中国矿业大学材料学院：《表面改性技术》课程电子教案（PPT教学课件）第六章 表面改性技术 6.2 电子束表面改性技术

第六章表面改性新技术 ③ S&三 CH口口L口 F MATER1 ALS SCIENGE& ENGINEERING 甲62电子束表面改性技术 a电子束表面改性技术与激光技术一样, 矿 业 都是近年来迅速发展起来的表面处理新 天技术,它具有节约能源、防止环境污染 提高生产率和提高产品质量等优点,已在 科 科 各发达国家得到广泛应用 学 与 程 学 况

1 6.2电子束表面改性技术 电子束表面改性技术与激光技术一样， 都是近年来迅速发展起来的表面处理新 技术，它具有节约能源、防止环境污染、 提高生产率和提高产品质量等优点，已在 各发达国家得到广泛应用。 第六章 表面改性新技术

第六章表面改性新技术 ③ S&三 CH口口L口 F MATER1 ALS SCIENGE& ENGINEERING 621电子束技术概述 x电子束是一束集中的高速电子 它的速度取决于加速电压的高低,可达到 大光速的2/3左右 具有高的功率和功率密度的电子束撞击材 料表面,可使能量沉积在材料的亚表层区 域,并可形成亚稳金属合金。 与可在几分之一秒甚至千分之一秒把金属材 料由室温加热至奥氏体转变温度或熔化温度 学 2 况

2 6.2.1电子束技术概述 电子束是一束集中的高速电子。 它的速度取决于加速电压的高低，可达到 光速的2／3左右。 具有高的功率和功率密度的电子束撞击材 料表面，可使能量沉积在材料的亚表层区 域，并可形成亚稳金属合金。 可在几分之一秒甚至千分之一秒把金属材 料由室温加热至奥氏体转变温度或熔化温度。 第六章 表面改性新技术

第六章表面改性新技术 ③ S&三 CH口口L口 F MATER1 ALS SCIENGE& ENGINEERING 电子束的产生 灯丝 甲国矿业大学材科科学与工程学院 栅板 阳极 排气 电磁透镜 电子東 偏转线圈 排气 工件 工作台

3 第六章 表面改性新技术

第六章表面改性新技术 ③ S&三 CH口口L口 F MATER1 ALS SCIENGE& ENGINEERING 622电子束表面改性的特点 (1)电子束淬火处理在真空中进行,减少了 氧化、氮化的影响,可得到纯净、质量很好 天的表面处理层。 学(2)电子束加热能量的转换率为80% 材 90%,能量利用率非常高。并且可以局部淬火 料和表面合金化,避免了整体加热,所以应用电 与子束可以大大节约能源,属节能型表面改性 法。 程 学 况

4 6.2.2电子束表面改性的特点 （1）电子束淬火处理在真空中进行，减少了 氧化、氮化的影响，可得到纯净、质量很好 的表面处理层。 （2）电子束加热能量的转换率为80%～ 90%，能量利用率非常高。并且可以局部淬火 和表面合金化，避免了整体加热，所以应用电 子束可以大大节约能源，属节能型表面改性 法。 第六章 表面改性新技术

第六章表面改性新技术 ③ S&三 CH口口L口 F MATER1 ALS SCIENGE& ENGINEERING 622电子束表面改性的特点 =(3)电子束淬火时靠金属基体自行冷却淬 火介质,一般也不需要特别的冷却装置。 (4)由于能量集中、热作用点小,在加热 时形成的热应力小;由于硬化层浅,组织 料应力也小,所以零件变形小。 (5)在进行表面合金化时,能在极短的 与时间内达到一般渗金属几小时或几十小时 程的渗层效果。 学 况

5 6.2.2电子束表面改性的特点 （3）电子束淬火时靠金属基体自行冷却淬 火介质，一般也不需要特别的冷却装置。 （4）由于能量集中、热作用点小，在加热 时形成的热应力小；由于硬化层浅，组织 应力也小，所以零件变形小。 （5）在进行表面合金化时，能在极短的 时间内达到一般渗金属几小时或几十小时 的渗层效果。 第六章 表面改性新技术

