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軸承表面處理強化技術(shù)
發(fā)布時間：2020-03-14 查看次數(shù)：75848
軸承零件工作表面和心部在狀態(tài)、結(jié)構(gòu)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(fā)揮。應(yīng)用材料表面強化技術(shù)不僅可以較好地解決表面和心部在結(jié)構(gòu)和要求方面的差異,而且還可以進一步使表面獲得某些特殊的工作性能,以滿足在特定條件下工作的軸承對工作表面性能的要求。這在現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)發(fā)展中是非常有意義的。
傳統(tǒng)的表面強化方法，工藝上屬于熱處理的范疇。而近代發(fā)展起來的激光、電子束、離子束等表面強化方法，不僅將一些高新技術(shù)應(yīng)用于材料的表面強化，而且在工藝上已經(jīng)超出了傳統(tǒng)的熱處理范疇，形成了新的技術(shù)領(lǐng)域。因此現(xiàn)在的表面強化技術(shù)可以從不同的角度形成多種分類方法，按表層強化技術(shù)的物理化學(xué)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(xué)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(fā)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。這些方法的特點是：強化層位錯密度增高，亞晶結(jié)構(gòu)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、效果顯著，硬化層和基體之間不存在明顯的界限，結(jié)構(gòu)連貫，不易在使用中脫落。其多數(shù)方法已在軸承工業(yè)中得到應(yīng)用：滾動體的表面撞擊強化就是這類方法的應(yīng)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(tài)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(yīng)加熱淬火、激光加熱或電子束加熱淬火等。這些方法的特點是：表面局部加熱淬火，工件變形??；加熱速度快，生產(chǎn)效率高；加熱時間短，表面氧化脫碳很輕微。該方法特別是對提高承受一定沖擊載荷的大型和特大型軸承零件的耐磨性和疲勞強度效果顯著。
3.化學(xué)熱處理強化
利用某種元素的固態(tài)擴散滲入，來改變金屬表面層的化學(xué)成分，以實現(xiàn)表面強化的方法稱為化學(xué)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、特點各異。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(jié)合形成化合物?？傊疂B入元素即能改變表面層的化學(xué)成分，又可以得到不同的相結(jié)構(gòu)。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一類強化方法。
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(yù)期的成分或組織的表面強化處理技術(shù)稱為表面冶金強化。包括表面自溶性合金或復(fù)合粉末涂層、表面融化結(jié)晶或非晶態(tài)處理、表面合金化等方法。特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特殊結(jié)構(gòu)或特定性能的強化層。這種特殊的結(jié)構(gòu)或許是細化的晶體組織，也或許是過飽和相、亞穩(wěn)相、甚至是非晶體組織，這取決于表面冶金的工藝參數(shù)和方法。
滾動軸承行業(yè)在微型軸承工作表面做過激光加熱強化研究，效果良好。
5.表面薄膜強化
應(yīng)用物理的或化學(xué)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(xué)鍍(鍍鉻、鍍鎳、鍍銅、鍍銀等)以及復(fù)合鍍、刷鍍或轉(zhuǎn)化處理等，也包括近年來發(fā)展較快的高新技術(shù)：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(shù)(也稱原子冶金技術(shù))等等。它們共同的特點是均能在工作表面形成特定性能的薄膜，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(shù)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。
傳統(tǒng)的表面強化方法，工藝上屬于熱處理的范疇。而近代發(fā)展起來的激光、電子束、離子束等表面強化方法，不僅將一些高新技術(shù)應(yīng)用于材料的表面強化，而且在工藝上已經(jīng)超出了傳統(tǒng)的熱處理范疇，形成了新的技術(shù)領(lǐng)域。因此現(xiàn)在的表面強化技術(shù)可以從不同的角度形成多種分類方法，按表層強化技術(shù)的物理化學(xué)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(xué)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(fā)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。這些方法的特點是：強化層位錯密度增高，亞晶結(jié)構(gòu)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、效果顯著，硬化層和基體之間不存在明顯的界限，結(jié)構(gòu)連貫，不易在使用中脫落。其多數(shù)方法已在軸承工業(yè)中得到應(yīng)用：滾動體的表面撞擊強化就是這類方法的應(yīng)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(tài)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(yīng)加熱淬火、激光加熱或電子束加熱淬火等。這些方法的特點是：表面局部加熱淬火，工件變形??；加熱速度快，生產(chǎn)效率高；加熱時間短，表面氧化脫碳很輕微。該方法特別是對提高承受一定沖擊載荷的大型和特大型軸承零件的耐磨性和疲勞強度效果顯著。
3.化學(xué)熱處理強化
利用某種元素的固態(tài)擴散滲入，來改變金屬表面層的化學(xué)成分，以實現(xiàn)表面強化的方法稱為化學(xué)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、特點各異。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(jié)合形成化合物?？傊疂B入元素即能改變表面層的化學(xué)成分，又可以得到不同的相結(jié)構(gòu)。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一類強化方法。
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(yù)期的成分或組織的表面強化處理技術(shù)稱為表面冶金強化。包括表面自溶性合金或復(fù)合粉末涂層、表面融化結(jié)晶或非晶態(tài)處理、表面合金化等方法。特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特殊結(jié)構(gòu)或特定性能的強化層。這種特殊的結(jié)構(gòu)或許是細化的晶體組織，也或許是過飽和相、亞穩(wěn)相、甚至是非晶體組織，這取決于表面冶金的工藝參數(shù)和方法。
滾動軸承行業(yè)在微型軸承工作表面做過激光加熱強化研究，效果良好。
5.表面薄膜強化
應(yīng)用物理的或化學(xué)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(xué)鍍(鍍鉻、鍍鎳、鍍銅、鍍銀等)以及復(fù)合鍍、刷鍍或轉(zhuǎn)化處理等，也包括近年來發(fā)展較快的高新技術(shù)：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(shù)(也稱原子冶金技術(shù))等等。它們共同的特點是均能在工作表面形成特定性能的薄膜，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(shù)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。
