Химико-термическая обработка стали

Размещено на http://www.allbest.ru/

Государственное бюджетное образовательное учреждение

среднего профессионального образования

Владимирской области

«Петушинский промышленно-строительный техникум»

(ГБОУ СПО ВО «ППСТ»)

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА

Тема: «Химико-термическая обработка стали»

Выполнила: Морозова Елена Анатольевна

г. Петушки

2011г.

Химико-термическая обработка стали

Цель урока: повторить основные понятия из темы «Термическая обработка»; изучить сущность химико-термической обработки стали, виды химико-термической обработки стали (Цементация, азотирование, нитроцементация, диффузионная металлизация): цель, особенности, преимущества и недостатки.

Материально-техническое оснащение: компьютер, проектор, CD-диск по материаловедению, презентация по теме «Химико-термическая обработка стали».

Ход урока

1. Орг. момент

2. Повторение темы «Термическая обработка стали» - 7-10 минут

Вопросы:

1.Что такое термическая обработка стали и чугуна?

- термической обработки стали и чугуна называют совокупность операций нагрева, выдержки и охлаждения твердых металлических сплавов с целью получения заданных свойств за счет изменения внутреннего строения и структуры.

2.Назовите основные факторы термической обработки?

-температура, время, скорость нагрева и охлаждения.

3.Изобразите график термической обработки.

4.Назовите виды термической обработки металлов?

- собственно термическая обработка; химико-термическая обработка; термомеханическая обработка.

5. С какой целью проводится термическая обработка?

-для изменения механических свойств стали (прочности, твердости, пластичности, вязкости).

6.Назовите основные виды собственно термической обработки стали.

-отжиг, закалка, отпуск.

7. Чем отличаются между собой отжиг, закалка и отпуск?

-температурой нагрева, временем выдержки и способом охлаждения (вместе с печью или на воздухе).

3. Изучение нового материала

В ходе урока включаются слайды презентации и фрагменты CD- диска.

- Вопрос: Чем термическая обработка стали отличается от химико-термической?

Химико-термической обработкой называется процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя деталей на небольшую глубину различными элементами (углеродом, азотом, хромом и др.) при нагревании.

Существует несколько видов химико-термической обработки сталей.

Насыщение поверхностного слоя детали углеродом называют цементацией, азотом -- азотированием, одновременно углеродом и азотом -- нитроцементацией, металлом -- диффузионной металлизацией.

Цементация (слайд №2)

Цементация состоит в нагревании металлического изделия в среде, легко отдающей углерод (древесный уголь, природные газы и др.).

- Вопрос: -Как вы считаете, в чем цель цементации?

Цель цементации -- повышение твердости и износостойкости поверхности деталей. Цементации подвергают детали, изготовленные из малоуглеродистых сталей (0,1...0,3 % С) марок 10, 15, 20 или легированных малоуглеродистых сталей 15Х, 20Х, 18ХГТ и др. После цементации производят закалку изделия. сталь чугун термический обработка

Цементацию проводят в твердых и газообразных углеродсодержащих средах.

Цементация в твердой среде (карбюризаторе) состоит в следующем. Карбюризатором служат мелкие куски древесного угля, покрытые углекислыми солями бария и натрия, которые ускоряют процесс цементации. Детали помещают в специальный стальной ящик, засыпают со всех сторон карбюризатором и ящик накрывают крышкой. Расстояние между деталями и стенками ящика должно быть не менее 10...15 мм. Чтобы не было доступа, воздуха, разъем ящика обмазывают глиной. Затем ящик, помещают в термическую печь и нагревают до температуры 900...950°С в течение 7...10 ч. При этой температура древесный уголь разлагается и атомы углерода насыщают поверхности деталей на глубину 0,7..,1,5 мм. Ящик после цементации охлаждают на воздухе до температуры 300...400°С, извлекают из него детали, после чего про изводят термическую обработку деталей, как правило, закалку с последующим низким отпуском.

