1、教学课题 表面化学热处理教学课时 2教学目的 让学生了解几种常见的表面热处理元素掌握碳氮共渗的工艺及特点教学难点 碳氮共渗的工艺及特点教学重点 碳氮共渗的工艺及特点教学方法 讲解法、讨论教具准备 教材教学过程 复习导入表面淬火主要有：1.感应加热表面淬火2.火焰加热表面淬火3. 电接触加热表面淬火等新课学习课题导入渗 碳 工 艺 是 一 个 十 分 古 老 的 工 艺 ， 在 中 国 ， 最 早 可 上 溯 到 2000 年 以 前 。 起先 是 用 固 体 渗 碳 介 质 渗 碳 。 在 20 世 纪 出 现 液 体 和 气 体 渗 碳 并 得 到 广 泛 应 用 。后 来 又 出 现 了
2、真 空 渗 碳 和 离 子 渗 碳 。 到 现 在 ， 渗 碳 工 艺 仍 然 具 有 非 常 重 要 的实 用 价 值 ， 原 因 就 在 于 它 的 合 理 的 设 计 思 想 ， 即 让 钢 材 表 层 接 受 各 类 负 荷（ 磨 损 、 疲 劳 、 机 械 负 载 及 化 学 腐 蚀 ） 最 多 的 地 方 ， 通 过 渗 入 碳 等 元 素 达 到高 的 表 面 硬 度 高 的 耐 磨 性 和 疲 劳 强 度 及 耐 蚀 性 而 不 必 通 过 昂 贵 的 合 金 化或 其 它 复 杂 工 艺 手 段 对 整 个 材 料 进 行 处 理 。 这 不 仅 能 用 低 廉 的 碳 钢
3、或 合 金 钢来 代 替 某 些 较 昂 贵 的 高 合 金 钢 ， 而 且 能 够 保 持 心 部 有 低 碳 钢 淬 火 后 的 强 韧 性 使 工 件 能 承 受冲 击 载 荷 。 因 此 ， 完 全 符 合 节 能 、 降 耗 ， 可 持 续 发 展 的 方 向 。 授课内容渗碳：为了获得高硬度、高耐磨的表面及强韧的心部，渗碳后必须进行淬火加低温回火处理。按渗碳介质可分为：气体渗碳、液体渗碳、固体渗碳。渗氮：渗氮层具有高硬度、高耐磨性；渗氮层比热容打，在钢件表面形成压应力层可显著提高耐疲劳性能，渗氮层的耐疲劳性优于渗碳层；渗氮层表面有化学稳定性高的 相，能显著提高耐腐蚀性。渗氮能形成性
4、能优越的渗氮层，但由于工艺时间太长，使得生产率太低，成本高，应尽量少采用。渗氮一般用在强烈磨损、耐疲劳性要求非常高的零件，有的场合是除要求机械性能外还要求耐腐蚀的零件。碳氮共渗（俗称“氰化” ）：按工艺温度分：低温碳氮共渗（520-580） ，工艺温度低，共渗过程是以氮原子为主、碳原子为辅的渗入过程，俗称“软氮化” ；中温碳氮共渗（780-880）；高温碳氮共渗（880-930） 。优点：与渗碳相比处理温度低，渗后可直接淬火，工艺简单，晶粒不易长大，变形裂倾向小，能源消耗少，共渗层的疲劳性和抗回火稳定性好；与渗氮相比，生产周期大大缩短，对材料适用广。氮碳共渗：氮碳共渗起源于西德，是在液体渗氮基
5、础上发展起来的。早期氮碳共渗是在含氰化物的盐浴中进行的。由于处理温度低，一般在 500-600，过程以渗氮为主，渗碳为辅，所以又称为“软氮化” 。氮碳共渗工艺的优点如下：氮碳共渗有优良的性能：渗层硬度高，碳钢氮碳共渗处理后渗层硬度可达 HV570-680；渗氮钢、高速钢、模具钢共渗后硬度可达 HV850-1200；脆性低，有优良的耐磨性、耐疲劳性、抗咬合性和耐腐蚀性。工艺温度低，且不淬火，工件变形小。处理时间短，经济性好。设备简单，工艺易掌握。存在问题是：渗层浅，承受重载荷零件不宜采用。渗硼：渗硼是一种有效地表面硬化工艺。将工件置于能产生活性硼的介质中，经过加热、保温，使硼原子渗入工件表面形成
