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案例硬化

案例硬化

几个世纪以来,人类使用热量来改变并增强金属的硬度。在足够高的温度下,固体金属合金液化。由于通常熔化最接近热源的施加,因此外表面通常在内部芯前变得熔融。这一事实使制造商能够使用热处理来改变晶粒结构和黑色金属的化学成分。

例如,制造商可能只硬化一个金属零件的表面,或者可能均匀地“贯穿”整个工件。通过熔化破坏固体金属的晶体结构,促进了热化学制造过程。一些常见的热处理技术包括淬火(浸入式突然冷却)和退火(加热然后冷却)。

表面硬化的历史

古代人依靠热量来帮助塑造金属。例如,铁匠钢化剑和马蹄铁,以硬化金属表面。

工业时代的到来见证了表面硬化技术和制造工艺的重大进步。到19世纪末,冶金学家广泛认识到热化学变化对金属的重要性。

表面硬化工艺

冶金专家依赖于壳体硬化(也称为“表面硬化”)通过热处理来形成硬化的外部铁金属表面,同时保持软,延展芯能够吸收应力。

感应淬火

流程细节

在感应硬化期间,制造商在延长的时间内加热黑色金属合金以治疗表面,然后淬灭该部件。存在各种方法来实现这一目标。例如,一些制造商通过指定的时间段电气地通电含有铁金属工件的水冷铜线圈,然后淬灭油浴中的一部分。

好处

尽管对制造技术进行了初步投资,但这一过程可能具有成本效益。

例子

生产商采用感应淬火技术生产油田钻井时使用的螺纹管。

渗碳

流程细节

黑色金属合金和钢通过在富碳的高温环境中保存数小时进行渗碳。在渗碳过程中,碳逐渐扩散到金属的熔化表面,使其硬化。如今,制造商通过控制曝光时间和温度等参数来精确地影响碳的渗透。

好处

高炉和获取碳源使大量生产渗碳金属部件成为可能。

例子

渗碳有助于球轴承、齿轮和滚子轴承的生产。

氮化

流程细节

除了氮气在金属合金表面上扩散而不是碳,氮化过程类似于渗碳。氮气与外部上的铁或其他合金结合以形成氮化物。通常,制造商通过在氨气存在下,通过在高温下通过加热钢(950华氏度至1050华氏度)在氨气的情况下延长一段时间来实现这种类型的壳体硬化。最多100个小时。

好处

氮的广泛使用有助于“低技术”生产设施利用氮化。

例子

氮化在凸轮轴和气门杆的生成中起着重要的作用。它还协助生产燃油喷射泵。

宇航

流程细节

制造商将金属工件放在含氰盐的浴中,以制备表面吸收碳和氮。它们后来在液体中淬灭金属,例如油,并机械地回火表面以获得所需的硬度水平。

好处

这种生产方法证明比较便宜。它在1900年左右广泛流行。虽然由于对环境的负面影响,氰化目前在许多地方受到限制,但在“低技术”生产环境中仍然发生。

例子

制造商有时在氰化的帮助下生产螺栓和螺母。

碳氮化物

流程细节

这个过程类似于渗碳,除了它发生在较低的温度和制造商注入少量的氮到环境中。碳原子不会深入到金属中,所以碳共渗可以提供更多的表面硬化。

好处

尽管减少了碳渗透,外部经常显示增强的耐磨性,因为氮化物增强了表面渗碳过程。在一些金属零件制造环境中,碳氮共渗是非常经济的。

例子

制造商经常使用碳化氮来壳体硬化小冲压金属部件在没有高炉的情况下。

气体碳氮共渗

流程细节

这种过程非常耐氮化,除了它产生浅薄的外壳,需要相当低的温度范围。制造商通常将金属组分在碱性氰酸盐的液体盐浴中置于碱性气体混合物中,或者在激烈的电场内,以便在金属工件的表面上进行热化学漫射,碳和少量氧。

好处

由于工作件在较低温度下经过氮碳化,因此它们可以在一些制造环境中展示表面硬化期间的尺寸变形。

例子

这个过程帮助制造商制造表面硬化的主轴,模具,凸轮,液压活塞杆和齿轮。

案例硬化与通过硬化

通过硬化将均匀地硬化某些金属合金,而不是壳体硬化(仅硬化金属部分的表面)。这两个过程都具有优点和缺点。使用一个或另一个的决定主要取决于所需的工程规范。

表面硬化的应用

今天,表面硬化创造了表面坚硬,内部柔软,延展性的金属部件。这种组合可以使部件在机械环境中更好地承受疲劳和高应力。表面硬化金属的一些常见应用包括减摩球轴承和发动机齿轮。


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