金属热处理及材料改性.ppt

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1、第六章 金属热处理及材料改性,第一节 钢在加热时的转变第二节 过冷奥氏体转变产物的组织形态与性能 第三节 过冷奥氏体转变曲线图第四节 钢的退火和正火第五节 钢的淬火第六节 钢的回火第七节 钢的表面处理和化学热处理第八节 热处理技术条件及工序位置第九节 高聚物的改性第十节 材料的复合强化第十一节 材料的表面处理技术,热处理：是指将钢在固态下加热、保温和冷却，以改变钢的组织结构，获得所需要性能的一种工艺.,为简明表示热处理的基本工艺过程，通常用温度时间坐标绘出热处理工艺曲线。,根据加热、冷却方式及钢组织性能变化特点不同，将热处理工艺分类如下：,其他热处理,普通热处理,表面热处理,热处理,第一节 钢

2、在加热时的转变,加热是热处理的第一道工序。加热分两种：一种是在A1以下加热，不发生相变；另一种是在临界点以上加热，目的是获得均匀的奥氏体组织，称奥氏体化。,钢坯加热,一、奥氏体的形成过程（一）基本过程奥氏体化也是形核和长大的过程，分为四步。现以共析钢为例说明：,第一步 奥氏体晶核形成：首先在与Fe3C相界形核。第二步 奥氏体晶核长大：晶核通过碳原子的扩散向 和Fe3C方向长大。第三步 残余Fe3C溶解:铁素体的成分、结构更接近于奥氏体，因而先消失。残余的Fe3C随保温时间延长继续溶解直至消失。,第四步 奥氏体成分均匀化：Fe3C溶解后，其所在部位碳含量仍很高，通过长时间保温使奥氏体成分趋于均匀

3、。,共析钢奥氏体化过程,（二）影响珠光体向奥氏体转变的因素1、温度T原子扩散能力，A中C的浓度梯度，A形成速度2、C含量亚共析钢C，F和Fe3C界面总量，有利于加速A形成3、P粗细P组织，A形成速度，层片状较粒状P截面易形成A,二、奥氏体晶粒长大及其影响因素,1、奥氏体晶粒长大奥氏体化刚结束时的晶粒度称起始晶粒度,此时晶粒细小均匀。随加热温度升高或保温时间延长，奥氏体,晶粒将进一步长大，这也是一个自发的过程。奥氏体晶粒长大过程与再结晶晶粒长大过程相同。,温来判断。晶粒度为1-4 级的是本质粗晶粒钢,5-8 级的是本质细晶粒钢。前者晶粒长大倾向大，后者晶粒长大倾向小。,在给定温度下奥氏体的晶粒度

4、称实际晶粒度。加热时奥氏体晶粒的长大倾向称本质晶粒度。通常将钢加热到940 10奥氏体化后，设法把奥氏体晶粒保留到室,2、影响奥氏体晶粒长大的因素加热温度和保温时间:加热温度高、保温时间长,晶粒粗大.加热速度:加热速度越快,过热度越大,形核率越高,晶粒越细.,合金元素：阻碍奥氏体晶粒长大的元素:Ti、V、Nb、Ta、Zr、W、Mo、Cr、Al等碳化物和氮化物形成元素。,促进奥氏体晶粒长大的元素：Mn、P、C、N。原始组织:平衡状态的组织有利于获得细晶粒。奥氏体晶粒粗大，冷却后的组织也粗大，降低钢的常温力学性能，尤其是塑性。因此加热得到细而均匀的奥氏体晶粒是热处理的关键问题之一。,第二节 过冷奥

5、氏体转变产物的组织形态与性能,冷却是热处理更重要的工序。处于临界点A1以下的奥氏体称过冷奥氏体。过冷奥氏体是非稳定组织，迟早要发生转变。随过冷度不同，过冷奥氏体将发生珠光体转变、贝氏体转变和马氏体转变三种类型转变。现以共析钢为例说明：,一、珠光体的组织形态及性能过冷奥氏体在 A1到 550间将转变为珠光体类型组织，它是铁素体与渗碳体片层相间的机械混合,物，根据片层厚薄不同,又细分为珠光体、索氏体和托氏体.,珠光体：形成温度为A1-650，片层较厚，500倍光镜下可辨，用符号P表示.索氏体形成温度为650-600,片层较薄，800-1000倍光镜下可辨，用符号S 表示。托氏体形成温度为600-5

