軸承熱處理知識：表面處理資料

表面處理資料

（1）鋼結(jié)構(gòu)的防火處理

鋼材是一種不會(huì)燃燒的建筑材料，它具有抗震、抗彎等特性。在實(shí)際應(yīng)用中，鋼材既可以相對增加建筑物的荷載能力，也可以滿足建筑設(shè)計(jì)美感造型的需要，還避免了混凝土等建筑材料不能彎曲、拉伸的缺陷，因此鋼材受到了建筑行業(yè)的青睞，單層、多層、摩天大樓，廠房、庫房、候車室、候機(jī)廳等采用鋼材都很普遍。但是，鋼材作為建筑材料在防火方面又存在一些難以避免的缺陷，它的機(jī)械性能，如屈服點(diǎn)、抗拉及彈性模量等均會(huì)因溫度的升高而急劇下降。 　　
    鋼結(jié)構(gòu)通常在450～650℃溫度中就會(huì)失去承載能力，發(fā)生很大的形變，導(dǎo)致鋼柱、鋼梁彎曲，結(jié)果因過大的形變而不能繼續(xù)使用，一般不加保護(hù)的鋼結(jié)構(gòu)的耐火極限為15分鐘左右。這一時(shí)間的長短還與構(gòu)件吸熱的速度有關(guān)。 　　
　　要使鋼結(jié)構(gòu)材料在實(shí)際應(yīng)用中克服防火方面的不足，必須進(jìn)行防火處理，其目的就是將鋼結(jié)構(gòu)的耐火極限提高到設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的極限范圍。防止鋼結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中迅速升溫發(fā)生形變塌落，其措施是多種多樣的，關(guān)鍵是要根據(jù)不同情況采取不同方法，如采用絕熱、耐火材料阻隔火焰直接灼燒鋼結(jié)構(gòu)，降低熱量傳遞的速度推遲鋼結(jié)構(gòu)溫升、強(qiáng)度變?nèi)醯臅r(shí)間等。但無論采取何種方法，其原理是一致的。下面介紹幾種不同鋼結(jié)構(gòu)的防火保護(hù)措施。 　　

　　一、外包層。就是在鋼結(jié)構(gòu)外表添加外包層，可以現(xiàn)澆成型，也可以采用噴涂法?，F(xiàn)澆成型的實(shí)體混凝土外包層通常用鋼絲網(wǎng)或鋼筋來加強(qiáng)，以限制收縮裂縫，并保證外殼的強(qiáng)度。噴涂法可以在施工現(xiàn)場對鋼結(jié)構(gòu)表面涂抹砂泵以形成保護(hù)層，砂泵可以是石灰水泥或是石膏砂漿，也可以摻入珍珠巖或石棉。同時(shí)外包層也可以用珍珠巖、石棉、石膏或石棉水泥、輕混凝土做成預(yù)制板，采用膠粘劑、釘子、螺栓固定在鋼結(jié)構(gòu)上。 　　
　　二、充水(水套)?？招男弯摻Y(jié)構(gòu)內(nèi)充水是抵御火災(zāi)最有效的防護(hù)措施。這種方法能使鋼結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中保持較低的溫度，水在鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)循環(huán)，吸收材料本身受熱的熱量。受熱的水經(jīng)冷卻后可以進(jìn)行再循環(huán)，或由管道引入涼水來取代受熱的水。 　　
　　三、屏蔽。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)置在耐火材料組成的墻體或頂棚內(nèi)，或?qū)?gòu)件包藏在兩片墻之間的空隙里，只要增加少許耐火材料或不增加即能達(dá)到防火的目的。這是一種最為經(jīng)濟(jì)的防火方法。 　　　　    
      四、膨脹材料。采用鋼結(jié)構(gòu)防火涂料保護(hù)構(gòu)件，這種方法具有防火隔熱性能好、施工不受鋼結(jié)構(gòu)幾何形體限制等優(yōu)點(diǎn)，一般不需要添加輔助設(shè)施，且涂層質(zhì)量輕，還有一定的美觀裝飾作用，屬于現(xiàn)代的先進(jìn)防火技術(shù)措施。 　　
　　目前，高層鋼結(jié)構(gòu)建筑日趨增多，尤其是一些超高層建筑，采用鋼結(jié)構(gòu)材料更為廣泛。高層建筑一旦發(fā)生火災(zāi)事故，火不是在短時(shí)間內(nèi)就能撲滅的，這就要求我們在建筑設(shè)計(jì)時(shí)，加大對建筑材料的防火保護(hù)，以增強(qiáng)其耐火極限，并在建筑內(nèi)部制訂必要的應(yīng)急方案，以減少人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。

