层是获得高耐磨性的基础,有研究发现,在耐磨性方面,离子渗氮的零部件比气体渗氮的零部件耐磨性高1倍,且渗层梯度相对较平缓,与基体部分无明显界限,离子渗氮一般可在500~550℃下进行,且离子渗氮速度更快。


  3. 离子渗氮的温度低速度快,所以比气体渗氮的零件的耐蚀性、光洁度好,另外渗氮后单位面积增量形变小,不大于0.02ram,比气体渗氮的小1倍,所以一般把其作为加工精密零部件的最后一道工序。


  4. 离子渗氮可以采用掩盖的方法对零部件进行局部离子渗氮,使得未渗氮的零部件表面仍保持原有的性能。


  5. 离子渗氮可以相对较好的控制渗氮层组织结构,可通过添加催渗剂来改善渗氮效果。研究结果表明,采用稀土元素、丙酮、钛、和其它活化剂共渗,渗氮速度有很大提高。


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