1常用機械強化處理的方法有哪些

A. 表面處理強化技術：軸承鋼表面強化方法有哪些

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，工藝上屬於熱處理的范疇。而近代發展起來的激光、電子束、離子束等表面強化方法，不僅將一些高新技術應用於材料的表面強化，而且在工藝上已經超出了傳統的熱處理范疇，形成了新的技術領域。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。這些方法的特點是：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、效果顯著，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。這些方法的特點是：表面局部加熱淬火，工件變形小；加熱速度快，生產效率高；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、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塗層、表面融化結晶或非晶態處理、表面合金化等方法。特點是採用高能量密度的快速加熱，將金屬表面層或塗覆於金屬表面的合金化材料熔化，隨後靠自己冷卻進行凝固以得到特殊結構或特定性能的強化層。這種特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，這取決於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，效果良好。

5.表面薄膜強化
應用物理的或化學的方法，在金屬表面塗覆於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。

B. 金屬材料常用的強化方式及機理是什麼

金屬材料常用的強化方式有細晶強化、固溶強化、第二相強化、加工硬化。

1 細晶強化

通過細化晶粒而使金屬材料力學性能提高的方法稱為細晶強化，工業上將通過細 化晶粒以提高材料強度。

其原理是通常金屬是由許多晶粒組成的多晶體，晶粒的大小可以用單位體積內晶粒的數目 來表示，數目越多，晶粒越細。

二．固溶強化

合金元素固溶於基體金屬中造成一定程度的晶格畸變從而使合金強度提高 的現象。

原理：融入固溶體中的溶質原子造成晶格畸變，晶格畸變增大了位錯運動的阻力， 使滑移難以進行，從而使合金固溶體的強度與硬度增加。

三．第二相強化

復相合金與單相合金相比，除基體相以外，還有第二相得存在。當第二相以細小 彌散的微粒均勻分布於基體相中時，將會產生顯著的強化作用。

原理：它們與位錯間的交互作用，阻礙了位錯 運動，提高了合金的變形抗力。 對於位錯的運動來說，合金所含的第二相有以下兩種情況：

1、不可變形微粒的強化作用。

2、可變形微粒的強化作用。 彌散強化和沉澱強化均屬於第二相強化的特殊情形。

四．加工硬化

隨著冷變形程度的增加，金屬材料強度和硬度指標都有所提高，但塑性、 韌性有所下降。

原理：金屬在塑性變形時，晶粒發生滑移，出 現位錯的纏結，使晶粒拉長、破碎和纖維化，金屬內部產生了殘余應力等。

(2)1常用機械強化處理的方法有哪些擴展閱讀：

金屬材料通常分為黑色金屬、有色金屬和特種金屬材料。

①黑色金屬又稱鋼鐵材料，包括雜質總含量<0.2%及含碳量不超過0.0218%的工業純鐵，含碳0.0218%~2.11%的鋼，含碳大於 2.11%的鑄鐵。廣義的黑色金屬還包括鉻、錳及其合金。

②有色金屬是指除鐵、鉻、錳以外的所有金屬及其合金，通常分為輕金屬、重金屬、貴金屬、半金屬、稀有金屬和稀土金屬等，有色合金的強度和硬度一般比純金屬高，並且電阻大、電阻溫度系數小。

③特種金屬材料包括不同用途的結構金屬材料和功能金屬材料。其中有通過快速冷凝工藝獲得的非晶態金屬材料，以及准晶、微晶、納米晶金屬材料等；還有隱身、抗氫、超導、形狀記憶、耐磨、減振阻尼等特殊功能合金以及金屬基復合材料等。

金屬材料的疲勞現象，按條件不同可分為下列幾種：

⑴高周疲勞：指在低應力（工作應力低於材料的屈服極限，甚至低於彈性極限）條件下，應力循環周數在100000以上的疲勞。它是最常見的一種疲勞破壞。高周疲勞一般簡稱為疲勞。

