3.6 化学热处理（课件）-高一《金属加工基础》同步精品课堂（机工版·第2版）

《金属加工基础》 机械工业出版社 同步精品课程——中职专业课 第三单元 钢的热处理 模块六 化学热处理 知识目标 了解化学热处理的概念、过程。 能力目标 熟悉化学热处理的方法。 情感目标 理解渗碳、渗氮的过程和原理，并学会运用。 三维目标 导入情景 01 思考：为什么要进行化学热处理？ 新知学习 02 一、化学热处理 定义 化学热处理是将工件置于适当的活性介质中加热、保温，使一种或几种元素渗入工件表层，以改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺。 与表面淬火相比，化学热处理的特点是不仅改变表层的组织，而且改变表层的化学成分。 新知学习 02 一、化学热处理 过程 化学热处理由分解、吸收和扩散三个基本过程组成。 分解是指渗入介质在高温下通过化学反应进行分解，形成渗入元素的活性原子； 吸收是指渗入元素的活性原子被钢件表面吸附，进入钢件内形成固溶体或化合物； 扩散是指被吸附的渗入原子由工件表层逐渐向内扩 散，形成一定深度的扩散层。 新知学习 02 一、化学热处理 方法 化学热处理方法主要有渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗硼、渗硅、渗金属等。 由于渗入元素 不同，工件表面处理后获得的性能也不相同。 新知学习 02 一、化学热处理 方法 渗碳、碳氮共渗的主要目的是提高工件的表面 硬度、耐磨性和疲劳强度； 渗氮的主要目的是提高工件表层的硬度、耐磨性、热硬性、耐蚀 性和疲劳强度； 渗金属的主要目的是提高工件表面的耐蚀性和抗氧化性等。目前，在机械制 造业中，最常用的化学热处理是渗碳和渗氮。 新知学习 02 二、渗碳 渗碳是为了提高工件表层碳的质量分数并在其中形成一定的碳含量梯度，将工件在渗碳 介质中加热、保温，使碳原子渗入的化学热处理工艺。 渗碳层的深度一般为0.5～2.5mm,碳的质量分数一般控制在wc=1% 左右。 新知学习 02 二、渗碳 渗碳所用的钢种一般是碳的质量分数为0.10%～0.25% 的低碳钢和低合金钢，如15钢、20钢、20Cr 钢、20CrMnTi 钢、20CrMnMo 钢等。 工件经渗碳后，其表面硬度和耐磨性 等并不能达到技术要求，还需要进行淬火和低温回火，才能 使工件表面获得高硬度(56～64HRC)、高耐磨性和高疲劳 强度，而心部仍保持一定的强度和良好的韧性。 渗碳工艺被 广泛用于要求表面硬而心部韧的工件，如齿轮、凸轮轴、活 塞销、铁道车辆滚动轴承、模具、量具等。 新知学习 02 气体渗碳炉 新知学习 02 二、渗碳 根据渗碳介质物理状态的不同，渗碳可分为气体渗碳、 固体渗碳和液体渗碳，其中气体渗碳应用最广泛。气体渗碳是将工件置于气体渗碳介质(甲烷、丙烷、煤油、丙酮、甲醇、天然气等)中进行渗碳的 工艺。它是将工件放入密封的加热炉中(如井式气体渗碳炉),通入气体渗碳剂进行渗碳 的。 渗碳时，渗碳剂在炉内高温(920～930℃)的作用下分解出的活性碳 原子被工件表面吸收，通过碳原子的扩散最终在工件表面形成一定深度的渗碳层。 新知学习 02 二、渗碳 渗碳时间可根据工件所要求的渗碳层深度来确定。生产中一般按每小时渗0.2~ 0.25mm 的速度进行估算。 实际生产中，常用检验试棒来确定渗碳的时间的长短。 一般气体渗碳的时间在8h 左右，固体渗碳的时间在10h左右。 新知学习 02 实践经验 渗碳零件的工艺流程一般是：下料→锻造→毛坯→正火→机械加工(粗加工、半精加工)→ 渗碳→ 淬火→低温回火→机械加工(磨削加工)→检验→投入使用。 新知学习 02 真空渗碳炉 新知学习 02 三、渗氮 渗氮是在一定温度下于一定渗氮介质中，使氮原子渗入工件表层的化学热处理工艺。 目 前常用的渗氮方法主要有气体渗氮和离子渗氮两种。渗氮介质有无水氨气、氨气与氢气、氨 气与氮气。渗氮层深度一般为0 .6～0 . 7mm。 常用渗氮钢有38CrMoAlA、38CrWVA、25CrNi3MoAl等。 新知学习 02 三、渗氮 渗氮广泛用于处理各种高速传动的精密齿轮、精密模具、高精度机床主轴与丝杠、受循 环应力作用要求具有高疲劳强度的零件(如高速柴油机曲轴),以及要求变形小和具有一定 耐热、耐蚀能力的耐磨零件(如阀门)等。 但是渗氮层薄而脆，不能承受较大的冲击和振 动，而且渗氮工艺周期长(气体渗氮一般需要70h, 离子渗氮约需17h), 生产成本较高。 钢件渗氮后一般不需进行热处理(如淬火),渗氮后的表面硬度可达68～72HRC。 新知学习 02 三、渗氮 对于零件上不需要渗氮的部分可以采用镀锡或镀铜进行保护，也可以预留1mm 的加工余量，在渗氮后磨去。 渗氮零件的工艺流程一般是：下料→锻造→毛坯→退火或正火→机械加工(粗加工) 新知学习 02 实践经验 渗氮零件的工艺流程一般是：下料→锻造→毛坯→退火或正火→机械加工(粗加工)→