第六章表面改性新技术 ③ S&三 CH口口L口 F MATER1 ALS SCIENGE& ENGINEERING 622电子束表面改性的特点 x(6)电子束加热可以用于各种钢种和铸 矿 业 铁的表面硬化以及表面合金化,也适用形 大状复杂的零件的处理,所以用途较为广 学 材 泛 (7)电子束功率等参数可以控制,因此, 表面改性的位置、深度等工艺和性能指标 弓也能严格控制。 程 学 况

6 6.2.2电子束表面改性的特点 （6）电子束加热可以用于各种钢种和铸 铁的表面硬化以及表面合金化，也适用形 状复杂的零件的处理，所以用途较为广 泛。 （7）电子束功率等参数可以控制，因此， 表面改性的位置、深度等工艺和性能指标 也能严格控制。 第六章 表面改性新技术

严(第六章表面改性新技术 ③ S&三 CH口口L口 F MATER1 ALS SCIENGE& ENGINEERING 622电子束表面改性方法 电子束表面相变强化 在加热时,电子束以很高的速度轰击金属 业 表面,电子与金属材料中的原子相碰撞,给 原子以能量,使金属表面温度迅速升高。由 于电子束能量密度高,作用于金属表面的能 量集中,故而温度梯度很大,当表面达到相 与变点以上温度时,基体金属仍保持冷态。 程 实现金属表面“自淬火” 学 况

7 6.2.2电子束表面改性方法 一、电子束表面相变强化 在加热时，电子束以很高的速度轰击金属 表面，电子与金属材料中的原子相碰撞，给 原子以能量，使金属表面温度迅速升高。由 于电子束能量密度高，作用于金属表面的能 量集中，故而温度梯度很大，当表面达到相 变点以上温度时，基体金属仍保持冷态。 实现金属表面“自淬火”。 第六章 表面改性新技术

第六章表面改性新技术 ③ S&三 CH口口L口 F MATER1 ALS SCIENGE& ENGINEERING 甲622电子束表面改性方法 一、电子束表面相变强化 业获得一种超细晶粒组织。这是电子束快速 加热的最大特点。 材 科 淬硬层组织的致密性很好,有较高的耐腐 料蚀性能。 学 与 程 学 8 况

8 6.2.2电子束表面改性方法 一、电子束表面相变强化 获得一种超细晶粒组织。这是电子束快速 加热的最大特点。 淬硬层组织的致密性很好，有较高的耐腐 蚀性能。 第六章 表面改性新技术

第六章表面改性新技术 ③ S&三 CH口口L口 F MATER1 ALS SCIENGE& ENGINEERING 电子束表面合金化 将具有特殊性能的合金元素粉末涂覆在金 矿 业 属表面上,然后用电子束加热熔化,或在电 大子束作用的同时加入所需合金粉末使其熔融 在工件表面上,使零件表面形成一层很薄的 具有良好性能的合金表面层,从而使金属表 *面能获得很好的耐磨、耐腐蚀及耐热的性 与 能 程 学 9 况

9 二、电子束表面合金化 将具有特殊性能的合金元素粉末涂覆在金 属表面上，然后用电子束加热熔化，或在电 子束作用的同时加入所需合金粉末使其熔融 在工件表面上，使零件表面形成一层很薄的 具有良好性能的合金表面层，从而使金属表 面能获得很好的耐磨、耐腐蚀及耐热的性 能。 第六章 表面改性新技术

第六章表面改性新技术 ③ S&三 CH口口L口 F MATER1 ALS SCIENGE& ENGINEERING 电子束表面合金化 用电子束快速加热进行表面合金化处理, 业尽管时间很短,但仍完成了液体金属的混合 米和合金元素的扩散并重新分布的过程,从而 获得了满意的表面合金化结构与硬度。 科 学 与 程 学 10 况

10 二、电子束表面合金化 用电子束快速加热进行表面合金化处理， 尽管时间很短，但仍完成了液体金属的混合 和合金元素的扩散并重新分布的过程，从而 获得了满意的表面合金化结构与硬度。 第六章 表面改性新技术