钢材热处理教案

课题：钢材热处理一、教学目的掌握部分：1、热处理的目的、分类；2、常用热处理工艺的方法和应用。了解部分：典型零件的常用热处理工艺分析。二、教学重点、难点：重点：钢的常用热处理工艺(四把火)。难点：退火、正火、淬火和回火的区别与应用。一、钢的热处理的概念：1、钢的热处理是采用适当的方式对钢铁材料或工件进行加热、保温和冷却以获得预期的组织结构与性能的工艺。2、热处理能显著提高钢的力学性能，满足零件使用要求和延长寿命；还可改善钢的加工性能，提高加工质量和劳动生产率。3、热处理在机械制造中应用很广，汽车、拖拉机中有70%~80%的零件进行热处理，各种刀具、量具、模具等几乎100%要进行热处理。1．热处理的应用钢是现代工业、农业、交通、国防及生活中应用最为广泛的一种金属材料，具有许多良好的性能。但随着科学技术的不断提高和发展，对金属材料的性能要求也不断的提高，其中热处理工艺就是提高和改善钢性能的一种重要方法，如齿轮、曲轴、弹簧、锤子、刃具等它们的各种机械性能都是通过热处理的加工来达到要求的。2．热处理的基本过程定义：采用适当的方式对钢铁材料进行加热、保温和降温，以获得所要求的组织结构与性能的工艺。图1热处理工艺曲线示意图制作工件的材料对热处理工艺有非常大的影响。工件在进行热处理操作之前首先要确定工件的具体材料。因为不同的材料，它的化学成份不同，它的热处理工艺也不同，但总体来说工艺都如上图所示。1）工件加热升温的目的一般金属材料在常温下其内部组织有许多种。例如钢在常温下其内部有珠光体、铁素体等组织。随着温度的升高，当达到727℃或超过727℃时，就发生了组织转变。常温的组织开始转变为高温的组织，也就是向奥氏体转变。此阶段主要就是奥氏体的形成，包括：（1）奥氏体晶核的形成；（2）奥氏体晶核长大；（3）残余奥氏体溶解；（4）奥氏体成分均匀化。2）保温的目的金属材料随着温度的升高超过临界温度就会发生组织转变。但是转变数量的多少同加热温度，加热速度和工件几何尺寸等因素有关。工件加热到确定温度后，还要使工件表面温度和工件心部温度一样，也就是表面组织转变和心部组织转变一样。因为工件烧透和组织转变都需要一定时间的，所以工件到温度后要进行保温。3）降温的目的将高温下获得的内部是奥氏体组织的工件以不同的冷却速度冷却到室温，可以获得不同的金属组织。因为金属材料内部组织不同，它的机械性能是不一样的，所以可以根据不同技术要求而选择不同的冷却速度，获得我们所要求的组织和性能。二、常用热处理的工艺方法：主要有退火、正火、淬火和回火，简称“四把火”。任何一种热处理工艺都由加热、保温、冷却三个阶段组成。1、退火（一般为500~600º）C，保持一定时间，然后随炉缓慢冷却的热处理工艺。常用加热设备有：箱式电阻炉、盐浴炉、气体保护炉、高频炉、油炉、真空炉等设备。退火目的是消除钢材内应力；细化晶粒；低钢材硬度，提高钢材塑性；细化钢材组织，均匀钢材成分，为最终热处理做好组织准备。根据钢材化学成分和退火目的不同，退火通常分为：完全退火、球化退火、去应力退火、扩散退火和再结晶退火等。图2退火工艺图2、正火正火是指工件加热奥氏体化后在空气中冷却获得以珠光体组织为主的热处理工艺。正火的目的：细化晶粒、降低硬度、提高塑性、消除内应力、改善切削加工性能，并为最终热处理作好组织准备。图3正火工艺适用工件范围：一般为铸件、锻件及粗车得到的工件。在生产中(1)改善切削性能。低碳钢和低合金钢退火后铁素体所占比例较大，硬度偏低，切削加工时有“粘刀”现象，而且表面粗糙度值较大。