第5教学单元表面改性技术2--化学热处理.doc

冶金与建筑工程系 教 案第 5 教学单元课 题：表面改性技术二-化学热处理教学目标知识目标1 熟悉化学热处理的基本过程2 熟悉渗碳基本工艺及渗碳后的性能能力目标能通过查阅相关资料对某种材料制定化学热处理工艺职业素质目标爱岗敬业 诚实守信 技能过硬 自主创新教学重点渗碳工艺教学难点渗碳后的组织及热处理辅助教学手段采用实物、标本、模型、图表、幻灯和录像等手段教学准备准备教学目标、准备学生情况、准备教学材料、准备教学心理、准备教学过程、准备教学评价授课班级授课日期月 日月 日月 日月 日月 日教 学 进 程教学方法及时间分配复习提问：1.熟悉感应加热表面淬火热处理的特点及适用范围2.火焰加热表面淬火的特点以一种化学热处理技术为载体，采用任务教学法、案例教学法、引导文教学法、现场教学法，通过教师讲解、示范，引导学生学习。2学时导 言：新课内容: 化学热处理的定义：将金属或合金工件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入它的表层，以改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺。 化学热处理的目的和分类：化学热处理的作用主要有以下两个方面，一方面是提高工件表层的某些力学性能，如表层硬度、耐磨性、疲劳极限等。另一方面是保护工件表面 ，提高工件表层的物理、化学性能，如耐高温、耐腐蚀等。按渗入的元素不同，化学热处理可分为： 渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗硼、渗金属等。渗入元素介质可以是固体、液体和气体。 化学热处理的基本过程：活性介质分解，表面吸收，向内部扩散。 分解: 化学介质在高温下释放出待渗的活性原子。 2COCO2 +C 吸收: 活性原子被零件表面吸收和溶解。 扩散: 活性原子由零件表面向内部扩散, 形成一定的扩散层。一、 钢的渗碳1. 渗碳的定义和目的 钢件在渗碳介质中加热和保温，使碳原子渗入到钢表层的化学热处理工艺叫渗碳。 目的：提高表层的硬度的耐磨性，并保持心部良好的韧性。 2. 渗碳用钢渗碳适用于含碳量为0.10-0.25%的低碳钢或低碳合金钢，经渗碳和淬火、低温回火后，可在零件的表层和心部分别获得高碳和低碳组织，使高碳钢和低碳钢的不同性能结合在一个零件上，从而满足了零件的使用性能要求。3. 渗碳工艺根据渗碳剂的不同，渗碳方法可分为固体渗碳、液体渗碳和气体渗碳。气体渗碳法的生产率高，渗碳过程容易控制，渗碳层质量好，且易实现机械化与自动化，故应用最广。3.1固体渗碳法零件渗碳剂试棒盖泥封渗碳箱32气体渗碳法气体渗碳法的生产率高，渗碳过程容易控制，渗碳层质量好，且易实现机械化与自动化，故应用最广。滴注法气体渗碳法是把工件置于密封的井式气体渗碳炉中，通入渗碳剂，并加热到渗碳温度900-950（常用930），使工件在高温的气氛中进行渗碳。炉内的渗碳气氛主要由滴入炉内的煤油、丙酮、甲苯及甲醇等有机液体在高温下分解而成，主要由CO、CO2、H2和CH4等组成。4.渗碳后的组织渗碳层的表面含碳量最好在0.851.05%范围内，表面含碳量过低，淬火、低温回火后得到含碳量较低的马氏体，硬度低，耐磨性差，疲劳极限也低。但表面含碳量过高，渗碳层中会出现大量块状或网状渗碳体，使渗碳层变脆，易剥落，同时由于表面淬火组织中，残余奥氏体的过度增加，使表面硬度、耐磨性下降，以及表层残余压应力减小，导致疲劳极限显著降低。钢经渗碳后表层含碳量可达0.851.05%,并从表层到心部其含碳量逐渐减小,到心部为原来低碳钢的含碳量。因此,低碳钢渗碳缓冷到室温的组织最外层是过共析组织,往里是共析组织,再往里是亚共析组织的过渡层,最里面是心部的原始组织。表面中心零 件 件 件PP+F0.2%CF +P少 1%CP+Fe3C5.渗碳后的热处理工件渗碳后必须进行热处理,常用的热处理方法是淬火低温回火。渗碳后可直接淬火，但由于渗碳温度高, 奥氏体晶粒长大, 淬火后马氏体较粗, 残余奥氏体也较多, 所以耐磨性较低, 变形较大。为了减少淬火时的变形, 渗碳后常将工件预冷到830850后淬火。渗碳、淬火后应进行低温(150200)回火, 以消除淬火应力和提高韧性。 时间温度930870方案1方案2渗 碳淬火加热预冷热处理后的组织低碳M回+FM回+Cm+A残低碳合金钢F+PM回+Fe3C+A残低碳钢心部组织表层组织钢种6.渗碳后的性能钢渗碳淬火+低温回火后表面硬度高可达5864HRC以上, 耐磨性较好；心部韧性较好, 硬度较低，可达3045HRC。此外由于表层体积膨胀大，心部体积膨胀小，结果在表层中造成压