（2）常用火焰噴涂塑料材料及性能

塑料種類很多，根據(jù)塑料受熱的性能，可分為熱塑性塑料及熱固性塑料兩大類?；鹧鎳娡坑盟芰戏勰┮话阌伤芰显霞由细男圆牧现瞥桑@些改性材料，包括各種填料、顏料、流平劑、增韌劑等。通過改性，使塑料粉末容易進(jìn)行火焰噴涂。使制成的涂層具有所要求的顏色和各種性能。
熱塑性塑料的特點(diǎn)是可隨溫度上升而變軟或熔化，冷卻后則凝固成型變硬，這個(gè)過程為可逆過程可反復(fù)進(jìn)行多次，通常熱塑性塑料，具有優(yōu)良的抗化學(xué)性、韌性和彎曲性能，火焰噴涂常用的熱塑性塑料主要有聚乙烯、尼龍、聚丙烯、聚苯硫醚、氯化聚醚、EVA等，其中以聚乙烯、尼龍應(yīng)用最多最廣。
熱固性塑料的特點(diǎn)是用某些較低聚合度的予聚體樹脂，在一定溫度下或加入固化劑條件下，固化成不能再次熔化或熔融的，質(zhì)地堅(jiān)硬的最終產(chǎn)物，溫度再升高，產(chǎn)品只能分解，不能再軟化。熱固性塑料分子量較低，所以具有較好的流平性、潤濕性；因而能很好地粘附在工件表面，并具有較好的裝飾性能。火焰噴涂常用的熱固性塑料粉末有環(huán)氧、環(huán)氧/聚酯及聚酯粉末等。
1、聚乙烯(PE）
聚乙烯為白色透明物質(zhì)，外觀似石蠟，可著色，可彎曲，稍具延伸性。
聚乙烯是乙烯的高分子聚合物，因生產(chǎn)方法不同，產(chǎn)品分為高密度 HDPE(低壓0.9411～0.965)。中密度MDPE(中壓0.926～0.940)低密度LDPE(高壓 0.910～0.025)。三者性質(zhì)相似，但高密度聚乙烯在無負(fù)載和短期內(nèi)耐溫較高些(HDPE為100℃，LDPE為 75℃)，高密度聚乙烯最高使用溫度為70℃，低密度聚乙烯為60℃，聚乙烯最低使用溫度為-70℃。
通常，聚乙烯隨密度增加，抗張強(qiáng)度、硬度、耐熱性均增高。
聚乙烯有優(yōu)良的耐蝕性，對非氧化性酸(如鹽酸、稀硫酸、氫氟酸)、稀硝酸、堿、油(冷)和鹽溶液都有良好的耐蝕性，能耐極性有機(jī)物(醇、酮)、水。在室溫下耐一般溶劑，但在 60℃以上溶于芳烴、氯化溶劑及熔蠟中，有些溶劑能使其溶脹。

聚乙烯不耐濃硝酸、濃硫酸和其它強(qiáng)氧化劑的腐蝕。
聚乙烯粉末涂層的物理化學(xué)性能如表 1。

表1聚乙烯粉末涂層的物理化學(xué)性能

注：試驗(yàn)采用 1.5m鋼板，涂后在30～35℃條件下、酸堿浸漬10d溶劑油類分別浸漬30d和100d后測試。

聚乙烯粉末涂層與其它涂層性能比較見表 2

表2聚乙烯等其它品種粉末涂層的性能比較

2、尼龍(聚酰胺)

尼龍是一種應(yīng)用很廣的熱塑性塑料，最高應(yīng)用溫度為 80～120℃，最低使用溫度為-50～-60℃。
尼龍具有良好的耐蝕性，十分耐堿和大多數(shù)鹽水、稀酸。但不耐強(qiáng)酸和氧化性酸的腐蝕。對烴、酮、酯、油類抗蝕能力良好，不耐酚和甲酸的腐蝕。
尼龍強(qiáng)度高，堅(jiān)韌、耐磨損，有潤滑作用，所以常用作耐磨涂層，如:印刷機(jī)械中的鋼制墨輥、車床導(dǎo)軌、潤滑涂層如軸承等。
尼龍對生物侵蝕是惰性的，無毒，受細(xì)菌作用，可作食品和牛奶等容器表面涂層。
火焰噴涂常用的尼龍粉末有尼龍 11、尼龍12、尼龍1010及一些二元、三元共聚尼龍，尼龍層與金屬附著力好

