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軸承鋼表面強化淬火的方法

2019-01-03 2126

  軸承零件工作表面和心部在狀態、結構和性能要求方面是有較大的差別的,而整體熱處理往往使二著不能兼顧,材料的潛力也得不到充分發揮。應用材料表面強化技術不僅可以較好地解決表面和心部在結構和要求方面的差異,而且還可以進步使表面獲得某些殊的工作性能,以滿足在定條件下工作的軸承對工作表面性能的要求。這在現代化科學技術發展中是非常有意義的。
  傳統的表面強化方法,工藝上屬于熱處理的范疇。而近代發展起來的激光、電子束、離子束等表面強化方法,不僅將些高新技術應用于材料的表面強化,而且在工藝上已經超出了傳統的熱處理范疇,形成了新的技術域。因此現在的表面強化技術可以從不同的角度形成多種分類方法,按表層強化技術的物理化學過程進行分類,大致可分為五大類:表面變形強化、表面熱處理強化、化學熱處理強化、表面冶金強化、表面薄膜強化。
  1 表面變形強化
  通過機械的方法使金屬表面層發生塑性變形,從而形成高硬度和高強度的硬化層,這種表面強化方法稱為表面變形強化,也稱為加工硬化。包括噴丸、噴砂、冷擠壓、滾壓、冷碾和沖擊、爆炸沖擊強化等。這些方法的點是:強化層位錯密度增高,亞晶結構細化,從而使其硬度和強度提高,表面粗糙度值減小,能顯著提高零件的表面疲勞強度和降低疲勞缺口的敏感性。這種強化方法工藝簡單、果顯著,硬化層和基體之間不存在明顯的界限,結構連貫,不易在使用中脫落。其多數方法已在軸承工業中得到應用:滾動體的表面撞擊強化就是這類方法的應用,精密碾壓已成為新的套圈加工和強化方法。
  2 表面熱處理強化
  利用固態相變,通過快速加熱的方法對零件的表面層進行淬火處理稱為表面熱處理,俗稱表面淬火。包括火焰加熱淬火、高(中)頻感應加熱淬火、激光加熱或電子束加熱淬火等。這些方法的點是:表面局部加熱淬火,工件變形小;加熱速度快,生產率高;加熱時間短,表面氧化脫碳很輕微。該方法別是對提高承受定沖擊載荷的大型和大型軸承零件的耐磨性和疲勞強度果顯著。
  3 化學熱處理強化
  利用某種元素的固態擴散滲入,來改變金屬表面層的化學成分,以實現表面強化的方法稱為化學熱處理強化,也稱之為擴散熱處理。包括滲硼、滲金屬、滲碳及碳氮共滲、滲氮及氮碳共滲、滲硫及硫氮碳共滲、滲鉻、滲鋁及鉻鋁硅共滲、石墨化滲層等等,種類繁多、點各異。滲入元素或溶入基體金屬形成固溶體,或與其他金屬元素結合形成化合物。總之滲入元素即能改變表面層的化學成分,又可以得到不同的相結構。滲碳軸承鋼零件的處理工藝和滾針軸承套的表面滲氮強化處理均屬這類強化方法。
  4 表面冶金強化
  利用工件表面層金屬的重新融化和凝固,以得到預期的成分或組織的表面強化處理技術稱為表面冶金強化。包括表面自溶性合金或復合粉末涂層、表面融化結晶或非晶態處理、表面合金化等方法。點是采用高能量密度的快速加熱,將金屬表面層或涂覆于金屬表面的合金化材料熔化,隨后靠自己冷卻進行凝固以得到殊結構或定性能的強化層。這種殊的結構或許是細化的晶體組織,也或許是過飽和相、亞穩相、甚至是非晶體組織,這取決于表面冶金的工藝參數和方法。
  滾動軸承行業在微型軸承工作表面做過激光加熱強化研究,果良好。
  5 表面薄膜強化
  應用物理的或化學的方法,在金屬表面涂覆于基體材料性能不同的強化膜層,稱為表面薄膜強化。它包括電鍍、化學鍍(鍍鉻、鍍鎳、鍍銅、鍍銀等)以及復合鍍、刷鍍或轉化處理等,也包括近年來發展較快的高新技術:如CVD、PVD、P-CVD等氣相沉積薄膜強化方法和離子注入表面強化技術(也稱原子冶金技術)等等。它們共同的點是均能在工作表面形成定性能的薄膜,以強化表面的耐磨性、耐疲勞、耐腐蝕和自潤滑等性能。例如離子注入技術強化軸承工作表面,能使軸承工作表面的耐磨性、耐蝕性、和抗接觸疲勞性能都得到顯著提高,從而使軸承的使用壽命得到成倍的增長。

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