6、50，片层极薄，电镜下可辨，用符号T 表示。,二、贝氏体的组织形态及性能过冷奥氏体在550-230(Ms)间将转变为贝氏体类型组织，贝氏体用符号B表示。根据其组织形态不同，贝氏体又分为上贝氏体(B上)和下贝氏体(B下).,上贝氏体形成温度为550-350。在光镜下呈羽毛状.在电镜下为不连续棒状的渗碳体分布于自奥氏体晶界向晶内平行生长的铁素体条之间。,下贝氏体形成温度为350-Ms。在光镜下呈竹叶状。,在电镜下为细片状碳化物分布于铁素体针内，并与铁素体针长轴方向呈55-60角。,上贝氏体强度与塑性都较低，无实用价值。下贝氏体除了强度、硬度较高外，塑性、韧性也较好，即具有良好的综合力学性能，是生产

7、上常用的强化组织之一。,三、马氏体类型组织形态与性能马氏体的形态分板条和针状两类。板条马氏体立体形态为细长的扁棒状在光镜下板条马氏体为一束束的细条组织。,每束内条与条之间尺寸大致相同并呈平行排列，一个奥氏体晶粒内可形成几个取向不同的马氏体束。在电镜下，板条内的亚结构主要是高密度的位错，=1012/cm2,又称位错马氏体。,针状马氏体立体形态为双凸透镜形的片状。显微组织为针状。在电镜下，亚结构主要是孪晶，又称孪晶马氏体。,马氏体的形态主要取决于其含碳量C%小于0.2%时，组织几乎全部是板条马氏体。C%大于1.0%C时几乎全部是针状马氏体.C%在0.21.0%之间为板条与针状的混合组织。,45钢正

8、常淬火组织,先形成的马氏体片横贯整个奥氏体晶粒，但不能穿过晶界和孪晶界。后形成的马氏体片不能穿过先形成的马氏体片，所以越是后形成的马氏体片越细小.,原始奥氏体晶粒细，转变后的马氏体片也细。当最大马氏体片细到光镜下无法分辨时，该马氏体称隐晶马氏体.,马氏体的性能高硬度是马氏体性能的主要特点。马氏体的硬度主要取决于其含碳量。含碳量增加，其硬度增加。,当含碳量大于0.6%时，其硬度趋于平缓。合金元素对马氏体硬度的影响不大。,马氏体强化的主要原因是过饱和碳引起的固溶强化。此外，马氏体转变产生的组织细化也有强化作用。马氏体的塑性和韧性主要取决于其亚结构的形式。针状马氏体脆性大，板条马氏体具有较好的塑性和

9、韧性.,过冷奥氏体转变产物（共析钢）,过冷奥氏体的转变方式有等温转变和连续冷却转变两种。,两种冷却方式示意图1等温冷却2连续冷却,第二节 过冷奥氏体转变曲线图,过冷奥氏体的等温转变图是表示奥氏体急速冷却到临界点A1 以下在各不同温度下的保温过程中转变量与转变时间的关系曲线.又称C 曲线、S 曲线或TTT曲线。,一、过冷奥氏体的等温转变图,(Time-Temperature-Transformation diagram),1、C曲线的建立以共析钢为例：取一批小试样并进行奥氏体化.将试样分组淬入低于A1 点的不同温度的盐浴中,隔一定时间取一试样淬入水中。,测定每个试样的转变量，确定各温度下转变量与

10、转变时间的关系。将各温度下转变开始时间及终了时间标在温度时间坐标中，并分别连线。转变开始点的连线称转变开始线。转变终了点的连线称转变终了线。,2、过冷奥氏体转变产物的形成过程,（1）珠光体的形成过程在C曲线“鼻尖”上部为P相变区，P形成伴随两个过程同时进行碳和铁原子的扩散生成高碳Fe3C和低碳F晶格重构由面心立方A转变为体心立方F和复杂晶格Fe3C,（2）贝氏体的形成过程C曲线下部区域为B相变区。B相变时只发生碳原子扩散，铁原子不扩散，过冷A贫碳区、孕育F晶核、F含C，C从F向A扩散形成Fe3C。（3）马氏体的形成过程M相变是非扩散性的，因冷速过冷度极大，碳原子无扩散能力，故A将直接转变成一种

