表面处理强化技术：轴承钢表面强化方法有哪些

表面处理强化技术：轴承钢表面强化方法有哪些

轴承零件工作表面和心部在状态、结构和性能要求方面是有较大的差别的,而整体热处理往往使二着不能兼顾,材料的潜力也得不到充分发挥。应用材料表面强化技术不仅可以较好地解决表面和心部在结构和要求方面的差异,而且还可以进一步使表面获得某些特殊的工作性能,以满足在特定条件下工作的轴承对工作表面性能的要求。这在现代化科学技术发展中是非常有意义的。

传统的表面强化方法，工艺上属于热处理的范畴。而近代发展起来的激光、电子束、离子束等表面强化方法，不仅将一些高新技术应用于材料的表面强化，而且在工艺上已经超出了传统的热处理范畴，形成了新的技术领域。因此现在的表面强化技术可以从不同的角度形成多种分类方法，按表层强化技术的物理化学过程进行分类，大致可分为五大类：表面变形强化、表面热处理强化、化学热处理强化、表面冶金强化、表面薄膜强化。

1.表面变形强化

通过机械的方法使金属表面层发生塑性变形，从而形成高硬度和高强度的硬化层，这种表面强化方法称为表面变形强化，也称为加工硬化。包括喷丸、喷砂、冷挤压、滚压、冷碾和冲击、爆炸冲击强化等。这些方法的特点是：强化层位错密度增高，亚晶结构细化，从而使其硬度和强度提高，表面粗糙度值减小，能显著提高零件的表面疲劳强度和降低疲劳缺口的敏感性。这种强化方法工艺简单、效果显著，硬化层和基体之间不存在明显的界限，结构连贯，不易在使用中脱落。其多数方法已在轴承工业中得到应用：滚动体的表面撞击强化就是这类方法的应用，精密碾压已成为新的套圈加工和强化方法。

2.表面热处理强化

利用固态相变，通过快速加热的方法对零件的表面层进行淬火处理称为表面热处理，俗称表面淬火。包括火焰加热淬火、高(中)频感应加热淬火、激光加热或电子束加热淬火等。这些方法的特点是：表面局部加热淬火，工件变形小；加热速度快，生产效率高；加热时间短，表面氧化脱碳很轻微。该方法特别是对提高承受一定冲击载荷的大型和特大型轴承零件的耐磨性和疲劳强度效果显著。

3.化学热处理强化

利用某种元素的固态扩散渗入，来改变金属表面层的化学成分，以实现表面强化的方法称为化学热处理强化，也称之为扩散热处理。包括渗硼、渗金属、渗碳及碳氮共渗、渗氮及氮碳共渗、渗硫及硫氮碳共渗、渗铬、渗铝及铬铝硅共渗、石墨化渗层等等，种类繁多、特点各异。渗入元素或溶入基体金属形成固溶体，或与其他金属元素结合形成化合物。总之渗入元素即能改变表面层的化学成分，又可以得到不同的相结构。渗碳轴承钢零件的处理工艺和滚针轴承套的表面渗氮强化处理均属这一类强化方法。

4.表面冶金强化

利用工件表面层金属的重新融化和凝固，以得到预期的成分或组织的表面强化处理技术称为表面冶金强化。包括表面自溶性合金或复合粉末涂层、表面融化结晶或非晶态处理、表面合金化等方法。特点是采用高能量密度的快速加热，将金属表面层或涂覆于金属表面的合金化材料熔化，随后靠自己冷却进行凝固以得到特殊结构或特定性能的强化层。这种特殊的结构或许是细化的晶体组织，也或许是过饱和相、亚稳相、甚至是非晶体组织，这取决于表面冶金的工艺参数和方法。

滚动轴承行业在微型轴承工作表面做过激光加热强化研究，效果良好。

5.表面薄膜强化

应用物理的或化学的方法，在金属表面涂覆于基体材料性能不同的强化膜层，称为表面薄膜强化。它包括电镀、化学镀(镀铬、镀镍、镀铜、镀银等)以及复合镀、刷镀或转化处理等，也包括近年来发展较快的高新技术：如CVD、PVD、P-CVD等气相沉积薄膜强化方法和离子注入表面强化技术(也称原子冶金技术)等等。它们共同的特点是均能在工作表面形成特定性能的薄膜，以强化表面的耐磨性、耐疲劳、耐腐蚀和自润滑等性能。例如离子注入技术强化轴承工作表面，能使轴承工作表面的耐磨性、耐蚀性、和抗接触疲劳性能都得到显著提高，从而使轴承的使用寿命得到成倍的增长。

