【正文】 ? 目前離子注入在微電子技術(shù)、生物工程、宇航及醫(yī) 療等高技術(shù)領(lǐng)域獲得了比較廣泛的應(yīng)用，尤其在工具和模具制造工業(yè)的應(yīng)用效果突出。 離子注入航空液壓泵配流盤 離子注入設(shè)備 ? 離子注入的特點(diǎn)是： ? 可注入任何元素， 不受固溶度和熱平衡的限制； ? 注入溫度可控， 不氧化、不變形； ? 注入層厚度可控， 注入元素分布均勻； ? 注入層與基體結(jié)合牢固， 無明顯界面； ? 可同時注入多種元素，也可獲得兩層或兩層以上性能不同的復(fù)合層。 ? ③因需要真空條件，故零件的尺寸受到限制。 電子束表面改性裝置 ? 電子束表面改性技術(shù) ? 與激光束表面改性技術(shù)相比，電子束表面改性技術(shù)還具有以下特點(diǎn) : ? ① 由于電子束具有更高的能量密度， 所以加熱的尺寸范圍和深度更大。 ? 除所使用的熱源不同 外，電子束表面改性技術(shù)與激光束表面改性技術(shù)的原理和工藝基本類似。 ? 已成功用于發(fā)動機(jī)閥座和活塞環(huán)、渦輪葉片等零件的性能和壽命的改善。 ? 已廣泛用于發(fā)動機(jī)缸套、滾動軸承圈、機(jī)床導(dǎo)軌、冷作模具等。 當(dāng)激 ? 光輻射停止后，由于散熱速度快，又會產(chǎn)生“自激冷”。 ? 束流技術(shù)還具有能量利用率高、工件變形小、生產(chǎn)效率高等特點(diǎn)。 經(jīng) CVD處理的模具 經(jīng) CVD處理的活塞環(huán) 三、三束表面改性技術(shù) ? 三束表面改性技術(shù) 是指將 激光束 、 電子束 和 離子束(合稱“三束” )等具有高能量密度的能源 (一般大于103W/cm2)施加到材料表面，使之發(fā)生物理、化學(xué)變化，以獲得特殊表面性能的技術(shù)。 例如，氣態(tài)的 TiCl4與N2和 H2在受熱鋼的表面反應(yīng)生成 TiN，并沉積在鋼的表面形成耐磨抗蝕的沉積層。 ? 廣泛用于機(jī)械、航空航天、電子、光學(xué)和輕工業(yè)等 離子鍍產(chǎn)品 領(lǐng)域制備耐磨、耐蝕、耐熱、導(dǎo)電、絕緣、光學(xué)、磁性、壓電、滑潤、超導(dǎo)等薄膜。 濺射鍍示意圖 磁控濺射鍍膜機(jī) 磁控濺射鍍 Al的塑料制品 ? 離子鍍 是在真空下利用氣體放電技術(shù)，將蒸發(fā)的原子部分電離成離子，與同時產(chǎn)生的大量高能中性粒 多弧離子鍍膜機(jī) 子一起沉積到工件表面成膜的方法。 磁控濺射鍍膜設(shè)備 ? 真空蒸鍍 是蒸發(fā)成膜材料使其汽化或升華沉積到工件表面形成薄膜的方法。 物理氣相沉積 TiAl靶 ? 物理氣相沉積（ PVD） ? 物理氣相沉積 是指在真空條件下，用物理的方法， 使材料汽化成原子、分子或電離成離子，并通過氣相過程，在材料表面沉積一層薄膜的技術(shù)。 熱噴涂 二、氣相沉積技術(shù) ? 氣相沉積技術(shù) 是指將含有沉積元素的氣相物質(zhì)，通過物理或化學(xué)的方法沉積在材料表面形成薄膜的一種新型鍍膜技術(shù)。 ? ② 電弧噴涂 : 絲狀噴涂材料作為自耗電極、電弧作為熱源的噴涂方法 ? ③ 等離子噴涂 : 是一種利用等離子弧作為熱源進(jìn)行噴涂的方法。 ? 