⑵低周疲勞：指在高應力（工作應力接近材料的屈服極限）或高應變條件下，應力循環周數在10000~100000以下的疲勞。由於交變的塑性應變在這種疲勞破壞中起主要作用，因而，也稱為塑性疲勞或應變疲勞。

⑶熱疲勞：指由於溫度變化所產生的熱應力的反復作用，所造成的疲勞破壞。

⑷腐蝕疲勞：指機器部件在交變載荷和腐蝕介質（如酸、鹼、海水、活性氣體等）的共同作用下，所產生的疲勞破壞。

⑸接觸疲勞：這是指機器零件的接觸表面，在接觸應力的反復作用下，出現麻點剝落或表面壓碎剝落，從而造成機件失效破壞。

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D. 四種強化機制及原理

1、細晶強化：使金屬材料力學性能提高的方法稱為細晶強化，提高材料強度。

原理：通常金屬是由許多晶粒組成的多晶體，單位體積內晶粒的數目越多，晶粒越細。在常溫下的細晶粒比粗晶粒金屬有更高的強度、硬度、塑性和韌性。因為細晶粒受到外力發生塑變可分散，塑變較均勻，應力集中較小。晶粒越細，晶界面積越大，晶界越曲折，不利於裂紋的擴展。

2、固溶強化：合金元素固溶於基體金屬中造成一定程度的晶格畸變從而使合金強度提高的現象。

原理：晶格畸變增大了位錯運動的阻力，使滑移難以進行，使合金固溶體的強度與硬度增加。在溶質原子濃度適當時，可提高材料的強度和硬度，而其韌性和塑性卻有所下降。

3、第二相強化：第二相以細小彌散的微粒均勻分布於基體相中產生顯著的強化作用。

原理：交互作用阻礙了位礙運動，提高了合金的變形抗力。

4、加工硬化：隨著冷變形程度的增加，金屬材料強度和硬度指標都有所提高，但塑性、韌性有所下降。

原理：塑變時，晶粒發生滑移，出現位錯的纏結，使晶粒拉長、破碎和纖維化，金屬內部產生了殘余應力。

金屬的塑性

金屬材料的延伸率和斷面收縮率愈大，表示該材料的塑性愈好，即材料能承受較大的塑性變形而不破壞。一般把延伸率大於百分之五的金屬材料稱為塑性材料（如低碳鋼等），而把延伸率小於百分之五的金屬材料稱為脆性材料（如灰口鑄鐵等）。

塑性好的材料，它能在較大的宏觀范圍內產生塑性變形，並在塑性變形的同時使金屬材料因塑性變形而強化，從而提高材料的強度，保證了零件的安全使用。此外，塑性好的材料可以順利地進行某些成型工藝加工，如沖壓、冷彎、冷拔、校直等。因此，選擇金屬材料作機械零件時，必須滿足一定的塑性指標。