- Газовая цементация осуществляется нагреванием изделий в среде углеродсодержащих газов (природный газ или пропан-бутановая смесь). Газовая цементация-- более эффективный процесс, чем цементация в твердом карбюризаторе, так как отпадает необходимость в ящиках, которые следует нагревать, процесс легче автоматизируется и более экономичен. Кроме того, можно непосредственно из печи, где производится цементация, выполнять термообработку деталей. Время на цементацию и термообработку сокращается более чем в два раза. Цементации подвергаются стальные детали, работающие на истирание и испытывающие ударные нагрузки: валики, зубчатые колеса, поршневые пальцы, кулачки, пальцы звеньев гусениц и др.

Группа делится на три подгруппы (по рядам). Каждая подгруппа подробно изучает один из видов химико -термической обработки: 1 ряд- азотирование, 2 ряд - нитроцементация, 3 ряд - диффузионная металлизация. Обучающиеся изучают виды химико-термической обработки стали по плану, записывая ответы в тетрадь:

1. Определение

2. Цель

3. Ход процесса (среда, температура, время)

4. Преимущества, недостатки

5. Марки сталей, детали

Время самостоятельной работы обучающихся с учебником - 20-30 минут.

Время на проверку выполнения задания - 15-20 минут.

Азотирование (слайд № 3, 4, 5)

Азотирование осуществляется в среде газообразного аммиака при температурах 500...650°С, при которых аммиак NH₃ разлагается на азот и водород 2NНз>2N+6Н. Образовавшийся атомарный азот проникает в поверхностный слой детали и образует с железом и другими элементами твердые соединения -- нитриды Fe₄N, Fe₃N, Cr₂N, A1N и др. В результате азотирования повышаются твердость, износостойкость, коррозионная стойкость поверхности детали. Азотированию подвергают детали, изготовленные из среднеуглеродистых легированных сталей марок 35ХМЮА и 38ХМЮА.

Твердость, азотированного слоя сохраняется при нагревании до температуры 600...650°С. Азотированию подвергают шестерни, цилиндры мощных двигателей, шейки коленчатых валов, многие детали станков.

Нитроцементация

При нитроцементации изделия нагревают в течение 8...10 ч при температуре 850...870°С в газовой смеси, состоящей из науглероживающего газа и аммиака. Поверхностный слой изделия насыщается азотом и углеродом на глубину 0,25... 1 мм. В результате нитроцементации повышаются твердость и износостойкость деталей. После нитроцементации производят закалку. Нитроцементации подвергают детали сложной конфигурации, например всевозможные шестерни, склонные к короблению, шестерни привода масляного насоса в автомобилестроении, пальцы задних рессор, валики и т.д.

Диффузионная металлизация (слайд № 6)

Диффузионная металлизация -- насыщение поверхностного слоя деталей металлами (легирующими элементами) -- хромом, алюминием, кремнием, бором и др. Цель диффузионной металлизации -- повышение ^жаростойкости, коррозионной стойкости, износостойкости и твердости. Процессы осуществляются при температуре 900...1150°С. Изделия помещают в порошкообразные смеси железа с легирующими элементами. Для создания защитной от окисления среды в порошкообразные смеси добавляют хлорид аммония NH₄CI.

Более эффективно диффузионная металлизация проходит при использовании вместо порошкообразных смесей железа с легирующими элементами соответствующих хлористых соединений легирующих металлов (А1С1з, СгCl₂, SiCl₄ и т.д.), которые при высоких температурах диссоциируют, и поверхность изделий насыщается легирующими металлами. Продолжительность металлизации составляет 6... 12 ч.

В зависимости от насыщающего элемента процесс диффузионной металлизации имеет определенное название, так, насыщение хромом -- хромирование, алюминием -- алитирование, кремнием - силицирование, бором -- борирование и т. д.ованных сталей.марок 35ХМЮА и 38ХМЮА.

4.Закрепление.

Обучающимся предлагается соотнести понятия из левой стороны терминам с правой стороны (приложение №2).

Время на выполнение задания - 7- 10 минут.

Проверка: на экран выводится эталон ответов и критерии оценки, обучающиеся сами проверяют свои работы и выставляют себе оценки.

Приложение №1

Химико-термическая обработка стали

Размещено на Allbest.ru