耐磨、耐壓痕是金屬非常重要的品質。因此，在決定選擇哪種金屬時，硬度是一個重要的考慮因素。為保證金屬制品的硬度合適，往往會采用表面硬化工藝，改變表面硬度。
表面硬化是一種提高金屬表面耐久性和外觀的技術，它通過在另一種金屬合金的上表面添加薄層來增強金屬表面，同時保持零件內部相對較軟。
對于低碳鐵或鋼，表面硬化通常是在表面添加額外的碳或氮。當碳從低碳鋼或合金鋼表面的碳質材料中擴散到晶體結構中時，外層的強度和硬度急劇增加。可以精細控制碳擴散的殼層深度以確定殼層的力學性能。
不硬化整個金屬材料，而是只硬化表面的原因有很多：
1、效率，加熱表面所需的時間比加熱整塊金屬要少很多，在大規模制造中可以節省大量成本。
2、表面硬化的零件更耐磨損，因為表面硬化的零件非常適用于經常與堅硬或磨蝕性零件接觸的零件，通常比經過整體硬化的零件更堅固，表面硬化的零件核心部分更柔軟。
一、表面硬化的方法
加熱和淬火
也稱為火焰或誘導硬化。顧名思義，這種金屬表面硬化過程涉及火焰或加熱。在這個步驟中，高碳鋼零件通過氧氣火焰或感應加熱被加熱到極端溫度，然后被加熱的碳鋼零件通過冷卻劑（通常是水）快速冷卻。這種火硬化對碳含量足夠的鋼或鐵有很好的效果。碳含量應為 0.3-0.6 wt%。對于含碳量低于該值的鋼材，還有氮化、滲碳等其他步驟。
氮化
氮化是另一種形式的表面硬化技術。在該步驟中，鐵在氨氣氛中被加熱到84-621℃，以分解氨。硬化表面的深度取決于鋼部件暴露在氨環境中的時間。這種方法必須使用鉻、鉬、鋁等元素形成氮化鉻來固化鋼件表面。增加氮和暴露于氮會促進氮化物的形成。該過程僅在金屬與形成氮化鉻的元素（鉻、鉬等）一起固化時才有效。氮化通常需要比加熱和淬火更低的溫度，并且不需要淬火步驟，從而減少變形。
滲碳
滲碳是另一種表面硬化形式，廣泛用于改善鋼基材的機械性能。在滲碳過程中，鋼合金被加熱到高溫，大量碳暴露在表面。根據應用要求，外部碳源可以是氣體、液體或固體。大量的外部碳然后與鋼表面上的其他元素形成碳化物。這些碳化物提供更高的硬度和耐磨性。與氮化相似，加熱條件通常較低，可能會導致較小的變形。
二、表面硬化的好處
1、表面硬化以提高鋼件的耐用性和經濟性
硬化表殼的主要優點之一是它增加了鋼部件的耐用性。表面硬化引起的軟芯的機械強度和表面硬度和保持性顯著提高了零件的耐磨性和疲勞壽命。保留軟芯可以提高吸收沖擊載荷釋放的能量的能力。它有助于延長使用壽命和經濟效益。
2、由于表面硬化，使用具有優良切削加工性的鋼材，并用于高質量應用。
一般來說，用于大型應用的合金需要更硬和更強，因此具有較低的可加工性。在這種情況下，表面硬化工藝為武器和槍支應用以及其他需要機械強度、精細表面處理和精確幾何形狀的類似堅固應用提供了精確的可加工性，使低碳鋼能夠擁有。加工后的表面硬化為精密加工零件的表面提供了出色的耐磨性和硬度。
3、提高鋼的可焊性
表面硬化提高了鋼的可焊性。
4、氮化表面硬化
氮化處理鋼的表面硬化可以承受變形和耐磨性低的載荷。在150°C（302°F）左右，滲氮表面不會失去滲碳鋼的硬度。
結論
表面硬化鋼是零件暴露于沖擊載荷、振動和不對中條件的應用的首選。與硬化鋼不同，表面硬化的低碳鋼和合金鋼有硬、硬、硬和非硬。表面硬化還產生耐磨表面，提供耐用性和可靠性。
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