E. 為了防止生銹和美觀,金屬表面處理工藝有哪些

表面處理的分類1表面機械強化 2表面轉換膜 2 表面噴塗 4表面機械強化 5工業中常採用機械處理方法來清理、強化 及光整金屬表面，如噴丸/砂處理、滾壓加 工、內孔擠壓、拉絲、磨光和拋光等，其 中噴丸/砂處理、拉絲、磨光和拋光處理在 生產中應用很廣泛。 噴砂處理 ? 噴砂是採用壓縮空氣為動力，以形成高速噴射束將噴料高 速噴射到被需處理工件表面，使工件表面的外表面的外表 或形狀發生變化，由於磨料對工件表面的沖擊和切削作用， 使工件的表面獲的一定的清潔度和不同的粗糙度，使工件 表面的機械性能得到改善，因此提高了工件的抗疲勞性， 增加了它和塗層之間的附著力，延長了塗膜的耐久性，也 有利於塗料的流平和裝飾。 ? 噴丸種類石英砂/玻璃砂、金剛砂、鐵砂、海砂、銅礦砂/銅砂 表面噴塗 ? 噴油（溶劑型塗料） ? 噴粉（粉末塗料） ? 噴塗技術空氣噴塗 高壓無氣噴塗 靜電噴塗 加熱噴塗 表面轉換膜 ? ? ? ? ? 氧化處理 磷化處理 電鍍 化學鍍 電鑄、電泳與電拋光 表面轉換膜——氧化處理 表面轉換膜——氧化處理 ? 化學氧化處理 鋼鐵件的化學氧化處理 鋁及鋁合金的化學氧化處理 鎂合金的化學氧化處理 ? 電化學氧化處理 鋁及鋁合金的陽極氧化 鈦的陽極氧化 鋼鐵件的化學氧化處理 ? 鋼鐵的化學氧化處理是將鋼鐵件在化學葯物中加熱到適當 溫度，使其表面形成一層緻密藍色(或黑色)的氧化膜，與 外界的氧氣隔絕，以改善鋼的耐蝕性和外觀，這種工藝又 叫發藍/黑處理。氧化膜是一層緻密而牢固的Fe3O4薄膜， 只有0.5~1.5微米厚，對鋼件的尺寸精度無影響。氧化處 理後的鋼件還要進行肥皂液浸漬處理和浸油處理，以提高 氧化膜的防腐蝕能力和潤滑性能。 ? 不同材料成份的鋼鐵件，氧化時使用的化學葯水配方不同。 ? 氧化處理過程中溶液中的氧化劑含量越高，生成氧化膜速 度也越快，而且膜層緻密、牢固。溶液中鹼的濃度適當增 大，獲得氧化膜的厚度增大，鹼含量過低，氧化膜薄而脆 弱。溶液的溫度適當升高，可以提高氧化緻密度。 ? 工件含碳量越高，越容易氧化，氧化時間越短。氧化處理 時間主要根據鋼件的含碳量和工件氧化要求來調整。 ? 氧化處理工藝不影響零件的精度，常用於儀器、儀表、工 具、槍械及某些機械零件的表面，使其達到耐磨、耐蝕以 及防護與裝飾的目的。 鋁及鋁合金的化學氧化處理 ? 鋁及其鋁合金在自然條件下很容易生成緻密的氧化膜，可 以防止空氣中水分和有害氣體的氧化和侵蝕，但是在鹼性 和酸性溶液中易被腐蝕。為了在鋁和鋁合金錶面獲得更好 的保護氧化膜，應該進行氧化處理。常用的處理方法有化 學氧化法與電化學氧化法。 ? 化學氧化法是把鋁或鋁合金零件放人化學溶液中進行氧化 處理而獲得牢固的氧化膜，其厚度為0.3～1微米。此方法 適用於純鋁、鋁鎂、鋁錳合金。化學氧化法主要用於提高 鋁和鋁合金的耐蝕性和耐磨性，並且此工藝方法操作簡單， 成本低，適於大批量生產。 ? 按處理溶液的性質可分鹼性和酸性溶液氧化處理。 ? 例如，鹼性氧化液為 Na2CO3(50 g/L)、Na2CrO4(15 g/L)、NaOH(25 g/L)，處理溫度：80～100°C，處理時 間：10～20min。經氧化處理後的鋁表面呈現厚度為0.5～ 1微米的金黃色氧化膜。 鋁及鋁合金的陽極氧化 ? 電化學氧化法是在電解液中使鋁和鋁合金錶面形成氧化膜 的方法，又稱陽極氧化法，將以鋁或鋁合金為陽極的工件 置於電解液中，通電後陽極上產生氧氣，使鋁或鋁合金發 生化學或電化學溶解，結果在陽極表面形成一層氧化膜。 陽極氧化膜不僅具有良好的力學性能與抗蝕