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第2页，共19页首先失效分析：退火回火照片；何种处理？国产国外3.5实际“设计”案例接线座检测：用力小导线压不紧；用力大变形；如何解决？低碳钢下料模具挤压成型挤压成型电镀成品第2页，共19页国外设计思想分析设计案例讨论国外为什么采用表面技术？理论分析：受力分析、类似一个悬臂梁螺栓施加力“片体”发变形依靠片本身的弹性压紧导线。材料性能要求：良好的弹性选何种材料？问题1:弹性元件选何种材料?如何处理?采用下面技术路线弹簧钢下料模具挤压成型挤压成型淬火+回火+电镀成品？问题：冷挤压成型.导线夹形状复杂;碳含量高韧性差挤压开裂,同时模具极易损坏.国外设计思想：表面变成弹簧钢第2页，共19页国外设计思路与加工路线低碳钢冷挤压成型渗碳淬火+中温回火电镀(表面“弹簧钢”碳浓度0.6%,渗层0.4mm)第2页，共19页低碳钢冷挤压成型碳氮共渗（840℃）淬火+中温回火电镀我们设计思路1：性能比较：优于国外产品问题：变形较严重；废品率较高第2页，共19页创新设计思路2：低碳钢冷挤压成型反应扩散形成Fe-N化合物（600℃左右）电镀优点：大幅度降低成本、大幅度提高抗腐蚀、减少变形开裂；为什么产生弹性？第2页，共19页1）表面化合物弹性模量E远高于钢基体。2）压紧导线弹片应力一定，达到该例化合物变形量小或达到一定变形需要更大应力；用更高力旋转螺丝。弹性产生原理探讨？：3）压紧螺丝时，表层给心部压应力，心部给表层拉应力存在残余应力作用；相当一种弹性力第2页，共19页“没有薄膜技术就没有今天的计算机技术”非常关键性能？结合力第4章薄膜技术4.1概述主要技术：气相沉积（vapordeposition）利用气相中物质发生反应,在基体材料表面形成固态的薄膜。也可用来提高机械性能（如耐磨性）CVD技术（chemicalVapordeposition）PCVD技术（plasmachemicalVapordeposition）PVD技术（physicalvapordeposition）第2页，共19页设计需要的基本理论:物理化学、表面与界面理论、真空理论、等离子体理论、材料科学多种原理、多种基本理论学科综合；存在目前理论落后于实践情况CVD设计的基本思想：利用已知化学反应设计工艺参数与装备，将零部件置于满足条件的气体化学反应之中，在零部件表面发生化学反应形成薄膜。如何设计？4.2典型CVD技术原理与应用CVD—利用气相化学反应在基体材料上沉积薄膜案例：已知TiC有高的硬度、耐磨性能、防腐蚀性能；设计在零部件表面获得TiC薄膜TiCl4+CH4→TiC+4HClTCVD工艺与设备设计设计思路1.是否有产生TiC的气体化学反应？2.沉积时提供TiCl4与CH43.沉积温度？计算？4.装备设计工艺设计：1.氢气作用？2.出气口真空泵作用？TiCl4+CH4→TiC+4HClTCVD工艺与设备设计第2页，共19页机械部“八五”提出工模具“涂黄”规划例1TCVD技术应用于工模具（沉积TiC、TiN）样品TCVD应用问题讨论？应用举例：一些资料说：应用工具模具冷做模具寿命提高3-5倍第2页，共19页碳工钢（淬火+低温回火）M回组织；可否制造车刀？为什么？刀尖温度高组织变化？性能变化？为什么？红硬性？碳工钢在低转数下可以切削工具、模具钢、材料种类？碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金、冷热模具钢刀尖温度高发生回火转变实质：非平衡组织向平衡图组织转变、硬度迅速下降。“红硬性”差讨论题：TCVD应用领域？第2页，共19页碳钢切削速度十几米/min;高速钢40米/min硬质合金：碳化物颗粒(粘结)100米/minTCVD应用于碳钢、合金钢工具、模具存在困难，为什么？讨论题：TCVD应用领域？高速钢M回+碳化物；提高红硬性原理大量合金元素（W、Mo等）溶入奥氏体中，淬火固溶马氏体中。与碳原子亲和力大，加热析出形成合金碳化物。合金元素扩散困难，抗回火性能大幅度提高。第2页，共19页讨论题：TCVD应用领域？结论：TCVD沉积温度高（基体易于回火），用于工模具一般仅适用硬质合金材料及特殊的工模具钢讨论题：H13钢制备模具，理论可否用TCVD方法提高寿命？如何设计工艺？工艺路线：下料－机加工成型－TCVD-空冷（表面硬化且心部成Ｍ）－－回火第2页，共19页应用TCVD最不利的问题？化学反应式讨论题：TCVD应用领域？讨论.选用TCVD提高工模具寿命是否合理？TCVD提高刀具寿命3-5倍表面改性技术：例如硬质合金刀具TD渗硼寿命3-5倍；氮碳共渗提高高速钢刀具寿命2-7倍；TD处理模具甚至几十倍；成本低、设备利用率高、操作简单第2页，共19页个人观点：TCVD技术沉积温度高、污染环境应用到产生极高经济价值的产品（半导体行业）TiCl4+CH4→TiC+4HCl讨论题：TCVD应用领域？应用TCVD最不利的问题？化学反应式致命问题：TCVD一般有较严重污；必须后处理设备第2页，共19页10次习题1.由TiCl4、N2、H2等混合气体，通过CVD反应可以在硬质合金表面沉积出TiN薄膜。请写出化学反应式，说明H2在其中作用。在设备排气口接入真空泵有利于沉积，试分析为什么在沉积TiN时真空泵易于损坏？2.对CVD反应生成TiC薄膜反应式，写出平衡常数中的Qp表达式、自由能、平衡常数、Qp关系式。根据此关系式分析，如果采用真空泵将HCl大量抽走，是否有利于薄膜形成？习题讨论1.某厂渗碳希望渗层奥氏体中碳浓度控制在0.9%左右。该厂没有先进设备控制碳势，采用了下面工艺。这种工艺对控制碳势有何好处？提示：利用Fe—C相图分析。巧妙利用Fe-C相图；渗碳钢低碳合金钢930℃渗碳，如果奥氏体中碳超过0.85%，降温到860℃，从奥氏体中析出合金碳化物降低奥氏体中碳浓度习题讨论:2.某厂对齿轮渗碳采用2种不同工艺得到两种碳浓度分布曲线（如图）试分析渗碳淬火后，哪种工艺过渡区拉应力大？分析：曲线1浓度分布平缓，渗层厚度深组织应力造成表面压应力原因：心部Ms高先发生M转变，表面后发生M转变；转变不同时是根本原因。转变不同时间差越大，应力值就越高。结论：曲线2浓度分布陡，渗层浅，应力影响范围浅，但应力值高。（浓度分布影响性能重要因素）