11、含碳过饱和的固溶体M,3、影响C 曲线的因素 成分的影响 含碳量的影响：共析钢的过冷奥氏体最稳定，C曲线最靠右。Ms 与Mf 点随含碳量增加而下降。与共析钢相比，亚共析钢和过共析钢C曲线的上部各多一条先共析相的析出线。,Cr对C曲线的影响,合金元素的影响除Co 外,凡溶入奥氏体的合金元素都使C 曲线右移。,除Co和Al 外,所有合金元素都使Ms 与Mf 点下降。,推杆式电阻炉,奥氏体化条件的影响奥氏体化温度提高和保温时间延长，使奥氏体成分均匀、晶粒粗大、未溶碳化物减少，增加了过冷奥氏体的稳定性，使C 曲线右移。使用C 曲线时应注意奥氏体化条件及晶粒度的影响.,二、过冷奥氏体连续转变曲线图,也称

12、CCT图，可用金相、膨胀和磁性法测得 用膨胀法测定：将一组试样经奥氏体化后用不同冷速连续冷却，用高速膨胀仪测出转变开始和终了的温度、时间，并记录最终所得组织及硬度。将同性质转变开始点与终了点连成曲线，便成CCT图。Vk为临界冷速,第四节 钢的退火与正火,机械零件的一般加工工艺为：毛坯（铸、锻）预,备热处理机加工最终热处理。退火与正火主要用于预备热处理，只有当工件性能要求不高时才作为最终热处理。,一、退火,将钢加热至适当温度保温，然后缓慢冷却(炉冷)的热处理工艺叫做退火。1、退火目的,调整硬度，便于切削加工。适合加工的硬度为170-250HB。消除内应力，防止加工中变形。细化晶粒，为最终热处理作

13、组织准备。,真空退火炉,2、退火工艺退火的种类很多，常用的有完全退火、等温退火、球化退火、扩散退火、去应力退火、再结晶退火。完全退火,将工件加热到Ac3+3050保温后缓冷的退火工艺，主要用于亚共析钢.,等温退火亚共析钢加热到Ac3+3050,共析、过共析钢加热到Ac1+3050，保温后快冷到Ar1以下的某一温度下停留，待相变完成后出炉空冷。等温退火可缩短工件在炉内停留时间，更适合于孕育期长的合金钢.,高速钢等温退火与普通退火的比较,球化退火球化退火是将钢中渗碳体球状化的退火工艺。,它是将工件加热到Ac1+30-50 保温后缓冷，或者加热后冷却到略低于 Ar1 的温度下保温，使珠光体中的渗碳体

14、球化后出炉空冷。主要用于共析、过共析钢。,球化退火的组织为铁素体基体上分布着颗粒状渗碳体的组织，称球状珠光体,用P球表示。,球状珠光体,对于有网状二次渗碳体的过共析钢，球化退火前应先进行正火，以消除网状.,二、正火正火是将亚共析钢加热到Ac3+30 50，共析钢加热到Ac1+3050，过共析钢 加热到Accm+30 50保温 后空冷的工艺。正火比退火冷却速度大。1、正火后的组织：0.6%C时，组织为F+S；0.6%C时，组织为S。,正火温度,2、正火的目的 对于低、中碳钢(0.6C%)，目的与退火的相同。对于过共析钢，用于消除网状二次渗碳体，为球化退火作组织准备。,普通件最终热处理。要改善切削

15、性能，低碳钢用正火，中碳钢用退火或正火,高碳钢用球化退火.,第五节 钢的淬火,淬火是将钢加热到临界点以上，保温后以大于Vk速,度冷却，使奥氏体转变为马氏体的热处理工艺.淬火是应用最广的热处理工艺之一。淬火目的是为获得马氏体组织，提高钢的性能.,真空淬火炉,一、钢的淬火工艺,1、碳钢 亚共析钢 淬火温度为Ac3+30-50。亚共析钢淬火组织：0.5%C时为M；0.5%C时为M+A。过高T，则M粗大，过低T，组织中出现F，硬度不足，强度不高 共析钢淬火温度为Ac1+30-50；淬火组织为M+A。过共析钢淬火温度:Ac1+30-50.温度高于Accm，则奥氏体晶粒粗大、含碳量高，淬火后马氏体晶粒粗大

