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1、表面改性熱處理技術(shù)進展潘鄰(武漢材料保護研究所,湖北武漢430030)摘要:本文介紹了近年來在表面改性熱處理領(lǐng)域發(fā)展較快的幾項技術(shù),論述了它們的技術(shù)特點及發(fā)展前景,以期達到宣傳新技術(shù)、推動表面改性熱處理技術(shù)發(fā)展的目的。關(guān)鍵詞:表面改性:熱處理;進展ProgressofTechnologiesofSurfaceModificationHeat-treatmentPANLin(WuhanResearchInstituteofMaterialsProtection,HubeiWuhan430030,China)Abstr
2、act:Somenewtechnologiesforsurfacemodificationheat—treatmentwereintroducedandtheirtechnicalfeaturesandprospectswerereviewedinthispaper.Theeffectforpropagatingnewtechnologyandpromotingprogressofsurfacemodificationheat-treatmentwasexpected.Keywords:surfacemodific
3、ation;heat-treatment;progress構(gòu)成各種機械的單元是零件,任何材料的優(yōu)劣都將從零件的使用壽命上體現(xiàn)出來,特別是最直接參加工作的零件表面。據(jù)統(tǒng)計,機械產(chǎn)品中80%以上的零件的報廢是由于表面失效造成的,而真正因整體強度不足產(chǎn)生斷裂或變形的零件失效所占的比例很小(事實上,許多零件發(fā)生破裂,其裂紋也首先是從表面產(chǎn)生的)。因此,提高材料的表面耐磨性、耐蝕性及強度,是延長零部件使用壽命、合理配置性能、保證系統(tǒng)穩(wěn)定性以及減少優(yōu)質(zhì)材料消耗的關(guān)鍵。采用熱處理方法對材料表面進行改性處理,是提高工件表面性能的有
4、效手段。表面改性熱處理技術(shù)歷史悠久,工藝方法很多,既有非常傳統(tǒng)的滲碳、滲氮,也有近年來發(fā)展很快的高能束表面改性技術(shù),與其他的一些表面工程技術(shù)很難嚴(yán)格區(qū)分。從熱處理的角度來看,表面改性熱處理應(yīng)具備基體材料溫度升高和組織結(jié)構(gòu)變化這些基本特點。因此,表面改性熱處理可分為表面相變熱處理和化學(xué)熱處理兩大類。本文擬就近年來一些表面改性熱處理技術(shù)的發(fā)展特點或前景較好的表面改性熱處理新技術(shù)作一簡單介紹。1.感應(yīng)加熱淬火技術(shù)nql隨著熱處理的環(huán)保要求日益嚴(yán)格,采用鹽浴爐進行加熱的場合將會越來越少,進而被真空爐、氣氛加熱爐以及流動粒子
5、爐等代替,表面感應(yīng)加熱也會顯現(xiàn)出更大的優(yōu)越性,是一個重要的發(fā)展方向。除了各類淬火機床廣泛采用先進的傳動系統(tǒng)和控制技術(shù)之外,感應(yīng)加熱淬火近年來的發(fā)展主要表現(xiàn)圖1縱向感應(yīng)加熱的環(huán)線形感應(yīng)器與工件Fig.iTheannular-lineinducedimplementforinducedheatingandworkpiece在感應(yīng)加熱電源方面。過去長期采用的效率較低(70%~80%)的中頻發(fā)電機電源已逐漸淘汰,代之以頻率達lkHz~8kHz的晶體管電源;目前,又有IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)電源大量出現(xiàn),其節(jié)能效果優(yōu)于
6、晶體管電源,已部分取代前者用于工業(yè)生產(chǎn)。國內(nèi)最大的IGBT電源已達250kW、50kHz,國外已有600kW、100kHz的電源商品生產(chǎn)。另一方面,原有的電子管高頻振蕩電源正由MOSFET(場效應(yīng)晶體管)電源及SIT(靜電感應(yīng)晶體管)電源所替代,國產(chǎn)電源可達300kW、200300kHz,發(fā)達國家已有500kW、300kHz的產(chǎn)品問世。MOSFET及SIT全固態(tài)電源與電子管高頻振蕩式電源相比,具有電源體積小、效率高、控制方《金屬熱處理》2005年第30卷增刊23便、使用壽命長、安全性高等突出特點,發(fā)展前景看好。電磁
7、場在材料內(nèi)部的分布,直接影響到工件的加熱效果,進而影響性能。由于工件形狀各異,感應(yīng)器的設(shè)計、制造以及加熱參數(shù)的選擇一直采用理論計算加上經(jīng)驗估計、然后進行試驗驗證的方式確定,其效率低,隨意性大,效果也難以保證。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)在人們已開始進行感應(yīng)加熱計算機模擬技術(shù)的研究,通過計算機模擬確定感應(yīng)器的結(jié)構(gòu),并計算出加熱效率,如美國的CIT公司已開發(fā)出商業(yè)化的感應(yīng)加熱計算機模擬軟件。在感應(yīng)加熱淬火工藝上,縱向旋轉(zhuǎn)感應(yīng)加熱淬火技術(shù)是一個新的亮點。對如圖1所示的“T”形變截面軸類工件,過去常用環(huán)形感應(yīng)器進行連續(xù)加熱表面
8、淬火,此時渦流在軸的表面呈環(huán)形流動,當(dāng)加熱到軸的臺階時,由于受磁場偏移的影響,不能得到均勻加熱表面,進而造成淬硬層中斷,易出現(xiàn)工件早期斷裂。采用矩形感應(yīng)器縱向加熱,感應(yīng)器導(dǎo)體內(nèi)電流走向與軸線平行,形成的磁場與軸線垂直(橫向磁場),當(dāng)工件旋轉(zhuǎn)后,整個表面得以加熱,即使對階梯、凸緣、切槽、圓角等部位,均不會出現(xiàn)淬火軟帶,而且,采用這種工藝可大幅度提高工作效率、降