什么金属是最硬的？

最硬的金属—铬(Cr)

铬是1797年由法国沃奎林(L.N.Vauquelin)在“西伯利亚红铅矿”(即铬酸铅矿)中发现的。由于铬的化合物有黄(如铬酸镁、铬酸铅)、绿(氧化铬、硫酸铬)、桔红(重铬酸钾)、猩红(铬酸)、蓝紫色(含水硫酸铬又名铬矾)等多种多样的颜色，法国化学家伏克劳(A.F.de Fourcroy)和霍伊(R.J.Haü y)将其取名为Chromium(铬)，来源于希腊语Chroma,意为“颜色”。铬在地壳中的丰度为122ppm，主要以铬铁矿存在，绿宝石和红宝石中的颜色就是其中铬盐的颜色。工业上主要通过焦炭还原铬铁矿及铝或硅还原三氧化二铬，再通过精炼得到。

金属铬具有银白色光泽，是最坚硬的金属。用铬和其他金属组成的合金可大大提高金属的硬度，延长使用寿命，如用高铬铸钢作为轧钢导板材料寿命比铸铁导板长500倍。铬还具有优异的抗腐蚀能力。1913年，英国科学家布里尔利采用铬和铁等金属制备合金，但对成品的一项指标并不满意，于是将它扔进了废品堆。然而过了很长时间后，废品堆中许多金属都已锈迹斑斑，而该合金却仍然光亮如新。于是他进行了重新研究，制得了材料新秀—不锈钢。目前，不锈钢在日常生活、医疗器械及汽车、造船工业等各方面都得到了广泛的应用，现在的不锈钢虽然各种各样，但仍以铬为主要添加元素。铬还常用于电镀，金属表面镀铬后可增加硬度，防止腐蚀。在我国秦始皇兵马俑出土的秦俑佩戴的兵刃和剑上就镀有金属铬，这说明我国人民2000年前就掌握了镀铬技术。铬的化合物也用于各行各业。重铬酸钾广泛用于造革工业和纺织工业；也常溶解于浓流酸或浓硝酸中制成洗液，清洗玻璃仪器上的油迹和污斑；在分析化学中以重铬酸钾作氧化剂，来测定铁矿中铁的含量，俗称“重铬酸钾法”。铬酸锌是合成甲醇的催化剂。三氧化二铬是乙烯聚合反应的催化剂。铬绿(即氧化铬)和铬黄(即铬酸铅)是重要的颜料。

铬是人体必需的微量元素。铬是胰岛素不可缺少的辅助成份，通过参与糖的代谢过程，促进脂肪和蛋白质的合成，进而促进生长发育。糖尿病人的血液和头发中含铬量低，心血管疾病也与体内铬含量低有关。现在还有人认为近视眼与人体缺铬有关。当人体缺铬时，胰岛素作用降低使糖的利用发生障碍，结果血内脂肪和类脂，特别是胆固醇含量增加，出现动脉硬化—糖尿病的综合缺铬症。若出现高血糖、糖尿、血管硬化时，血糖增高引起渗透压降低，造成眼睛晶状体和房水渗透压改变，促使晶状体变凸，屈光度增加，形成近视。一般来讲，儿童10岁以下时体内铬含量较高，但10到30岁体内铬会突然降低，因此这一阶段最易发生近视，应注意摄取含铬高的食物。动物肝脏、牛肉、胡椒、小麦、面粉、红糖等含铬较多，但食品经过加工铬含量会大大降低，如白糖比红糖铬含量少5/6，小麦加工后也减少约5/6左右。三价铬基本无毒，但六价铬毒性很强，铬酸盐和重铬酸盐毒性更大。若经常吸入含重铬酸盐的空气，会引起鼻中隔穿孔、眼结膜炎和咽喉溃疡。如果不慎口服了重铬酸盐则会引起呕吐、腹泻、肾炎、尿毒症甚至死亡。长期吸入六价铬的粉尘会引起肺癌。

由于铬极为广泛的使用，特别是电镀行业的废水废渣中含有大量的六价铬，很容易造成环境污染。处理含铬废渣主要采用亚铁还原法，将六价铬还原为无毒的三价；也可采用钡固定法，使六价铬生成不溶性的铬酸钡，用于建材。