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表面硬化

表面硬化

几个世纪以来,人类一直用热来改造和提高金属的硬度。在足够高的温度下,固体金属合金会液化。由于熔融通常发生在靠近热源的地方,所以外表面通常比内芯先熔化。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,制造商可以只硬化一个金属部件的表面,或者可以均匀地“通过硬化”整个工件。通过熔融破坏固体金属的晶体结构有利于热化学制造过程。一些常用的热处理技术包括淬火(通过浸泡突然冷却)和退火(加热后冷却)。

表面硬化的历史

古代的人们依靠热来帮助塑造金属。例如,铁匠将剑和马蹄铁回火,使金属表面变硬。

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。到了19世纪末,冶金学家普遍认识到金属热化学变化的重要性。

表面硬化工艺

冶金学家依靠表面硬化(也称为“表面硬化”),通过热处理来制造淬硬的黑色金属表面,同时保持柔软的、可吸收应力的韧性芯。

感应淬火

流程细节

在感应淬火过程中,制造商加热黑色金属合金一段较长的时间,以处理表面,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特定的时间,然后在油浴中淬火。

好处

尽管在制造技术上进行了初步投资,但这一过程可能具有成本效益。

例子

生产商生产的螺纹管在油田钻井中使用感应淬火。

渗碳

流程细节

黑色金属合金和钢在高温下在富碳环境中停留数小时进行渗碳。在渗碳过程中,碳逐渐扩散到熔化的金属表面,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影响碳的渗透。

好处

高炉和碳源的获取使得大量生产渗碳金属部件成为可能。

例子

渗碳有助于生产球轴承,齿轮和滚子轴承。

氮化

流程细节

氮化过程类似于渗碳,除了氮扩散到金属合金表面,而不是碳。氮在表面与铁或其他合金结合形成氮化物。通常制造商通过在氨气存在的情况下,在高温(950华氏度到1050华氏度)下延长时间(如长达100小时)来实现这种类型的表面硬化。

好处

氮的广泛使用有助于“低技术”生产设施利用氮化。

例子

氮化处理在凸轮轴、气门杆的制造中起着重要的作用。它还协助生产燃油喷射泵。

氰化

流程细节

制造商将金属工件放在含有氰化物盐的镀液中,使其表面吸收碳和氮。他们随后在液体中淬火金属,如油,并机械回火表面以达到所需的硬度水平。

好处

这种生产方法被证明是相对便宜的。它在1900年左右广泛流行。尽管目前由于其对环境的负面影响,氰化技术在许多地区受到限制,但氰化仍然发生在“低技术”生产环境中。

例子

制造商有时在氰化辅助下生产螺栓和螺母。

碳氮共渗

流程细节

这个过程类似于渗碳,只不过它发生在较低的温度下,而且制造商也会向环境中注入少量的氮。碳原子不会深入到金属中,所以碳氮共渗会产生更表面的硬化。

好处

尽管降低了碳渗透,但由于氮化物增强了表面渗碳过程,外部经常显示出增强的耐磨性。在一些金属零件制造环境中,碳氮共渗非常经济。

例子

制造商经常在没有高炉的情况下使用碳氮共渗来硬化小型冲压金属部件。

气体碳氮共渗

流程细节

这一过程与氮化非常相似,除了它会产生较浅的表面硬化,并且需要相当低的温度范围。制造商通常将金属组件放置在碱性氰酸盐的液体盐浴中,或在专用的气体混合物中,或在强电场中,以使氮、碳和少量氧在金属工件表面进行热化学扩散。

好处

由于工件在较低的温度下进行了氮渗碳,在某些制造环境中,在表面硬化过程中,它们可能会显示出尺寸畸变减小。

例子

该工艺帮助制造商制造表面淬火主轴、模具、凸轮、液压活塞杆和齿轮。

表面硬化与穿透硬化

与表面硬化(只硬化金属零件的表面)相反,通过硬化可以均匀地硬化某些金属合金。这两种方法各有利弊。使用其中一种的决定很大程度上取决于所需的工程规范。

表面硬化的应用

今天,表面硬化使金属部件呈现出坚硬的表面和柔软、有延展性的内部。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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从一个合同制造公司,BuntyLLC发展成为一个完整的服务定制加工,锻造和铸造金属零件制造企业。我们在南卡罗莱纳州格林维尔的总部提供全球解决方案。

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