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提高负载能力的电子束淬火(Hardening)表面改性优化材料性能

发布日期:2026年07月23日 点击次数:51

新材料总是不断地带动技术和经济创新,使得社会不断进步提高。人类经过了石器时代,铜器时代,铁器时代以及硅材料和其化合物所代表的微电子时代。塑料、陶瓷、玻璃和合成物给整个工业带来了革命。在今天,人类对于材料性能提高的要求从来没有停止。

即使在目前很流行的轻质结构设计中,设计师们也不可避免地要考虑到材料的腐蚀和磨损。当重量成为一个重要因素的时候,铝、钛、镁及其他们的合金材料被用来代替铁。但是设备的品质是决定于其关键部件的耐久性和使用寿命。电子束技术可以有选择地提高重应力区域的材料性能。

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电子束淬火适合多种金属

Suitable for a variety of metals


电子束淬火可提高部件磨损面和高损耗区域的负载能力,采用电子束为手段的热处理工艺可以影响表层金属材料的结构和特定的材料性能。热效应不但可以改变金属内部应力状态,而且可以改变金属相的种类,分布和存在比例。在淬火过程中,能量被在短时间内集中输送到局部,边缘层中的结构发生变化(边缘层淬火)。尤其是在汽车零件,机械工具,纺织机,印刷机这些承载很大应力的工况下更显出色。这一工艺同时也可以应用于金属加工与设备工艺之中,适合用于钢和所有其他碳质金属的淬火。其中包括铸铁和其他不能热淬火的金属,如铝、钛、铜、镁和镍基合金。电子束淬火省去了耗费巨大的精加工,通过电子束表面处理工艺可以系统地提高其表面或结构层的耐磨和抗腐蚀性能,使用寿命显著延长。由于电子束淬火可数字化控制,因此所有流程都可简单实现自动化并且工艺效果可重现。提前进行软加工和重熔处理,可以实现特别高的硬度和淬火深度。
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淬火和退火

Hardening and annealing


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通常硬化区域都要沿着一定的轨迹来完成。在以电子束为手段的硬化和退火工艺,工件和能流传递区通常是相对运动的。能流区(可达100x100mm)在工件表面移动,通过热工艺来改变表层的性能。
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重熔和固化

Remelting and solidification


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应用电子束技术,我们可以使表面层的快速液化,而后它将由于其自焠火能力而迅速固化。

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合金化,扩散和熔覆

Alloying, dispersing and cladding


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这些工艺需要短时间液化表面层。利用电子束工艺,添加剂可以在加热之前或加热过程中加入。这些添加剂在熔池及新生的表面中发挥作用。

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1套筒轴承 2夹具 3活塞杆

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表面硬化和重熔

HARDENING AND REMELTING SURFACE LAYERS


热工艺可以硬化确定种类的钢,铸铁和合金。利用电子束技术,可以让这些材料的表面性能和性能梯度按照我们的愿望而改变。尤其可以得到非热平衡状态下细小晶粒组织和相,这是电子束硬化工艺提高材料耐磨性能的材料学机理。重熔,重熔合金化,固化,扩散和熔覆都属于液相工艺。快速将其表面液化,然后在凝固过程中对其进行改性。金属在急冷而快速凝固的过程中,改变金属性能的工艺就完成了。这样,电子束表面处理工艺可以应用于所有的钢和铸铁(也包括那些不能被热硬化的)同时也可以用于铝,钛,铜,镁和镍基合金。

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钢(45#优质碳素结构钢)电子束硬化

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电子束重熔铸铁(GGG60)

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电子束重熔合金化铝合金 (AlSi10Mg)

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电子束创新束流控制

INNOVATIVE BEAM CONTROL


在进行表面处理的时候,我们通常希望工艺实施在二轴平面上,这就对束流位置的偏转位置和严格的时间控制提出了很高的要求。在最高可达100Hz的偏转频率下,束流在能流传递区内快速偏转。第三轴方向(垂直于材料表面的方向)也可以包含在偏转的模式中。我们可以根据工件和材料的特殊需要,用同样的方法可以产生相同或设定需要的能流分布。

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多场技术     多路技术     动态多路技术
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了解并使用革新型的表面处理技术  


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电子束技术在汽车产品极高强度部件的表面处理的优势已经不言而喻。例如,利用电子束重熔工艺,为高载荷的凸轮轴提供表面耐磨损保护。零件的表面快速地变为液态,而后又快速凝固。电子束技术可以达到单机日产高达1800件凸轮轴,此种工艺很适合大批量的工业生产。
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高性能发动机耐久性测试  


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电子束硬化的工艺的优势不仅仅局限于此。一种创新工艺使得对铸铁和钢件在不熔化表面的情况下,同样可以完成硬化过程。值得指出的是,该工艺可以对成品进行处理,由于能流输入区的精确控制,由于热影响而产生的形变可以忽略不计。使得该工艺在技术和经济上都处于领先地位。

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局部硬化的高功率发动机凸轮轴

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很多医疗用具和植入物都采用电子束工艺进行热处理,经过热处理的外科植入物(软化退火)
铣床的夹具是工件安全保证,夹具承载着很大的负荷。如果高应力部件的磨损被大大的减小,那么整个机器的质量和使用寿命会又大幅提高。由于电子束硬化没有热应力变形,并能够做准确的局部硬化,夹具生产商逐渐地地采用电子束作为硬化手段。
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精准的局部硬化  


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应用电子束技术,重载区域可以实现局部硬化工艺。电子束硬化工艺尤其适合以下的应用:夹具的边和面或在磨损状态下的成型工具;内燃机的轴承和阀座;连接件的接触面。能流只是短时间集中在一个很小的区域上,所有工艺时间很短。工件不会被过热,而且不希望处理的区域也不会受到影响。

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材料科技和电子束应用

COMPETENCE IN MATERIALS TECHNOLOGY AND EB APPLICATIONS



pro-beam创先性的表面处理工艺可以根据工件的负荷情况定制表面处理工艺,例如为接轴套和导轨这些有着复杂外轮廓的工件提供的多套电子束工艺解决方案。旋转对称部件上的高损耗位置(如内燃机中的轴承或阀座)、磨损面和磨损边(如工装或成形模具上)

对于平面和曲面,可以做图案式硬化。电子束在对准工件后,可以做高频的自主摆动。材料本身起决定性的作用,如果工件的受力能够被准确详细地描述出来,电子束处理方案则可以根据需求量身定制。这将取决于材料本身。电子束具有低能耗高效率的特点,对环境友好,并且产品质量稳定可靠。

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车辆组件(如凸轮件、泵凸轮、阀门的接触面)>0.4mm,>650 HV

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优点一览

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- 耐磨损且优化防腐蚀性能

- 处理周期短,生产率高

- 高尺寸稳定性和外形稳定性

- 部件在淬火后便可直接安装

- 作为可数字化控制的工艺,可简单实现自动化并且工艺效果可重现

- 通过有针对性的能量传输为钢和其他金属进行局部淬火

- 加热冷却速度103-105 K/s

- 热处理深度50 μm-几mm

- 处理面积速度最高达50 cm2/s
- 适用材料:钢、铸、铁、铝、钛、镁、铜、镍及其合金



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