續(xù)表 4 尼龍11涂層的耐化學(xué)品性能

3、聚丙烯
聚丙烯是丙烯的高分子量聚合物，外觀似聚乙烯但比聚乙烯更輕更透明。聚丙烯密度低(0.90)耐蝕性和聚乙烯相似，且較低，應(yīng)用溫度范圍為-14～+120℃。除濃硝酸，發(fā)煙硫酸、氯磺酸等強(qiáng)氧化性酸外，能耐大多數(shù)的有機(jī)和無機(jī)酸、堿和鹽，對應(yīng)力腐蝕破裂的抗蝕性良好。80℃以下能耐有機(jī)溶劑，但能被某些強(qiáng)有機(jī)溶劑破壞。
聚丙烯強(qiáng)度高于聚乙烯，軟化點(diǎn)較高（180℃）。硬度接近尼龍，剛性好，常溫下耐沖擊性能良好。耐溫性高，在低應(yīng)力下可長期使用于110～120℃。

4、聚苯硫醚（PPS）
聚苯硫醚通常指對苯基硫的聚合物。交聯(lián)前是一種線型結(jié)構(gòu)，呈熱塑性，是一類具有支鏈、無結(jié)晶熔點(diǎn)、高粘度聚合物、交聯(lián)后呈熱固性，若予以充分加熱，卻還能軟化到一定程度，因此并非真正熱固性塑料。
聚苯硫醚密度1.36，熔點(diǎn)288℃，是一種硬而脆、熱穩(wěn)定性優(yōu)良的熱塑性塑料，同時(shí)它具有優(yōu)良的電絕緣性和粘結(jié)性，適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度，應(yīng)用溫度范圍為-148～+250℃。
聚苯硫醚的化學(xué)惰性及耐高溫性使它成為良好的耐腐蝕涂層。

聚苯硫醚防腐涂層可耐170℃下的各種溶劑，200℃下的各種酸堿、鹽和化學(xué)藥品，但易受鹵素和氧化性介質(zhì)，如游離氯、溴、硝酸、過氧化氫等腐蝕。聚苯硫醚的熔區(qū)寬300～420℃，故有良好的流動(dòng)性，且無毒、不燃。與金屬的粘接力強(qiáng)，因此是一種良好的耐腐蝕涂層。

5、氯化聚醚
氯化聚醚是線型、高結(jié)晶度的熱塑性塑料，具有較高的熔點(diǎn)（180℃），優(yōu)良的耐熱、耐腐蝕性能以及良好的機(jī)械性能和電性能?？箾_擊強(qiáng)度高，耐磨性和尺寸穩(wěn)定性優(yōu)良，吸水性小。應(yīng)用溫度范圍為-30～+120℃。
氯化聚醚的耐蝕性僅次于聚四氟乙烯，可與聚三氟氯乙烯媲美，除強(qiáng)氧化性酸如濃硫酸、濃硝酸外，能耐各類酸、堿、鹽及大多數(shù)有機(jī)溶劑的腐蝕，不耐液氯、氟、溴的腐蝕。
氯化聚醚的導(dǎo)熱系數(shù)低于大多數(shù)耐腐蝕熱塑性塑料，適宜作絕熱材料。

6、EVA（乙烯—醋酸乙烯酯共聚物）
EVA是乙烯與醋酸乙烯酯的共聚物，是一種具有橡皮似彈性的熱塑性塑料。EVA的性能與醋酸乙烯酯（VA）的含量有很大的關(guān)系，VA越少，越像低密度聚乙烯，而VA越多越像橡皮。EVA在較廣的溫度范圍（-45～70℃）質(zhì)堅(jiān)韌，加入填料能使剛性和硬度提高。填料增多，對其主要性能影響不大，耐紫外光及臭氧。
EVA熔點(diǎn)低，（80～100℃）密度0.93～0.95。施工方便，化學(xué)物理性能良好，耐稀酸、濃堿、不耐濃酸，50℃以上能溶于芳烴及氯化溶劑中。耐候性優(yōu)于聚乙烯。EVA還有良好的抗霉菌生長的特性，可作食品容器防護(hù)涂層。

