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中钢网新闻中心钢市纵横行业技术电子束热处理的优点和应用

电子束热处理的优点和应用

分享打印 2015-06-23 11:11 编辑:薇薇     来源: 行业技术     字体: [大][中][小]    

   电子束照射到金属表面时,电子能深入金属表面一定深度,与基体金属的原子核及电子发生相互作用,通过电子束与金属表层电子碰撞而完成能量传递,所传递的能量立即以热的形式传给金属表层原子,从而使被处理金属的表层温度迅速升高。由此,可利用电子束对金属材料进行表面改性的热处理。电子束热处理有以下特点:加热、冷却速度快;设备结构简单;能量控制简便;电子束与金属表面作用藕合性好,能量利用率高;处理中工件不被污染,质量好。电子束改性和激光束改性的基本原理相似,但与激光加热有所不同的是,电子束加热时入射电子束的动能约有75%可以直接转化为热能,比激光束转化率高。按目前的设备水平,电子束加速电压达125kV,输出功率达150kW,能量密度达10MW /m2。因此,电子束加热的深度和尺寸范围比激光束大。不过,电子束易激发X射线,在使用中应注意辐射防护。

    与激光束改性相似,电子束热处理也有电子束退火、电子束相变硬化、电子束熔化/粉注、电子束熔敷、电子束表面合金化、电子束非晶化和细晶化等。电子束热处理常用的有以下一些。
      一、电子束表面硬化。
利用电子束轰击金属工件表面,使表面加热到相变温度以上,高速冷却而产生马氏体相变强化。电子束表面硬化比较适合于碳钢、中碳低合金钢、铸铁等材料的表面强化。
      二、电子束表面熔凝。
利用高能量密度的电子束轰击工件表面,使表面产生局部的重新熔化,并在冷基体的作用下快速凝固,从而使组织细化,实现硬度和韧性的最佳结合。电子束表面熔凝最适用于铸铁、高碳高合金钢。
     三、电子束熔敷。
按需要在基体材料表面预先涂敷一层特殊性能的合金粉,并用电子束加热将其熔化,在基体表面形成具有某些特性的覆层。
      四、电子束表面合金化。
预先将具有特殊性能的合金粉末涂敷在基体金属表面,再用电子束轰击加热,使特殊的合金粉末熔融在基体材料的表面上,从而在工件表面形成一层具有耐磨、耐蚀、耐热等性能的新合金表面层。
     五、电子束表面非晶化和纳米化。
利用聚焦的电子束能量密度高以及作用时间短的特点,使工件表面在极短的时间内迅速形成小熔池,并在基体与熔化的表层间产生很大的温度梯度,使表层的冷却速度高达104~108/s,致使表层保留熔化时液态金属的均匀性,经高速冷却,在材料的表面形成良好的非晶层或者纳米结构。据报道,采用脉冲电子束在钛合金表面进行表面纳米化处理,可获得10~50μm厚的纳米改性层,使得表层强度和硬度得到明显提高,使耐磨性与抗疲劳性得以改善。
   另据报道,采用脉冲电子束可净化表面,也可使表面粗糙度得到显著改善,可以用来抛光金属零部件,使表面达到镜面效果。(钢研)

 

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