16、、A量增多。使钢硬度、耐磨性下降，脆性、变形开裂倾向增加。淬火组织:M+Fe3C颗粒+A。(预备组织为P球),2、合金钢由于多数合金元素(Mn、P除外)对奥氏体晶粒长大有阻碍作用，因而合金钢淬火温度比碳钢高。亚共析钢淬火温度为Ac3+50100。共析钢、过共析钢淬火温度为Ac1+50100。,钢坯加热,二、淬火介质,理想的冷却曲线应只在C曲线鼻尖处快冷，而在Ms附近尽量缓冷，以达到既获得马氏体组织，又减小,内应力的目的。但目前还没有找到理想的淬火介质。常用淬火介质是水和油.水的冷却能力强，但低温却能力太大，只使用于形状简单的碳钢件。,油在低温区冷却能力较理想，但高温区冷却能力太小，使用于合金钢

17、和小尺寸的碳钢件。熔盐作为淬火介质称盐浴，冷却能力在水和油之间,用于形状复杂件的分级淬火和等温淬火。聚乙烯醇、硝盐水溶液等也是工业常用的淬火介质.,三、淬火方法,采用不同的淬火方法可弥补介质的不足。1、单液淬火法加热工件在一种介质中连续冷却到室温的淬火方法。操作简单，易实现自动化。,2、双液淬火法工件先在一种冷却能力强的介质中冷，却躲过鼻尖后，再在另一种冷却能力较弱的介质中发生马氏体转变的方法。如水淬油冷，油淬空冷.优点是冷却理想，缺点是不易掌握。用于形状,复杂的碳钢件及大型合金钢件。,3、分级淬火法在Ms附近的盐浴或碱浴中淬火，待内外温度均匀后再取出缓冷。,可减少内应力，用于小尺寸工件。,盐

18、浴炉,4、等温淬火法将工件在稍高于 Ms 的盐浴或碱浴中保温足够长时间，从而获得下贝氏体组织的淬火方法。经等温淬火零件具有良好的综合力学性能，淬火应力小.适用于形状复杂及要求较高的小型件。,（一）淬透性的概念,M量和硬度随深度的变化,淬透性是指钢在淬火时获得淬硬层深度的能力。其大小是用规定条件下淬硬层深度来表示。,淬硬层深度是指由工件表面到半马氏体区(50%M+50%P)的深度。淬硬性是指钢淬火后所能达到的最高硬度，即硬化能力.,四、钢的淬透性和淬硬性,（二）淬透性与淬硬层深度的关系,同一材料的淬硬层深度与工件尺寸、冷却介质有关。工件尺寸小、介质冷却能力强，淬硬层深。淬透性与工件尺寸、冷却介质

19、无关。它只用于不同材料之间的比较，是通过尺寸、冷却介质相同时的淬硬层深度来确定的。,（三）影响淬透性的因素,钢的淬透性取决于临界冷却速度Vk，Vk越小，淬透性越高。Vk取决于C曲线的位置，C 曲线越靠右，Vk越小。,因而凡是影响C曲线的因素都是影响淬透性的因素.即除Co 外，凡溶入奥氏体的合金元素都使钢的淬透性提高；奥氏体化温度高、保温时间长也使钢的淬透性提高。,（四）淬透性的测定及其表示方法,1、淬透性的测定常用末端淬火法,示，J 表示末端淬透性，d 表示半马氏体区到水冷端的距离，HRC 为半马氏体区的硬度。,2、淬透性的表示方法用淬透性曲线表示,即用 表,五、钢的淬火变形和开裂（1）热应力

20、和相变应力 热应力工件在加热和冷却时，各部位存在温差，导致膨胀和冷缩不同所引起的应力 相变应力相变前后比容不同，温差不同相变不同时，则引起应力（2）变形的基本规律 P100 表6-4（3）减少变形的措施 合理选择钢材与正确设计零件 正确锻造和预备热处理 采用合理的热处理工艺,第六节 钢的回火,回火是指将淬火钢加热到A1以下的某温度保温后冷却的工艺。一、回火的目的1、减少或消除淬火内应力,防止变形或开裂.,2、获得所需要的力学性能。淬火钢一般硬度高，脆性大，回火可调整硬度、韧性。,螺杆表面的淬火裂纹,3、稳定尺寸。淬火M和A都是非平衡组织，有自发向平衡组织转变的倾向。回火可使M与A转变为平衡或接