7、氟塑料

氟塑料是各種含氟塑料的總稱，由含氟單體如四氟乙稀，六氟丙烯，三氟氯乙烯，偏氟乙烯，氟乙烯及乙烯等單體通過均聚或共聚反應(yīng)制得，按數(shù)量及用途來說，以聚四氟乙烯（F4）最為重要。其它還有聚三氟氯乙烯（F3），聚全氟代乙丙烯（F46）等。
氟塑料具有優(yōu)良的電絕緣性能，摩擦系數(shù)極低，與其它物質(zhì)親和力最小，具有優(yōu)良的不粘性。尤其是其化學(xué)性能優(yōu)異，熱穩(wěn)定性能好。如F4，除了金屬鈉、氟元素及其化合物對它有侵蝕作用外，其他諸如強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、油脂、去污劑及有機(jī)溶劑等化學(xué)藥品均對它不起作用，使用溫度范圍為-200～+260℃。為抗蝕性最好的塑料。
氟塑料本身無毒，但遇熱分解時(shí)，則產(chǎn)生劇毒，所以應(yīng)特別注意。

8、環(huán)氧粉末涂料

環(huán)氧樹脂是環(huán)氧基的高分子聚合物的通稱，未固化前它屬于熱塑性樹脂，加入固化劑后能發(fā)生一系列交聯(lián)反應(yīng)，形成具有附著力極佳，堅(jiān)韌度和抗化學(xué)性能均好的熱固性樹脂，環(huán)氧樹脂能耐一般溶劑，耐稀酸、稀堿、強(qiáng)堿，不耐強(qiáng)氧化劑如硝酸、濃硫酸等的腐蝕，耐水性非常好，最高使用溫度為90～100℃（一般型）、150℃（耐熱型）。
在熱固性粉末涂料中，環(huán)氧粉末涂料是首先應(yīng)用的一個(gè)品種，也是粉末涂料中，銷售量占首位的品種。
環(huán)氧粉末涂料有有光、半光、無光環(huán)氧粉末涂料（普通型）和防腐型環(huán)氧粉末涂料之分。普通環(huán)氧粉末密度1.5～1.8、熔點(diǎn)85～95℃。

9、環(huán)氧/聚酯粉末涂料

環(huán)氧/聚酯粉末是由環(huán)氧、聚酯為主要原料的熱固性粉末涂料。它比環(huán)氧粉末具有更好的裝飾性、耐候性。
環(huán)氧/聚酯粉末密度1.4～1.8、熔點(diǎn)85℃～95℃。

（3）復(fù)合熱處理對CrWMn鋼組織的影響

內(nèi)容摘要:摘要：研究了CrWMn鋼經(jīng)復(fù)合熱處理后的組織變化。結(jié)果表明，采用790℃/680℃循環(huán)球化退火可代替常規(guī)等溫球化退火，并能縮短球化退火周期，節(jié)約能源。采用高溫固溶處理加790℃/680℃循環(huán)球化退火，可獲得高彌散度碳化物，使CrWnMn鋼的最終組織得到改善，強(qiáng)韌性明顯提高。復(fù)合熱處理。

摘　要：研究了CrWMn鋼經(jīng)復(fù)合熱處理后的組織變化。結(jié)果表明，采用790℃/680℃循環(huán)球化退火可代替常規(guī)等溫球化退火，并能縮短球化退火周期，節(jié)約能源。采用高溫固溶處理加790℃/680℃循環(huán)球化退火，可獲得高彌散度碳化物，使CrWnMn鋼的最終組織得到改善，強(qiáng)韌性明顯提高。
關(guān)鍵詞：CrWMn鋼；復(fù)合熱處理；球化退火；顯微組織

1　前言
CrWMn鋼可用于制造各種形狀復(fù)雜的冷擠壓模和沖裁模，具有較高的淬透性，淬火和低溫回火后具有較高的硬度和耐磨性。但經(jīng)常規(guī)熱處理后此鋼易形成網(wǎng)狀碳化物，在模具的受力部位形成開裂和剝落。模具的失效主要是由磨損、強(qiáng)度和韌性不足而造成的。本文擬通過適當(dāng)?shù)膹?fù)合熱處理來改善CrWMn鋼的組織，提高其強(qiáng)度和韌性，以獲得較好的綜合性能。
2　試驗(yàn)過程
試驗(yàn)用CrWMn鋼為40mm棒材，為淬火＋低溫回火態(tài)，硬度58HRC。其主要化學(xué)成分見表1。

表1　CrWMn鋼的主要化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))　w(%)
元素CCrWMnSi 含量0．90～
1．050．90～
1．201．20～
1．600．8～
1．100．15～
0．35

