轴承热处理知识：表面处理资料

表面处理资料

（1）钢结构的防火处理

钢材是一种不会燃烧的建筑材料，它具有抗震、抗弯等特性。在实际应用中，钢材既可以相对增加建筑物的荷载能力，也可以满足建筑设计美感造型的需要，还避免了混凝土等建筑材料不能弯曲、拉伸的缺陷，因此钢材受到了建筑行业的青睐，单层、多层、摩天大楼，厂房、库房、候车室、候机厅等采用钢材都很普遍。但是，钢材作为建筑材料在防火方面又存在一些难以避免的缺陷，它的机械性能，如屈服点、抗拉及弹性模量等均会因温度的升高而急剧下降。 　　
    钢结构通常在450～650℃温度中就会失去承载能力，发生很大的形变，导致钢柱、钢梁弯曲，结果因过大的形变而不能继续使用，一般不加保护的钢结构的耐火极限为15分钟左右。这一时间的长短还与构件吸热的速度有关。 　　
　　要使钢结构材料在实际应用中克服防火方面的不足，必须进行防火处理，其目的就是将钢结构的耐火极限提高到设计规范规定的极限范围。防止钢结构在火灾中迅速升温发生形变塌落，其措施是多种多样的，关键是要根据不同情况采取不同方法，如采用绝热、耐火材料阻隔火焰直接灼烧钢结构，降低热量传递的速度推迟钢结构温升、强度变弱的时间等。但无论采取何种方法，其原理是一致的。下面介绍几种不同钢结构的防火保护措施。 　　

　　一、外包层。就是在钢结构外表添加外包层，可以现浇成型，也可以采用喷涂法。现浇成型的实体混凝土外包层通常用钢丝网或钢筋来加强，以限制收缩裂缝，并保证外壳的强度。喷涂法可以在施工现场对钢结构表面涂抹砂泵以形成保护层，砂泵可以是石灰水泥或是石膏砂浆，也可以掺入珍珠岩或石棉。同时外包层也可以用珍珠岩、石棉、石膏或石棉水泥、轻混凝土做成预制板，采用胶粘剂、钉子、螺栓固定在钢结构上。 　　
　　二、充水(水套)。空心型钢结构内充水是抵御火灾最有效的防护措施。这种方法能使钢结构在火灾中保持较低的温度，水在钢结构内循环，吸收材料本身受热的热量。受热的水经冷却后可以进行再循环，或由管道引入凉水来取代受热的水。 　　
　　三、屏蔽。钢结构设置在耐火材料组成的墙体或顶棚内，或将构件包藏在两片墙之间的空隙里，只要增加少许耐火材料或不增加即能达到防火的目的。这是一种最为经济的防火方法。 　　　　    
      四、膨胀材料。采用钢结构防火涂料保护构件，这种方法具有防火隔热性能好、施工不受钢结构几何形体限制等优点，一般不需要添加辅助设施，且涂层质量轻，还有一定的美观装饰作用，属于现代的先进防火技术措施。 　　
　　目前，高层钢结构建筑日趋增多，尤其是一些超高层建筑，采用钢结构材料更为广泛。高层建筑一旦发生火灾事故，火不是在短时间内就能扑灭的，这就要求我们在建筑设计时，加大对建筑材料的防火保护，以增强其耐火极限，并在建筑内部制订必要的应急方案，以减少人员伤亡和财产损失。