21、近平衡的组织，防止使用时变形。4、对于某些高淬透性的钢，空冷即可淬火，如采用,回火软化既能降低硬度，又能缩短软化周期。未经淬火的钢回火无意义，而淬火钢不回火在放置使用过程中易变形或开裂。钢经淬火后应立即进行回火。,二、回火时组织转变1、马氏体的分解100回火时，钢的组织无变化。100-200加热时，马氏体将发生分解,从马氏体中析出-,碳化物(-FeXC)，使马氏体过饱和度降低。析出的碳化物以细片状分布在马氏体基体上，这种组织称回火马氏体，用M回表示。,透射电镜下的回火马氏体形貌,回火马氏体,在光镜下M回为黑色，A为白色。0.2%C 时，不析出碳化物。只发生碳在位错附近的偏聚。2、残余奥氏体分解

22、,200-300时,由于马氏体分解，奥氏体所受的压力下降,Ms 上升，A 分解,为-碳化物和过饱和铁素体，即M回。,衡成分,内应力大量消除，M回转变为在保持马氏体形态的铁素体基体上分布着细粒状Fe3C组织，称回火托氏体，用T回表示。,发生于250-400，此时，-碳化物溶解于F中，并从铁素体中析出Fe3C。到350,马氏体含碳量降到铁素体平,回火托氏体,3、-碳化物转变为Fe3C,回火索氏体,4、Fe3C聚集长大和铁素体多边形化,400以上,Fe3C开始聚集长大。450 以上铁素体发生多边形化，由针片状变为多边形.这种在多边形铁素体基体上分布着颗,粒状Fe3C的组织称回火索氏体，用S回表示。,

23、三、回火脆性,淬火钢的韧性并不总是随温度升高而提高。在某些温度范围内回火时，会出现冲击韧性下降的现象，称回火脆性。,1、第一类回火脆性又称不可逆回火脆性。是指淬火钢在250-350回火时出现的脆性。,这种回火脆性是不可逆的，只要在此温度范围内回火就会出现脆性，目前尚无有效消除办法。回火时应避开这一温度范围。,2、第二类回火脆性又称可逆回火脆性。是指淬火钢在500-650范围内回火后缓冷时出现的脆性.回火后快冷不出现，是可逆的。防止办法：回火后快冷。,加入合金元素W(约1%)、Mo(约0.5%)。该法更适用于大截面的零部件。,四、回火种类,根据钢的回火温度范围，可将回火分为三类。,淬火加高温回火

24、的热处理称作调质处理，简称调质.,第七节 钢的表面处理和化学热处理,一、钢的表面热处理表面热处理是指在不改变钢或零件表面的化学成分及心部组织情况下，利用快速加热将表层奥氏体化后进行淬火以强化零件表面的热处理方法。,感应加热表面淬火示意图,1、表面淬火常用加热方法 感应加热:利用交变电流在工件表面感应巨大涡流，使工件表面迅速加热的方法。,感应加热分为：高频感应加热 频率为250-300KHz，淬硬层深度0.5-2mm,中频感应加热 频率为2500-8000Hz，淬硬层深度2-10mm。,工频感应加热频率为50Hz,淬硬层深度10-15 mm,2、火焰加热:利用乙炔火焰直接加热工件表面的方法。成本

25、低，但质量不易控制。3、激光热处理:利用高能量密度的激光对工件表面进行加热的方法。效率高，质量好。,二、钢的化学热处理它是将零件放在一定的活性介质中加热和保温，使介质中的活性原子渗入零件表层，从而改变表层的化学成份、组织和性能的工艺方法。根据渗入元素不同，化学热处理分为渗碳、碳氮共渗、渗S、B、金属等,1、钢在奥氏体状态的化学热处理（1）渗碳是向钢的表面渗入碳原子过程，渗碳使工件表面C，具有高硬度和耐磨性，心部塑性、韧性,气体渗C法固体渗C法液体渗C法（高温氰化）,900-950 气体渗剂,煤油甲醇+丙酮,900-950 固体渗剂碳粒+碳酸（BaCO3，Na2CO3),木炭粉NaCl+KCl+