對CrWMn鋼的復(fù)合熱處理分為兩個(gè)步驟，一是預(yù)處理，二是淬火＋低溫回火。預(yù)處理工藝見圖1。

圖1　CrWMn鋼預(yù)處理工藝
(a)　常規(guī)退火(b)　等溫球化退火
(c)　循環(huán)球化退火(d)　高溫固溶＋循環(huán)球化退火

CrWMn鋼經(jīng)不同工藝預(yù)處理后，選擇組織形態(tài)、分布較好的試樣，在不同溫度條件下進(jìn)行淬火＋低溫回火的最終熱處理，觀察其組織形態(tài)與分布，測定硬度變化。最終熱處理工藝見圖2。

圖2　CrWMn鋼淬火＋回火工藝

3　試驗(yàn)結(jié)果及分析

圖3為CrWMn鋼經(jīng)不同預(yù)處理工藝處理后的顯微組織照片，CrWMn鋼經(jīng)常規(guī)退火后的硬度為180～190HB，經(jīng)圖1所示熱處理工藝處理后為180～200HB。

圖3　CrWMn鋼預(yù)處理后組織
(a)　常規(guī)退火(b)等溫球化退火(c)　循環(huán)球化退火(d)　固溶＋循環(huán)球化退火

由圖3可看出，經(jīng)常規(guī)退火處理后的CrWMn鋼組織中碳化物呈片狀分布；經(jīng)810℃等溫球化退火處理后，碳化物呈不規(guī)則的顆粒狀分布在鐵素體基體上，分布不均勻；經(jīng)790℃/680℃3次循環(huán)球化退火處理后，顆粒狀碳化物尺寸變小，分布較為均勻；經(jīng)1050℃固溶加790℃/680℃3次循環(huán)球化退火處理后，碳化物呈細(xì)小顆粒狀析出且彌散程度高。

從工藝上看，在獲得相同硬度情況下，用790℃/680℃3次循環(huán)球化退火，不僅可代替830℃等溫球化退火，而且能改善組織中碳化物的形態(tài)和分布、縮短球化退火時(shí)間，節(jié)約能源。這是因?yàn)檠h(huán)球化退火在Ac1(750℃)以上加熱保溫過程中，片狀珠光體中的碳化物從尖角處溶解破斷，而在Ar1(710℃)以下保溫過程中，在原片狀碳化物的平面處析出顆粒狀碳化物，從而加速了CrWMn鋼球化過程的進(jìn)行，改善了碳化物的形態(tài)和分布。在1050℃高溫條件下，CrWMn鋼中大量難溶的W、Cr等合金元素的碳化物溶入奧氏體中，經(jīng)油淬后得到馬氏體或下貝氏體組織，在隨后進(jìn)行的790℃/680℃循環(huán)球化退火過程中，則會(huì)彌散地析出點(diǎn)狀的W、Cr的碳化物。

因此，對于一般要求的CrWMn鋼，采用790℃/680℃3次循環(huán)球化退火工藝，既可滿足組織和硬度的要求，又能提高生產(chǎn)率，降低能耗；而對要求較高的可選用1050℃高溫固溶加790℃/680℃3次循環(huán)球化退火的預(yù)處理工藝。

圖4為經(jīng)1050℃固溶加790℃/680℃3次循環(huán)球化退火處理后，經(jīng)不同溫度油淬低溫回火后的CrWMn鋼的顯微組織。

圖4　CrWMn鋼不同溫度淬火＋低溫回火后組織
(a)　790℃淬火＋200℃回火(b)　830℃淬火＋200℃回火(c)　870℃淬火＋200℃回火(d)　900℃淬火＋200℃回火

4         結(jié)論

(1)　對CrWMn鋼采用790℃/680℃　3次循環(huán)球化替代常規(guī)退火、等溫球化退火，不僅可以改善其組織狀態(tài)和性能，而且還可以提高熱處理生產(chǎn)率，降低能耗。
(2)　1050℃固溶加790℃/680℃　3次循環(huán)球化退火，可進(jìn)一步改善CrWMn鋼的組織狀態(tài)分布，提高其性能。
(3)　經(jīng)1050℃固溶加790℃/680℃　3次循環(huán)球化退火處理后，再經(jīng)830℃油淬200℃回火處理，CrWMn鋼組織均勻而細(xì)小，碳化物彌散程度高，其耐磨性和綜合性能好。■

作者簡介：陳文華(1963—)，男，碩士，講師。主要研究方向?yàn)榻饘俦砻娓男约敖饘俨牧虾附?。?lián)系電話：025-4892912(O)
作者單位：陳文華(南京航空航天大學(xué)，南京210016)

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