（2）常用火焰喷涂塑料材料及性能

塑料种类很多，根据塑料受热的性能，可分为热塑性塑料及热固性塑料两大类。火焰喷涂用塑料粉末一般由塑料原料加上改性材料制成，这些改性材料，包括各种填料、颜料、流平剂、增韧剂等。通过改性，使塑料粉末容易进行火焰喷涂。使制成的涂层具有所要求的颜色和各种性能。
热塑性塑料的特点是可随温度上升而变软或熔化，冷却后则凝固成型变硬，这个过程为可逆过程可反复进行多次，通常热塑性塑料，具有优良的抗化学性、韧性和弯曲性能，火焰喷涂常用的热塑性塑料主要有聚乙烯、尼龙、聚丙烯、聚苯硫醚、氯化聚醚、EVA等，其中以聚乙烯、尼龙应用最多最广。
热固性塑料的特点是用某些较低聚合度的予聚体树脂，在一定温度下或加入固化剂条件下，固化成不能再次熔化或熔融的，质地坚硬的最终产物，温度再升高，产品只能分解，不能再软化。热固性塑料分子量较低，所以具有较好的流平性、润湿性；因而能很好地粘附在工件表面，并具有较好的装饰性能。火焰喷涂常用的热固性塑料粉末有环氧、环氧/聚酯及聚酯粉末等。
1、聚乙烯(PE）
聚乙烯为白色透明物质，外观似石蜡，可着色，可弯曲，稍具延伸性。
聚乙烯是乙烯的高分子聚合物，因生产方法不同，产品分为高密度 HDPE(低压0.9411～0.965)。中密度MDPE(中压0.926～0.940)低密度LDPE(高压 0.910～0.025)。三者性质相似，但高密度聚乙烯在无负载和短期内耐温较高些(HDPE为100℃，LDPE为 75℃)，高密度聚乙烯最高使用温度为70℃，低密度聚乙烯为60℃，聚乙烯最低使用温度为-70℃。
通常，聚乙烯随密度增加，抗张强度、硬度、耐热性均增高。
聚乙烯有优良的耐蚀性，对非氧化性酸(如盐酸、稀硫酸、氢氟酸)、稀硝酸、碱、油(冷)和盐溶液都有良好的耐蚀性，能耐极性有机物(醇、酮)、水。在室温下耐一般溶剂，但在 60℃以上溶于芳烃、氯化溶剂及熔蜡中，有些溶剂能使其溶胀。

聚乙烯不耐浓硝酸、浓硫酸和其它强氧化剂的腐蚀。
聚乙烯粉末涂层的物理化学性能如表 1。

表1聚乙烯粉末涂层的物理化学性能

注：试验采用 1.5m钢板，涂后在30～35℃条件下、酸碱浸渍10d溶剂油类分别浸渍30d和100d后测试。

聚乙烯粉末涂层与其它涂层性能比较见表 2

表2聚乙烯等其它品种粉末涂层的性能比较

2、尼龙(聚酰胺)

尼龙是一种应用很广的热塑性塑料，最高应用温度为 80～120℃，最低使用温度为-50～-60℃。
尼龙具有良好的耐蚀性，十分耐碱和大多数盐水、稀酸。但不耐强酸和氧化性酸的腐蚀。对烃、酮、酯、油类抗蚀能力良好，不耐酚和甲酸的腐蚀。
尼龙强度高，坚韧、耐磨损，有润滑作用，所以常用作耐磨涂层，如:印刷机械中的钢制墨辊、车床导轨、润滑涂层如轴承等。
尼龙对生物侵蚀是惰性的，无毒，受细菌作用，可作食品和牛奶等容器表面涂层。
火焰喷涂常用的尼龙粉末有尼龙 11、尼龙12、尼龙1010及一些二元、三元共聚尼龙，尼龙层与金属附着力好

续表 4 尼龙11涂层的耐化学品性能

3、聚丙烯
聚丙烯是丙烯的高分子量聚合物，外观似聚乙烯但比聚乙烯更轻更透明。聚丙烯密度低(0.90)耐蚀性和聚乙烯相似，且较低，应用温度范围为-14～+120℃。除浓硝酸，发烟硫酸、氯磺酸等强氧化性酸外，能耐大多数的有机和无机酸、碱和盐，对应力腐蚀破裂的抗蚀性良好。80℃以下能耐有机溶剂，但能被某些强有机溶剂破坏。
聚丙烯强度高于聚乙烯，软化点较高（180℃）。硬度接近尼龙，刚性好，常温下耐冲击性能良好。耐温性高，在低应力下可长期使用于110～120℃。

4、聚苯硫醚（PPS）
聚苯硫醚通常指对苯基硫的聚合物。交联前是一种线型结构，呈热塑性，是一类具有支链、无结晶熔点、高粘度聚合物、交联后呈热固性，若予以充分加热，却还能软化到一定程度，因此并非真正热固性塑料。
聚苯硫醚密度1.36，熔点288℃，是一种硬而脆、热稳定性优良的热塑性塑料，同时它具有优良的电绝缘性和粘结性，适当的强度，应用温度范围为-148～+250℃。
聚苯硫醚的化学惰性及耐高温性使它成为良好的耐腐蚀涂层。

聚苯硫醚防腐涂层可耐170℃下的各种溶剂，200℃下的各种酸碱、盐和化学药品，但易受卤素和氧化性介质，如游离氯、溴、硝酸、过氧化氢等腐蚀。聚苯硫醚的熔区宽300～420℃，故有良好的流动性，且无毒、不燃。与金属的粘接力强，因此是一种良好的耐腐蚀涂层。

