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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
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
3
第六章 表面改性新技术
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
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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
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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
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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
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
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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
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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
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三、电子束表面非晶化电子束表面非晶化处理与激光表面非晶化处理相似，只是所用的热源不同而已。利用聚焦的电子束所特有的高功率密度以及作用时间短等特点，可在表面的下层受热最小的情况下，使材料的表面熔化形成小液池，这样便能获得极快的冷却速度。
第六章 表面改性新技术
12
三、电子束表面非晶化如在表层熔化 0.025mm深度时，可获得
106℃ ／ S的冷却速度。由于快速凝固细化显微组织，可获得致密性极好的非晶态层，这种非晶态组织具有很高抗腐蚀与抗疲劳的性能。
第六章 表面改性新技术
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四、电子束表面重熔利用电子束轰击工件表面使表面产生局部熔化并快速凝固，从而细化组织，达到硬度和韧性的最佳配合。
对某些合金，电子束重熔可使各组成相间的化学元素重新分布，降低某些元素的显微偏析程度，改善工件表面的性能。
第六章 表面改性新技术
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四、电子束表面重熔目前，电子束重熔主要用于工模具的表面处理上，以便在保持或改善工模具韧性的同时，提高工模具的表面强度、耐磨性和热稳定性。
第六章 表面改性新技术
15
五、电子束表面熔覆利用电子束熔覆处理技术时，向熔化区添加合金元素，在材料表面产生一些覆盖层，
像一些薄的银箔、金箔等薄片、金属丝或者像电沉积层一样，在熔化区可得到所希望的化学成分的覆盖层。
第六章 表面改性新技术
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6.2.3 电子束表面改性技术的应用从当前电子束表面热改性技术的应用现状来看,基本上仍是以钢和铸铁的电子束淬火为主。
例如在汽车用的转缸式发动机中振动最厉害的顶部密封件的制造，就采用了电子束熔融处理技术。
第六章 表面改性新技术
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6.2.3 电子束表面改性技术的应用该 密 封 件 是 有 贝 氏 体 组 织 的 铸 铁 材 料,
不仅要求具有一定的强度和韧性,还要使其侧面和端面具有抗磨性,因为它工作时其密封面是在镀硬铬的次摆线面上滑动 。 把这个密封面用电子束熔化约 3mm深,由于速冷,可得到比任何铸件都细的渗碳体组织。
第六章 表面改性新技术
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6.2.3 电子束表面改性技术的应用电子束表面淬火的工件主要有 Ｖ型零件,如滑槽的凸缘，导轨的轨道底板，机床紧固装置上的导向平面和台板等；
周边要进行淬硬的 旋转对称部件,例如套筒、
转动轴、心轴等；锥形外表面或内表面要淬硬的旋转对称部件，例如阀门、锥齿轮等；
第六章 表面改性新技术
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5.2.3 电子束表面改性技术的应用几何形状和 外观规则或不规则的特殊零件,如凸轮盘、连接元件、正齿轮圈等；
端面淬火的 旋转对称件,如导向圈和推力环等；工具或其它零件，如冲压冲头、挤压模块、
锻造模块、叶片、刀片等。
第六章 表面改性新技术
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第六章 表面改性新技术
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
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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
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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
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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。
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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
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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
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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
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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
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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
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三、电子束表面非晶化电子束表面非晶化处理与激光表面非晶化处理相似，只是所用的热源不同而已。利用聚焦的电子束所特有的高功率密度以及作用时间短等特点，可在表面的下层受热最小的情况下，使材料的表面熔化形成小液池，这样便能获得极快的冷却速度。
第六章 表面改性新技术
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三、电子束表面非晶化如在表层熔化 0.025mm深度时，可获得
106℃ ／ S的冷却速度。由于快速凝固细化显微组织，可获得致密性极好的非晶态层，这种非晶态组织具有很高抗腐蚀与抗疲劳的性能。
第六章 表面改性新技术
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四、电子束表面重熔利用电子束轰击工件表面使表面产生局部熔化并快速凝固，从而细化组织，达到硬度和韧性的最佳配合。
对某些合金，电子束重熔可使各组成相间的化学元素重新分布，降低某些元素的显微偏析程度，改善工件表面的性能。
第六章 表面改性新技术
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四、电子束表面重熔目前，电子束重熔主要用于工模具的表面处理上，以便在保持或改善工模具韧性的同时，提高工模具的表面强度、耐磨性和热稳定性。
第六章 表面改性新技术
15
五、电子束表面熔覆利用电子束熔覆处理技术时，向熔化区添加合金元素，在材料表面产生一些覆盖层，
像一些薄的银箔、金箔等薄片、金属丝或者像电沉积层一样，在熔化区可得到所希望的化学成分的覆盖层。
第六章 表面改性新技术
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6.2.3 电子束表面改性技术的应用从当前电子束表面热改性技术的应用现状来看,基本上仍是以钢和铸铁的电子束淬火为主。
例如在汽车用的转缸式发动机中振动最厉害的顶部密封件的制造，就采用了电子束熔融处理技术。
第六章 表面改性新技术
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6.2.3 电子束表面改性技术的应用该 密 封 件 是 有 贝 氏 体 组 织 的 铸 铁 材 料,
不仅要求具有一定的强度和韧性,还要使其侧面和端面具有抗磨性,因为它工作时其密封面是在镀硬铬的次摆线面上滑动 。 把这个密封面用电子束熔化约 3mm深,由于速冷,可得到比任何铸件都细的渗碳体组织。
第六章 表面改性新技术
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6.2.3 电子束表面改性技术的应用电子束表面淬火的工件主要有 Ｖ型零件,如滑槽的凸缘，导轨的轨道底板，机床紧固装置上的导向平面和台板等；
周边要进行淬硬的 旋转对称部件,例如套筒、
转动轴、心轴等；锥形外表面或内表面要淬硬的旋转对称部件，例如阀门、锥齿轮等；
第六章 表面改性新技术
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5.2.3 电子束表面改性技术的应用几何形状和 外观规则或不规则的特殊零件,如凸轮盘、连接元件、正齿轮圈等；
端面淬火的 旋转对称件,如导向圈和推力环等；工具或其它零件，如冲压冲头、挤压模块、
锻造模块、叶片、刀片等。
第六章 表面改性新技术
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第六章 表面改性新技术