26、Na2CO3化学反应中有氰盐,氰化盐浴炉,（2）碳氮共渗向钢的表面同时渗入碳、氮的过程，也称氰化。早期是在含有氰盐的盐浴中进行，表面硬度高，渗层较深，硬度变化平缓，具有良好的耐磨性和较小的表面脆性。,常用中温气体碳氮共渗,T 700-880,渗剂,煤油+氨气煤气+氨气甲醇+丙烷+氨三乙醇胺或三乙醇胺+20%尿素,T 渗层的碳量 N 渗层厚度优点：加热 变形下降 生产周期短，渗层耐磨性 疲劳强度 抗压强度 兼有一定的抗蚀能力,低温气体碳氮共渗（气体软氮化）T570 处理时间短 渗剂：尿素 具有一定韧性，不易发生剥落现象（3）渗硼将工件置入渗B介质中，加热至800-1000，保温1-6h，渗B介质

27、分解活性B原子渗入表面层，形成Fe2B和FeB，也有单一的Fe2B渗层。渗剂：57-58%B4C，40%Al2O3，2-3%NH4Cl具有较高的耐磨性和良好的耐热性，渗B后可调质处理。,2、钢在铁素体状态下的化学热处理在TAc1,无基本相变前提下，将一种或多种元素渗入钢件表层，改变表面成分、组织与结构，达到耐磨、减磨、抗疲劳、耐腐蚀。（1）渗N渗N是在TA1下使活性N原子渗入工件表面的化学热处理 渗剂：氨气，2NH33H2+2N T:550-570,保温时间20-50h，渗层，变形很小,（2）离子N化在低于一个大气压的渗N气氛中利用工件（阴极）和阳极之间产生的辉光放电进行渗N的工艺。常在真空炉

28、内进行T：550，时间10-12h，渗层0.3mm，HRC 61（3）渗S钢铁表面形成FeS薄膜，可达到降低摩擦系数，抗咬合性 低温电解渗S T：150-250，渗剂：硫氰酸盐（KCNS、NaCNS）硫N共渗 T：520-600，渗剂：无氰熔盐中,第八节 热处理技术条件及工序位置,一、热处理技术条件的标准热处理零件在图样上硬度（技术条件）渗C标准渗C层深度、渗C部位、淬火和回火后硬度表面淬火零件淬硬部位、淬硬层深度和硬度硬度标准：HB为30-40个单位，HRC为5个左右（范围）热处理技术条件：工艺名称，如调质、淬火、回火、高频感应加热,二、热处理工序位置的安排,预备热处理最终热处理,1、预备热

29、处理作用：消除前一工序所造成的某些缺陷（内应力、晶粒粗大、组织不匀），为后续工序准备条件位置：安排在毛坯生成之后，切削加工之前，或粗加工之后，精加工之前,退火、正火的工序位置为消除毛坯的内应力、细化晶粒、均匀组织、改善切削加工性能和为最终热处理作准备安排在毛坯生成之前 调质的工序位置粗加工之后、半精加工之前目的是提高零件的综合力学性能，为后续表面淬火作组织准备下料锻造正火（退火）精加工（留等量）调质半精加工,2、最终热处理安排在磨削之前、半精加工之后 淬火的工序位置a、整体淬火零件加工路线 下料锻造退火（或正火）粗、半精加工（留磨量）淬火回火（低中温）磨削b、表面淬火零件（经预先调质）加工路线

30、,渗C淬火的工序位置 下料锻造正火粗、半精加工（留磨量、局部不渗C处留防渗余量）渗C淬火低温回火磨削,切去防渗C余量淬火低温回火磨削,渗N的工序位置尽量靠后 由于T 变形 氮化层硬而薄，渗N后不进行磨削加工，个别的精磨和超精磨下料锻造退火粗加工调质半精加工去应力退火粗磨渗N精磨和超精磨,三、热处理工艺应用举例P108例：连杆螺栓材料：40Cr钢热处理条件：263-322HBS组织：回火索氏体，不许有块状铁素体工艺路线：下料锻造退火（或正火）粗加工调质精加工,第九节 高聚物的改性,一、化学改性又称结构改性1、共聚改性指由2种或2种以上的单体通过共聚反应而制得共聚物它和由同样单体通过均聚反应制得的