噴涂層與基體之間以及噴涂層中顆粒之間主要 熱噴涂層組織 是通過鑲嵌、咬合、填塞等機(jī)械形式連接的，其次是微區(qū)冶金結(jié)合及化學(xué)鍵結(jié)合。 ? 廣泛用于包括航空航天、原子能、電子等尖端技術(shù)在內(nèi)的幾乎所有領(lǐng)域。 全方位離子注入與沉積設(shè)備 一、熱噴涂技術(shù) ? 將熱噴涂材料加熱至熔化或半熔化狀態(tài)，用高壓氣流使其霧化并噴射于工件表面形成涂層的工藝稱為熱噴涂 。如儀表的小軸、輕載齒輪及重要的曲軸等。 ? 氮化的缺點(diǎn)： 工藝復(fù)雜，成本高，氮化層薄。 ? ⑷ 耐蝕性好。 氮化層組織 38CrMoAl氮化層硬度 ? ⑶ 工件變形小。 ? ⑵ 疲勞強(qiáng)度高。與氣體氮化相比，氮化時間短，氮化層脆性小。 ? 氣體氮化法與氣體滲碳法類似，滲劑為氨。 ? 氮化溫度 為 500570℃ ? 氮化層厚度 不超過 。 ? 氮化用鋼 井式氣體氮化爐 ? 為含 Cr、 Mo、 Al、 Ti、 V的中碳鋼。 滲碳后的熱處理示意圖 ? 常用方法是滲碳緩冷后，重新加熱到 Ac1+3050℃ 淬火 +低溫回火。 滲碳后的熱處理示意圖 ? ⑵ 一次淬火法 ：即滲碳緩冷后重新加熱淬火。 ? 滲碳后的熱處理 ? 淬火 +低溫回火 , 回火溫度為 160180℃ 。 心部為 F+P。 低碳鋼滲碳緩冷后的組織 ? 滲碳層表面含碳量：以 . 05為最好。 真空滲碳爐 ? 滲碳溫度 ： 為 900950℃ 。 ? ⑶ 真空滲碳法 ? 將工件放入真空滲碳爐中，抽真空后通入滲碳?xì)怏w加熱滲碳。 ? 滲劑為木炭。 ? 優(yōu)點(diǎn) : 質(zhì)量好 , 效率高； 缺點(diǎn) : 滲層成分與深度不易控制。 經(jīng)滲碳的機(jī)車從動齒輪 氣體滲碳法示意圖 ? 滲碳方法 ? ⑴ 氣體滲碳法 ? 將工件放入密封爐內(nèi)，在高溫滲碳?xì)夥罩袧B碳。 ? 滲碳用鋼 ? 為含 %C的低碳鋼。 氮化擴(kuò)散層 二、 鋼的滲碳 是指向鋼的表面滲入碳原子的過程。 ? 如： 滲碳 CH4→2H 2+[C] 氮化 2NH3→3H 2+2[N] ? 工件表面的吸收 : 活性原子向固溶體溶解或與鋼中某些元素形成化合物。 ? 根據(jù)滲入的元素不同，化學(xué)熱處理可分為滲碳、氮化、多元共滲、滲其他元素等。 ? 與表面淬火相比，化學(xué)熱處理不僅改變鋼的表層組織，還改變其化學(xué)成分。 效率高，質(zhì)量好。 成本低，但質(zhì)量不易控制。 高頻感應(yīng)加熱表面淬火 ? 感應(yīng)加熱分為： ? ① 高頻感應(yīng)加熱 頻率為 250300KHz，淬硬層深度 傳動軸連續(xù)淬火感應(yīng)器 感應(yīng)加熱表面淬火齒輪的截面圖 ? ② 中頻感應(yīng)加熱 頻 率 為 25008000Hz， 淬硬層深度 210mm。 ? 表面淬火 +低溫回火后的組織 ? 表層組織為 M回 ；心部組織為 S回 (調(diào)質(zhì) )或 F+S(正火 )。 回火索氏體 索氏體 ? 表面淬火后的回火 ? 采用低溫回火 ，溫度不高于 200℃ 。 ? 前者性能高，用于要求高的重要件，后者用于要求不高的普通件。 ? 含碳量過高，心部韌性下降 ； ? ⑵ 鑄鐵 提高其表面耐磨性。 軸的感應(yīng)加熱表面淬火 ? 表面淬火用材料 ? ⑴ %C的中碳鋼。即 表硬里韌 。 