6、硼化物层的过程称为渗硼。金属零件渗硼后，表面形成的硼化物（FeB、Fe 2B、TiB 2、ZrB 2、VB 2、CrB 2）及碳化硼等化合物的硬度极高，热稳定性。渗硼钢的硬度、耐磨性、耐腐蚀性、耐热性均比渗碳和渗氮高。渗铝：在一定温度下使铝渗入工件表面的工艺称为渗铝。工件渗铝层的表面生成致密、坚固、连续的氧化铝薄膜，使工件内部不继续氧化。渗铝能提高工件高温抗氧化性、空气、二氧化硫气体以及其他介质中的热稳定性、耐腐蚀性和抗侵蚀性。低碳钢、铸铁、许多耐氧化钢和耐热钢、镍基耐热合金，以及钛、铜、难熔炼金属及其合金等金属材料都可以进行渗铝。渗铬：渗铬工艺是在高温下，将活性铬通过表面吸收及铬、铁和碳的相
7、互扩散作用，在工作表面生成一层结合牢固的铁、铬、碳的合金。这一铬碳化物层具有良好的耐磨性，抗高温氧化性，热疲劳性，在大气、自来水、蒸汽和油品、硫化氢、硝酸、碱、氯化钠水溶液介质中有较高的抗蚀性。这些优良的综合性能，使渗铬工艺广泛地应用于有耐磨、耐热、耐腐蚀等性能要求的工件上。渗硫：渗硫能提高钢件的耐磨性、抗咬合能力及抗粘着磨损性。渗硫的方法有固体、液体和气体三种。按渗硫的温度，又可分为低温渗硫（160-200） 、中温渗硫（520-560）和高温渗硫（800-930） 。硫氮共渗及硫碳氮共渗：为使工件表面兼有渗硫后的减摩特性和渗碳、渗氮后的抗磨特性，可以将渗碳、渗氮处理后获得高硬度表面的工件再
8、进行渗硫处理。也可以采用硫氮二元共渗或硫碳氮三元共渗（硫氰共渗）的方法。经过硫氮碳复合渗的工件具有优良的耐磨、减摩、抗咬死、抗疲劳的能力，并改善了除不锈钢以外所有钢件的耐腐蚀性。渗硅：渗硅层在硫酸、硝酸、海水以及大多数盐、稀释碱中有很高的抗蚀性。渗硅层硬度虽然不高，但耐磨性较好，用于汽车、拖拉机零件的减摩。低碳电工钢渗硅后，硅含量达到 7%，可以获得电磁性能优良的高硅硅钢片。对难熔炼金属（钼、钨、铌等）进行渗硅，可提高它们的高温抗氧化性能。但是，渗硅会使钢的冲击韧性、延伸率和强度极限降低。渗锌：渗锌可以提高工件在大气、海水、硫化氢和一些有机介质中的抗蚀能力。扩散锌层作为阳极复层可以保护基体金属
9、不受腐蚀。补充设计渗其他金属：渗入元素 渗层性能钒(V) 提高工件在 50%硝酸、98%硫酸、10%NaCl 中的耐蚀性钛(Ti) 提高工件在海水、硝酸、醋酸中的耐蚀性及抗氧化性铌(Nb) 高的耐磨性，在 98%硫酸、10%NaCl 中有较高的耐蚀性钼(Mo) 高的耐蚀性及耐磨性，提高渗氮后的硬度（HV1300）铍(Be) 高硬度（HV 101000-1700） ，抗高温氧化能力镉(Cd) 抗电化学腐蚀钨(W) 钢渗钨后再渗碳，表面有高的硬度及红热性复合渗：硼铝共渗：主要用于提高工件的耐磨性和热稳定性。有时也用于提高工件在各种侵蚀性介质中的抗腐蚀性能。硼硅共渗：既能提高渗硼层的耐磨性能，又能减
10、少渗硅层的多孔性。工件经过硼硅共渗后，可提高耐腐蚀性能和耐热性，表面硬度也有所提高。硼铬共渗：是为了改善脆性高，耐蚀性和热稳定性不足的硼化物层的性能。铝硅共渗：主要是为了提高工件的热稳定性。顺序渗硅铝有利于铝的扩散。顺序渗铝硅，钢件表面易多孔。铝硅共渗层的孔隙率随着含硅量的增加而增多。铬铝共渗：是为了获得比渗铬层或渗铝层更高的抗氧化性和热稳定性。铝在钢中的扩散系数比铬大，因此，渗剂中铝含量愈高，渗层愈厚。共渗层的抗氧化能力取决于深层中铬和铝的浓度。课堂小结本次课主要让学生了解几种常见的表面热处理元素，其中以碳氮共渗为重点内容进行讲解布置作业碳氮共渗的优点？ 与渗碳相比处理温度低，渗后可直接淬火，工艺简单，晶粒不易长大，变形裂倾向小，能源消耗少，共渗层的疲劳性和抗回火稳定性好； 与渗氮相比，生产周期大大缩短，对材料适用广。教学反思本次课概念性比较强，而且实际操作性不强，所以只做了基本的介绍，讲述过程中多数时候带入了前面所学内容的回顾，发现学生对于前面概念性知识遗忘现象比较严重，以后要在课前多对前面重要知识点进行问答形式的强化记忆