5、氯化聚醚
氯化聚醚是线型、高结晶度的热塑性塑料，具有较高的熔点（180℃），优良的耐热、耐腐蚀性能以及良好的机械性能和电性能。抗冲击强度高，耐磨性和尺寸稳定性优良，吸水性小。应用温度范围为-30～+120℃。
氯化聚醚的耐蚀性仅次于聚四氟乙烯，可与聚三氟氯乙烯媲美，除强氧化性酸如浓硫酸、浓硝酸外，能耐各类酸、碱、盐及大多数有机溶剂的腐蚀，不耐液氯、氟、溴的腐蚀。
氯化聚醚的导热系数低于大多数耐腐蚀热塑性塑料，适宜作绝热材料。

6、EVA（乙烯—醋酸乙烯酯共聚物）
EVA是乙烯与醋酸乙烯酯的共聚物，是一种具有橡皮似弹性的热塑性塑料。EVA的性能与醋酸乙烯酯（VA）的含量有很大的关系，VA越少，越像低密度聚乙烯，而VA越多越像橡皮。EVA在较广的温度范围（-45～70℃）质坚韧，加入填料能使刚性和硬度提高。填料增多，对其主要性能影响不大，耐紫外光及臭氧。
EVA熔点低，（80～100℃）密度0.93～0.95。施工方便，化学物理性能良好，耐稀酸、浓碱、不耐浓酸，50℃以上能溶于芳烃及氯化溶剂中。耐候性优于聚乙烯。EVA还有良好的抗霉菌生长的特性，可作食品容器防护涂层。

7、氟塑料

氟塑料是各种含氟塑料的总称，由含氟单体如四氟乙稀，六氟丙烯，三氟氯乙烯，偏氟乙烯，氟乙烯及乙烯等单体通过均聚或共聚反应制得，按数量及用途来说，以聚四氟乙烯（F4）最为重要。其它还有聚三氟氯乙烯（F3），聚全氟代乙丙烯（F46）等。
氟塑料具有优良的电绝缘性能，摩擦系数极低，与其它物质亲和力最小，具有优良的不粘性。尤其是其化学性能优异，热稳定性能好。如F4，除了金属钠、氟元素及其化合物对它有侵蚀作用外，其他诸如强酸、强碱、油脂、去污剂及有机溶剂等化学药品均对它不起作用，使用温度范围为-200～+260℃。为抗蚀性最好的塑料。
氟塑料本身无毒，但遇热分解时，则产生剧毒，所以应特别注意。

8、环氧粉末涂料

环氧树脂是环氧基的高分子聚合物的通称，未固化前它属于热塑性树脂，加入固化剂后能发生一系列交联反应，形成具有附着力极佳，坚韧度和抗化学性能均好的热固性树脂，环氧树脂能耐一般溶剂，耐稀酸、稀碱、强碱，不耐强氧化剂如硝酸、浓硫酸等的腐蚀，耐水性非常好，最高使用温度为90～100℃（一般型）、150℃（耐热型）。
在热固性粉末涂料中，环氧粉末涂料是首先应用的一个品种，也是粉末涂料中，销售量占首位的品种。
环氧粉末涂料有有光、半光、无光环氧粉末涂料（普通型）和防腐型环氧粉末涂料之分。普通环氧粉末密度1.5～1.8、熔点85～95℃。

9、环氧/聚酯粉末涂料

环氧/聚酯粉末是由环氧、聚酯为主要原料的热固性粉末涂料。它比环氧粉末具有更好的装饰性、耐候性。
环氧/聚酯粉末密度1.4～1.8、熔点85℃～95℃。

（3）复合热处理对CrWMn钢组织的影响

内容摘要:摘要：研究了CrWMn钢经复合热处理后的组织变化。结果表明，采用790℃/680℃循环球化退火可代替常规等温球化退火，并能缩短球化退火周期，节约能源。采用高温固溶处理加790℃/680℃循环球化退火，可获得高弥散度碳化物，使CrWnMn钢的最终组织得到改善，强韧性明显提高。复合热处理。

摘　要：研究了CrWMn钢经复合热处理后的组织变化。结果表明，采用790℃/680℃循环球化退火可代替常规等温球化退火，并能缩短球化退火周期，节约能源。采用高温固溶处理加790℃/680℃循环球化退火，可获得高弥散度碳化物，使CrWnMn钢的最终组织得到改善，强韧性明显提高。
关键词：CrWMn钢；复合热处理；球化退火；显微组织