0t℃727600℃以下Ac1+30~50去应力退火球化退火完全退火A1t℃适当温度空冷0通过正火能适当提高硬度，改善切削加工性。。（2）消除网状碳化物，为球化退火作组织准备。对于过共析钢，正火加热到Accm以上可使网状碳化物充分溶解到奥氏体中，空气冷却时碳化物来不及析出，则消除了网状碳化物组织，同时细化了珠光体（3）用于普通结构零件或某些大型非合金钢工件的最终热处理，（4）用于淬火返修件，消除应力，细化组织，防止重新淬火时产生变形与开裂。3、淬火淬火是指工件加热奥氏体化后以适当方式冷却获得马氏体或(和)贝氏体组织的热处理工艺。目的：为了使工件获得马氏体组织，从而使工件的强度、硬度、耐磨性等力学性能提高。图4淬火工艺图适用工件范围：轴类、齿轮、轴承、刀具、模具等。首先根据工件所用具体材料制定出操作工艺，然后根据工件的技术要求选择加热和淬火设备。淬火工艺方法：整体加热淬火、局部淬火、表面淬火、分级淬火等常用的淬火冷却介质有油、水、盐水、硝盐浴和空气等。(1)单液淬火。它是将已奥氏体化的钢件在一种淬火介质中冷却的方法。例如，低碳钢和中碳钢在水中淬火，合金钢在油中淬火等。(2)双液淬火。它是将工件加热奥氏体化后先浸入冷却能力强的介质中，在组织即将发生马氏体转变时立即转入冷却能力弱的介质中0t℃适当温度冷却介质保温冷却的淬火方法，称为双液淬火。例如，先在水中冷却后在油中冷却的双液淬火。双液淬火主要适用于中等复杂形状的高碳钢工件和较大3、回火回火是指工件淬硬后，加热到Ac1（727℃）以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。回火的目的是消除和减小内应力，稳定组织，调整性能以获得较好的强度和韧性配合。目的：降低工件淬火后的脆性，消除在快速冷却过程中产生的内应力，使组织趋于稳定，获得要求的机械性能。适用工件范围：淬火以后的工件一般情况下都需要进行回火处理。具体工艺方法：回火工艺根据回火温度的不同，常见的有3种：（1）低温回火：加热温度为150~250℃之间，在保证工件高硬度等技术要求前提下，尽量降低材料内部的脆性和内应力。同学制作的锤子在经过淬火后就要进行低温回火处理。采用低温回火的典型工件还有：钻头、锯条、齿轮、锉刀、轴承等。（2）中温回火：加热温度为300~450℃之间，为使工件获得较好的弹性和一定的韧性和硬度。此工艺常用于热锻模和弹簧工件。如有的弹簧件在受力的情况下发生变形。有时出现断裂或载荷卸去之后，形状没有回到原来的状态。这些现象说明弹簧件的热处理质量没有达到技术要求。（3）高温回火：加热温度为500~650℃。淬火+高温回火在机械工业中又叫调质热处理。通过调质处理可使钢获得较好的综合的力学性能。主要用于受力复杂工件，如轴类、曲轴、齿轮类等重要的机械零部件。调质处理一般作为最终热处理，但由于调质处理后钢的硬度不高，便于切削加工，并能得到较好的表面质量，故也作为表面淬火和化学热处理的预备热处理。三、学生自主学习活动1．相互讨论各类正火与退火方法的区别。2．相互讨论各类回火与淬火方法的应用范围。四、教学重点与难点1．重点：淬火加热温度和方法、回火方法2．难点：淬透性与淬硬性五、教学方法与教学手段1．列举生活与生产中的实例进行讲解。2．利用多媒体资料进行短时演示。六、小结与布置作业1．小结熟悉基本定义，注重将基本知识与生活经验相联系，加深对所学知识的理解。2．布置作业