31、均聚物相比，由于分子链的结构发生变化，引入新的结构单元，从而改变了高聚物的性能2、交联改性指使高聚物线型或支链型分子间，彼此交联起来形成空间网状结构,一、物理改性1、掺杂改性共混改性指在高聚物中掺入低分子化合物或不同种类的高聚物，可以改善其性能2、填充、增强改性指为了满足各种应用领域对性能的要求，常需要加入各种填充材料，以弥补树脂本身性能的不足，从而改善高聚物的性能填充改性增强改性指在高聚物中填充各种增强材料，以提高机械强度，改善力学性能。,3、复合改性高聚物可以和各种材料，如金属、木材、水泥、橡胶以及各种纤维等复合。这种以热塑性或热固性塑性为基体材料，与其它材料复合，从而改善其性能的方法。,

32、第十节 材料的复合强化,复合材料两种以上宏观材料组成的新材料性能改善：强度、刚度、耐腐蚀性、耐磨性、密度、疲劳寿命、高温力学性能、绝热性与隔音性颗粒增强承受主要载荷是基体纤维增强承受主要载荷是纤维,第十节 表面处理新技术,近年来，金属材料表面处理新技术得到了迅速发展，开发出许多新的工艺方法，这里只介绍主要的几种。,全方位离子注入与沉积设备,一、热喷涂技术,将热喷涂材料加热至熔化或半熔化状态，用高压气流使其雾化并喷射于工件表面形成涂层的工艺称为热喷涂。,利用热喷涂技术可改善材料的耐磨性、耐蚀性、耐热性及绝缘性等。广泛用于包括航空航天、原子能、电子等尖端技术在内的几乎所有领域。,等离子热喷涂,二、

33、气相沉积技术,气相沉积技术是指将含有沉积元素的气相物质，通过物理或化学的方法沉积在材料表面形成薄膜的一种新型镀膜技术。,根据沉积过程的原理不同，气相沉积技术可分为物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD)两大类。,物理气相沉积TiAl靶,1、物理气相沉积（PVD）物理气相沉积是指在真空条件下，用物理的方法，,使材料汽化成原子、分子或电离成离子，并通过气相过程，在材料表面沉积一层薄膜的技术。物理沉积技术主要包括真空蒸镀、溅射镀、离子镀三种基本方法。,磁控溅射镀膜设备,物理气相沉积具有适用的基体材料和膜层材料广泛；工艺简单、省材料、无污染；获得的膜层膜基附着力强、膜层厚度均匀、致密、针孔少等优

34、点。广泛用于机械、航空航天、电子、光学和轻工业等,离子镀产品,领域制备耐磨、耐蚀、耐热、导电、绝缘、光学、磁性、压电、滑润、超导等薄膜。,2、化学气相沉积(CVD)化学气相沉积是指在一定温度下，混合气体与基体,CVD设备,表面相互作用而在基体表面形成金属或化合物薄膜的方法。例如，气态的TiCl4与N2和H2在受热钢的表面反应生成TiN，并沉积在钢的表面形成耐磨抗蚀的沉积层。,由于化学气相沉积膜层具有良好的耐磨性、耐蚀性、耐热性及电学、光学等特殊性能，已被广泛用于机械制造、航空航天、交通运输、煤化工等工业领域。,三、三束表面改性技术,三束表面改性技术是指将激光束、电子束和离子束(合称“三束”)等

35、具有高能量密度的能源(一般大于103W/cm2)施加到材料表面，使之发生物理、化学变化，以获得特殊表面性能的技术。,1、激光束表面改性技术激光束能量密度高(106W/cm2)，可在短时间内将工件表面快速加热或融化,而心部温度基本不变;当激,光辐射停止后，由于散热速度快，又会产生“自激冷”。激光表面改性技术主要应用于以下几方面:,CO2激光器,电子束表面改性技术是以在电场中高速移动的电子作为载能体,电子束的能量密度最高可达109W/cm2。除所使用的热源不同,外，电子束表面改性技术与激光束表面改性技术的原理和工艺基本类似。凡激光束可进行的处理，电子束也都可进行。,电子束表面改性装置,2、电子束表面改性技术,3、离子注入表面改性技术离子注入是指在真空下，将注入元素离子在几万至几十万电子伏特电场作用下高速注入材料表面，使材料表面层的物理、化学和机械性能发生变化的方法。,通过离子注入可提高材料的耐磨性、耐蚀性、抗疲劳性、抗氧化性及电、光等特性。目前离子注入在微电子技术、生物工程、宇航及医,疗等高技术领域获得了比较广泛的应用，尤其在工具和模具制造工业的应用效果突出。,离子注入处理的铣刀片,