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表面工程学复习资料

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1)表面淬火技术的特点:生产效率高,能耗小; 加热快,冷却快:组织细,硬度高;组织均匀性差(渗碳体来不及溶解和扩散); 表面组织细,硬度高,中部硬度低,韧性好。 2)感应加热淬火原理:将工件紧靠在有足够功率输出的感应圈附近,感应圈通电,在高频(中频)交流磁场的作用下(如果工件与线圈的间隙非常小)由于集肤效应,在工件表面产生很大的涡流,大小与线圈电流相等,方向相反。涡流产生热量,将工件表面加热迅速加热到淬火温度,并用冷却介质快速冷却,达到对工件表面淬火的目的。

3)感应加热淬火技术特点:效率高;变形小;深度可控;需要制作特定的线圈 电源功率大;“尖角”效应

4)火焰淬火原理:用火焰快速将工件表面加热到淬火温度,并快速冷却,使工

件表面得到淬火组织。控制参数:火焰大小、火焰与工件的相对距离和相对移动速度淬火深度:钢淬透性、加热深度和冷却条件等

5)火焰加热表面淬火优点:设备简单;操作灵活;操作简单;适用于各种形状的小批量零件或大型;零件的局部淬火;火焰加热表面淬火技术;缺点: 生产效率低;难以控制,需要丰富的经验; 淬火层的均匀性差;变形大

6)激光加热淬火技术加热原理:用激光束加热材料表面,使之迅速生高到相变温度以上,当激光束移开后表层自行快速冷却,并转变为马氏体。

7)激光加热的特点:能量密度高,加热速度快、温度高,且容易控制。

激光加热可有多种用途:(1)激光淬火:加热材料表面到相变点以上温度,自行快速冷却转变为马氏体。(2)激光重熔:加热材料表面使之熔化,表层快速冷却,形成白口组织或高硬度相。(3)激光非晶态处理:用激光束熔化材料表 面,然后快速冷却,形成非晶态组织

8)激光加热淬火技术优点:工件变形小;能量集中,热影响区小;加热深度和轨迹容易控制;适用于表面重熔,甚至可以熔化陶瓷;为了不使材料熔化,激光淬火时能量密度一般为1000~6000 J/cm2 。缺点:存在回火软化带,对要求大面积均匀硬化层的工件不利。

9)变形强化机理:塑性变形←位错运动→位错增殖→位错交结→强度提高塑性变形→马氏体相变→强度提高 。

10)渗碳:增碳活性气氛中,将工件加热到高温,低碳钢或低合金钢一般加热900~950℃,使碳原子渗入工件表面,形成高碳层。

11)渗碳优点:提高硬度和耐磨性的同时,心部能保持相当高的韧性,可承受冲击载荷,疲劳强度较高。缺点:处理温度高,工件畸变大。

12)热扩渗—定义:将工件放在特殊的介质(气体、液体或固体)中,使介质中的某一种或几种元素渗入工件表面,形成一定厚度的扩散层(或掺杂层),从而改变材料成分、组织和性能的方法。

13)渗碳优点—优点:提高硬度和耐磨性的同时,心部能保持相当高的韧性,可承受冲击载荷,疲劳强度较高。缺点:处理温度高,工件畸变大。

14)渗氮—优点:氮化层硬度高达950~1200Hv,耐磨性、疲劳强度、红硬性、抗咬合性能和减摩性能优于渗碳层。低温渗氮:500~600℃渗氮,工件变形小。 缺点:时间长,数十到上百小时。渗层薄(500μm),脆性高 15)离子渗氮工艺:辉光电压:保温阶段为500~700V电流密度:0.5~15 mA/cm2 。电流密度大,升温快,但易出现打弧。炉内真空度:266~533Pa。炉内压力太低,加热太慢;炉内压力太高,易出现打弧。渗氮气氛:液氮或氮氢混合气。液氮使用简单,但渗层脆性大;体积比为1:3的氮氢混合气可改善渗层性能。调整氮氢混合气的氮势,可控制渗层相组成。

16)热喷涂技术:采用气体、液体燃料或电弧、等离子弧、激光等作热源,使金属、合金、金属陶瓷、氧化物、碳化物以及它们的复合材料加热到熔融或半熔融状态,通过高速气流使其雾化,并喷射到经过预处理的工件表面,形成附着牢固的表面层的加工方法。

17)涂层结构:由无数变形粒子互相交错呈波浪式堆叠在一起的层状组织结构 18)涂层结构特点:涂层是层状结构,是一层一层堆积而成;涂层的性能具有方向性,垂直和平行涂层方向上的性能是不一致的;部分孔隙或空洞,其孔隙率一般在4%~20%之间,涂层中伴有氧化物和夹杂;涂层经适当处理后,结构会发生变化(如重熔)。