火焰加熱 感應(yīng)加熱 ? 表面淬火目的： ? ① 使表面具有高的硬度、耐磨性和疲勞極限 。 在保留高硬度、高耐磨性的同時，降低內(nèi)應(yīng)力 。 應(yīng)用 獲得良好的綜合力學(xué)性能，即在保持較高的強(qiáng)度同時，具有良好的塑性和韌性。也可作為要求較高精密件、量具等預(yù)備熱處理。 四、回火種類 ? 根據(jù)鋼的回火溫度范圍，可將回火分為三類。 ? ⑵ 加入合金元素 W (約 1%)、 Mo(約 %)。 是指淬火鋼在 500650℃ 范圍內(nèi)回火后緩冷時出現(xiàn)的脆性 . 回火后快冷不出現(xiàn)，是可逆的。 ? 回火時應(yīng)避開這一溫度范圍。 是指淬火鋼在 250350℃ 回火時出現(xiàn)的脆性。 ? 在某些溫度范圍內(nèi)回火時，會出現(xiàn)沖擊韌性下降的現(xiàn)象，稱 回火脆性 。 ? 大于 300℃ ,由于Fe3C粗化，馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體 ,硬度直線下降。 ? 200℃ 以下，由于馬氏體中碳化物的彌散析出，鋼的硬度并不下降，高碳鋼硬度甚至略有提高。 ? 450℃ 以上鐵素體發(fā)生多邊形化，由針片狀變?yōu)槎噙呅?. ? 這種在多邊形鐵素體基體上分布著顆 粒狀 Fe3C的組織稱 回火索氏體 ，用 S回 表示。 ? 發(fā)生于 250400℃ ，此時， ?碳化物溶解于 F中，并從鐵素體中析出 Fe3C。 ? 殘余奧氏體分解 ? 200300℃ 時 , 由于馬氏體分解，奧氏體所受的壓力下降 , Ms 上升， A’ 分解 為 ? 碳化物 和過飽和鐵素體，即 M回 。 ? ? %C 時，不析出碳化物。 析出的碳化物以細(xì)片狀分布在馬氏體基體上，這種組織稱回火馬氏體 ， 用 M回 表示。 網(wǎng)帶式回火電爐 ? ㈠ 回火時組織轉(zhuǎn)變 ? 馬氏體的分解 ? ?100℃ 回火時，鋼的組織無變化。 二、 鋼在回火時的轉(zhuǎn)變 ? 淬火鋼回火時的組織轉(zhuǎn)變主要發(fā)生在加熱階段。 ? 未經(jīng)淬火的鋼回火無意義 ，而淬火鋼不回火在放臵使用過程中易變形或開裂。回火可使 M與 A’轉(zhuǎn)變?yōu)槠胶饣蚪咏胶獾慕M織，防止使用時變形。 螺桿表面的淬火裂紋 ? 穩(wěn)定尺寸。 ? 一、回火的目的 ? 減少或消除淬火內(nèi)應(yīng)力 , 防止變形或開裂 . ? 獲得所需要的力學(xué)性能。 ? 淬硬層深度與工件尺寸有關(guān) ,設(shè)計時應(yīng)注意尺寸效應(yīng)。如螺栓 、 連桿 、模具等?？砂聪聢D箭頭所示程序進(jìn)行選材分析 . ? 利用淬透性可控制淬硬層深度。 下圖為 預(yù)測 50mm直徑 40MnB鋼軸淬火后斷面的硬度分布 . ? 利用淬透性曲線進(jìn)行選材。 ? 只有冷卻條件相同時，才能進(jìn)行不同材料淬透性比較，如 45鋼 D0油 =8mm， 40Cr D0油 =20mm。 ? 淬透性的表示方法 ? ⑴ 用淬透性曲線表示 dH R CJ即用 表 ? ⑵ 用臨界淬透直徑表示 ? 臨界淬透直徑是指圓形鋼棒在介質(zhì)中冷卻，中心被淬成半馬氏體的最大直徑，用 D0表示。 ? 因而凡是影響 C曲線的因素都是影響淬透性的因素 .即 除 Co 外，凡溶入奧氏體的合金元