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表面硬化

表面硬化

几个世纪以来,人类一直利用热量来改变金属并提高其硬度。在足够高的温度下,固态金属合金就会液化。由于通常熔化发生在最接近应用热源的地方,外部表面通常在内部核心之前熔化。这一事实使制造商能够使用热处理来改变黑色金属的晶粒结构和化学成分。

例如,制造商可以仅硬化金属部件的表面或者可以均匀地“通过硬化”整个工件。通过熔化的固体金属的结晶结构破坏有助于热化学制造方法。一些常见的热处理技术包括淬火(通过浸渍突然冷却)和退火(加热然后冷却)。

硬化历史

古人依靠热量来帮助塑造金属。例如,铁匠将剑和马蹄铁炼硬,使金属表面变硬。

工业时代的出现见证了表面硬化技术和制造过程的显着进展。到1800年代后期,冶金学家普遍欣赏热化学变化对金属的重要性。

案例硬化过程

冶金学家依靠表面硬化(也称为“表面硬化”),通过热处理来制造坚硬的黑色金属表面,同时保持柔软、有韧性的芯体,能够吸收应力。

感应硬化

处理细节

在感应淬火过程中,制造商将黑色金属合金加热一段较长的时间来处理表面,然后淬火零件。实现这一目标的方法多种多样。例如,一些制造商将含有黑色金属工件的水冷铜线圈通电一段规定的时间,然后在油浴中淬灭。

好处

尽管对制造技术进行了初步投资,但该过程可能会成本有效地发生。

例子

制造商使用感应硬化在油田钻井过程中产生螺纹管。

渗碳

处理细节

在高温下剩余的碳化环境中,黑色金属合金和钢在富含碳的环境中进行渗碳。在渗碳过程中,碳逐渐弥散在金属的熔融表面上。如今制造商控制参数,如曝光长度和温度准确地影响碳渗透。

好处

高炉和碳源的进入使得能够在高体积中生产碳金属部件。

例子

渗碳有助于生产滚珠轴承,齿轮和滚轮轴承。

氮化

处理细节

氮化过程类似于渗碳,除了氮扩散在金属合金的表面,而不是碳。氮与铁或其他合金在外部结合形成氮化物。通常制造商是通过在氨气存在的情况下,在高温(950华氏度至1050华氏度)下对钢进行长时间加热(例如长达100小时)来实现这种表面硬化。

好处

氮气的广泛可用性有助于“低技术”生产设施利用氮化。

例子

氮化在凸轮轴和阀杆中起着重要作用。它还有助于生产燃油喷射泵。

氰化

处理细节

制造商将金属工件放入含有氰化物盐的槽中,使其表面能够吸收碳和氮。他们随后在液体中淬火金属,如油,和机械回火表面达到所需的硬度水平。

好处

这种生产方法证明了相对便宜。它在1900年左右广受欢迎。虽然现在由于其负面的环境影响而在许多地方有限,但宇山仍然发生在“低科技”生产环境中。

例子

制造商有时会在宇山的帮助下生产螺栓和螺母。

碳氮共渗

处理细节

这种过程类似于渗碳,除了它发生在较低温度和制造商中,以及少量氮气进入环境。碳原子不会深入渗透到金属中,因此碳氮连接提供了更浅表的硬化。

好处

尽管碳渗透率降低,但外部通常会显示出增强的耐磨性,因为氮化物增强了表面渗碳过程。碳氮固定在一些金属部件制造环境中非常经济地发生。

例子

在没有高炉的情况下,制造商经常使用碳氮共渗来硬化小型冲压金属部件。

氮乙碳脱碳

处理细节

这一过程非常类似于氮化,除了它产生较浅的表面硬化和需要相当低的温度范围。制造商通常将金属部件置于碱氰酸盐的液体盐浴中,或置于专有的气体混合物中,或置于强电场中,以便通过热化学方法在金属工件表面扩散氮、碳和少量氧气。

好处

由于工件在较低的温度下进行氮碳渗碳处理,在某些制造环境中,它们在表面硬化过程中可能会表现出较小的尺寸变形。

例子

该过程可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。

表面硬化与穿透硬化

通过硬化将使某些金属合金均匀硬化,这与表面硬化(仅使金属部分表面硬化)相反。这两个过程都有优点和缺点。决定使用哪一种很大程度上取决于所需的工程规范。

案例硬化的应用

如今,硬化会产生呈现硬表面和柔软的延展内饰的金属部件。该组合可以允许组件在机械环境中更好地抵抗疲劳和高应力。用于壳体硬化金属的一些常见应用包括抗摩擦滚珠轴承和发动机齿轮。


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