19)涂层结合机理:涂层的结合包括涂层与基体表面的结合和涂层内部的结合。 结合力:涂层与基体表面的结合强度。内聚力:涂层内部的结合强度。

20)涂层机械结合机理:碰撞成扁平状,与凹凸不平的表面互相嵌合,形成机械钉扎而结合。涂层与基体的结合以机械结合为主。机械结合为主的结合决定了热喷涂的结合强度较。2)冶金—化学结合:喷涂热量、撞击能量和放热反应,使表面局部产生高温,使涂层和基体表面局部出现扩散和焊合,形成冶金结合。结合面上的金属间化合物或固溶体为冶金结合的产物。重熔或喷焊时,喷焊层与基体的结合主要是冶金结合。3)物理结合:颗粒对基体表面的紧密结合,形成范德华力或次价键形成的结合。4)主要热喷涂方法和特性:不同的方法,适用于不同的材料;不同的材料,选择不同的方法。主要取决于材料的熔点和氧化特性。电喷涂:适用于金属材料或金属基复合材料。气喷涂:可以喷金属也可以喷陶瓷。火焰喷涂喷金属,HVOF喷金属陶瓷,等离子喷涂喷氧化物陶瓷。

21)热喷涂特点:(1)适用范围广:涂层可以是金属、非金属以及复合材料。工件也可以是金属和非金属;(2)工艺灵活施工对象小到10mm内孔,大到铁塔、桥梁等大型结构。既可在整体表面,也可在指定区域内涂敷。既可在真空或控制气氛中喷涂活性材料,也可在野外现场作业;(3)工件受热少:例如氧--乙炔焰喷涂、等离子喷涂或爆炸喷涂,工件受热程度均不超过250℃,工件不会发生畸变,不改变工件的金相组织;(4)生产效率高大多数工艺方法的生产率可达到每小时喷涂数千克喷涂材料,有些工艺方法可高达50kg/h以上;(5)缺点: 热效率等,能耗高;材料利用率低,浪费大;涂层结合强度低。

22)喷涂后处理:封闭气孔一般采用有机涂料进行涂覆处理,涂层需封孔时,根据使用状态选择封孔剂.石蜡,树脂。自熔性合金镀层的熔化处理:将B,Si等元素加入到喷涂材料中,这些元素在喷涂过程中高温时发生氧化或与金属作用形成熔渣,涂覆在最表面;另一方面,发生的反应是放热反应,使基体表面一薄层熔化,涂层与基体达到冶金结合。熔化处理采用的加热热源一般为火焰加热和高频感应 加热等。精加工:经过喷涂的表面一般厚度不均匀,表面粗糙度高,需 要进行精加工,如车削或磨削等。

23)火焰喷涂优点:设备简单,操作方便,可携带到现场施工。沉积效率高,生产成本低。既可以喷粉末,也可以喷丝材(熔点高的金属不能用丝材);缺点: 涂层含氧量高。为了提高涂层与基体的结合力,先喷涂后重熔。焰火温度低,不适用于喷陶瓷材料。

24)电弧喷涂工艺特点:一般只能喷具有导电性能的金属丝材,用超音速电弧喷涂设备也可以喷金属基陶瓷复合材料。生产效率高,成本低。涂层比火焰喷涂致密,可达70%-90%的理论密度。结合强度达10Mpa-40Mpa。

25)等离子喷涂工艺原理:利用等离子焰流,即非转移等离子弧作热源,将喷涂材料加热到熔融或高塑性状态,在高速等离子焰流引导下高速撞击工件表面,并沉积在经过粗糙处理的工件表面形成涂层。特点:优点:火焰温度高,几乎可以喷任何固体材料,特别适用于喷氧化物陶瓷。缺点:喷低熔点材料不如其他方法。 27)堆焊:在金属材料或零件表面熔焊上耐磨、耐蚀等特殊性能的金属层的一种工艺方法。2)堆焊特点+应用:采用堆焊修复已失去精度或表面破损的零件,可节省材料、费用、工时,延长零件使用寿命;堆焊层的特殊性能可提高零件表面耐磨、耐热、耐蚀等性能,发挥材料的综合性能和工作潜力;具有明显的异种金属焊接特点,可制造双金属零部件,对焊接工艺及其参数要求较高。

29)电镀:电镀是将工件作为阴极,放在含有欲镀金属的盐类溶液中,通过电解

作用,使镀液中欲镀金属的阳离子在工件表面沉积,形成镀层的一种表面加工方法。2)工艺特点:电镀工艺设备较简单,操作条件易于控制,镀层材料广泛,成本较低,因而在工业中广泛应用,是材料表面处理的重要方法。电镀最大的问题是污染。镀层的特点:(1)与基体结合牢固,附着力好;(2)完整,洁净致密,孔隙少;(3)厚度分布均匀 30)

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