1　前言
CrWMn钢可用于制造各种形状复杂的冷挤压模和冲裁模，具有较高的淬透性，淬火和低温回火后具有较高的硬度和耐磨性。但经常规热处理后此钢易形成网状碳化物，在模具的受力部位形成开裂和剥落。模具的失效主要是由磨损、强度和韧性不足而造成的。本文拟通过适当的复合热处理来改善CrWMn钢的组织，提高其强度和韧性，以获得较好的综合性能。
2　试验过程
试验用CrWMn钢为40mm棒材，为淬火＋低温回火态，硬度58HRC。其主要化学成分见表1。

表1　CrWMn钢的主要化学成分(质量分数)　w(%)
元素CCrWMnSi 含量0．90～
1．050．90～
1．201．20～
1．600．8～
1．100．15～
0．35

对CrWMn钢的复合热处理分为两个步骤，一是预处理，二是淬火＋低温回火。预处理工艺见图1。

图1　CrWMn钢预处理工艺
(a)　常规退火(b)　等温球化退火
(c)　循环球化退火(d)　高温固溶＋循环球化退火

CrWMn钢经不同工艺预处理后，选择组织形态、分布较好的试样，在不同温度条件下进行淬火＋低温回火的最终热处理，观察其组织形态与分布，测定硬度变化。最终热处理工艺见图2。

图2　CrWMn钢淬火＋回火工艺

3　试验结果及分析

图3为CrWMn钢经不同预处理工艺处理后的显微组织照片，CrWMn钢经常规退火后的硬度为180～190HB，经图1所示热处理工艺处理后为180～200HB。

图3　CrWMn钢预处理后组织
(a)　常规退火(b)等温球化退火(c)　循环球化退火(d)　固溶＋循环球化退火

由图3可看出，经常规退火处理后的CrWMn钢组织中碳化物呈片状分布；经810℃等温球化退火处理后，碳化物呈不规则的颗粒状分布在铁素体基体上，分布不均匀；经790℃/680℃3次循环球化退火处理后，颗粒状碳化物尺寸变小，分布较为均匀；经1050℃固溶加790℃/680℃3次循环球化退火处理后，碳化物呈细小颗粒状析出且弥散程度高。

从工艺上看，在获得相同硬度情况下，用790℃/680℃3次循环球化退火，不仅可代替830℃等温球化退火，而且能改善组织中碳化物的形态和分布、缩短球化退火时间，节约能源。这是因为循环球化退火在Ac1(750℃)以上加热保温过程中，片状珠光体中的碳化物从尖角处溶解破断，而在Ar1(710℃)以下保温过程中，在原片状碳化物的平面处析出颗粒状碳化物，从而加速了CrWMn钢球化过程的进行，改善了碳化物的形态和分布。在1050℃高温条件下，CrWMn钢中大量难溶的W、Cr等合金元素的碳化物溶入奥氏体中，经油淬后得到马氏体或下贝氏体组织，在随后进行的790℃/680℃循环球化退火过程中，则会弥散地析出点状的W、Cr的碳化物。

因此，对于一般要求的CrWMn钢，采用790℃/680℃3次循环球化退火工艺，既可满足组织和硬度的要求，又能提高生产率，降低能耗；而对要求较高的可选用1050℃高温固溶加790℃/680℃3次循环球化退火的预处理工艺。

图4为经1050℃固溶加790℃/680℃3次循环球化退火处理后，经不同温度油淬低温回火后的CrWMn钢的显微组织。

图4　CrWMn钢不同温度淬火＋低温回火后组织
(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         结论

(1)　对CrWMn钢采用790℃/680℃　3次循环球化替代常规退火、等温球化退火，不仅可以改善其组织状态和性能，而且还可以提高热处理生产率，降低能耗。
(2)　1050℃固溶加790℃/680℃　3次循环球化退火，可进一步改善CrWMn钢的组织状态分布，提高其性能。
(3)　经1050℃固溶加790℃/680℃　3次循环球化退火处理后，再经830℃油淬200℃回火处理，CrWMn钢组织均匀而细小，碳化物弥散程度高，其耐磨性和综合性能好。■

作者简介：陈文华(1963—)，男，硕士，讲师。主要研究方向为金属表面改性及金属材料焊接。联系电话：025-4892912(O)
作者单位：陈文华(南京航空航天大学，南京210016)

参考文献：
［1］蒋修治译.模具钢热处理［J］．模具技术，1994(1)．
［2］蔡　繤等．低温快速球化处理［J］．金属热处理，1992(4)：8～11．
［3］满　波．高碳钢和轴承钢的周期球化退火工艺［J］．金属热处理，1993(6)：43～44．