钢的表面热处理

2013年“教学质量月优秀教案评选”参评教案课程：金属材料与热处理2013—2014学年第一学期教师课题第四章钢的热处理§4-4钢的表面热处理教具实物（活塞销）、投影仪教学方法任务驱动法、讲授法、课堂互动法、小组讨论法等审批意见教学目标知识目标1、熟悉表面淬火的概念、特点及应用。2、熟悉化学热处理的概念和种类。能力目标能根据工件的化学成分和性能要求选择正确的表面热处理方法。情感目标1、培养学生认真、细致的学习态度。2、通过发现问题、解决问题的过程，增强学生的求知欲和学习热情。教学重点表面热处理的目的、方法和应用。教学难点理论联系实际，将学到的基础理论做为实际选择表面热处理方法及工艺参数的理论依据。课后分析本课题内容是常用热处理方法中最后介绍的一种，与前面所学内容既有相似又有所区别，讲授时可加以对比联系，以帮助学生理解，且本课题内容与实际联系密切，讲授时以实例为载体，采用任务驱动法，效果较好。1教学过程教学内容附记一、组织教学（2分钟）1、点名，稳定学生情绪。2、分成四个学习小组。二、复习提问（7分钟）常用的回火方法有哪几种？并分别指出其获得的组织、性能及适用范围。参考答案：1、低温回火（150℃~250℃）：回火马氏体，具有较高的硬度、耐磨性和一定韧性，主要用于刀具、冷作模具、轴承零件及其它要求硬而耐磨的零件等。2、中温回火（350℃~500℃）：回火屈氏体，具有高的弹性极限、屈服强度和适当的韧性，主要用于弹性零件及热作模具等。3、高温回火（500℃~650℃）：回火索氏体，具有良好的综合力学性能，强度、硬度、塑性和韧性具有良好的配合，广泛应用于连杆、曲轴、齿轮等承受交变载荷或冲击载荷的重要零件等。巩固旧知识，承接新知识，加强知识的连贯性。三、任务提出（6分钟）右图为活塞销的实物图。活塞销通常在冲击载荷、交变载荷和强烈摩擦条件下工作，活塞销选用20钢制造。试根据其化学成分和使用性能要求，选择正确的热处理方法。鼓励学生结合生活实际，积极思考，踊跃回答。四、任务分析（5分钟）活塞销在工作时，同时受到冲击载荷、交变载荷和表面摩擦作用，因此要求工件心部具有足够的塑性、韧性和一定的强度，表面具有高硬度和高耐磨性，即所谓的“外硬内韧”。前面所学的常规热处理方法无法满足上述性能，需要采用一种新的热处理方法——表面热处理。提问：常规的热处理方法有哪些？2教学过程教学内容附记五、相关知识（40分钟）表面热处理是一种对工件表面进行硬化的热处理方法，根据硬化机制不同，表面热处理可分为表面淬火和化学热处理两大类。（一）表面淬火1、定义：对工件表层进行淬火的工艺。2、适用范围：中碳钢和中碳合金钢。3、分类：（1）火焰加热表面淬火特点：用氧—乙炔火焰对零件表面进行加热，随之快速冷却的工艺。加热温度及淬硬层不易控制，质量不稳定。应用：适用于单件或小批量生产。（2）感应加热表面淬火特点：利用感应电流通过工件所产生的热效应，使工件表面局部加热，然后快速冷却的工艺。加热速度快，淬硬层深度易于控制，淬火质量高。应用：适用于大批量生产。（二）化学热处理1、定义：将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。化学热处理不仅改变了钢的组织，而且其表层的化学成分也发生了改变，因而更能有效地改善零件表层的组织。2、化学热处理的过程：化学热处理是通过以下三个基本过程来完成：（1）分解介质在一定温度下发生化学分解，产生活性原子。（2）吸收活性原子被工件表面吸收。（3）扩散渗入工件表层的活性原子，由表层向中心扩散。提问：为什么低碳钢不能进行表面淬火？提示学生注意：热处理工艺中，只有化学热处理不仅改变了组织，还改变了化学成分。3教学过程教学内容附记五、相关知识（40分钟）3、常用的化学热处理方法：（1）渗碳将工件置于渗碳介质中，加热并保温，使碳原子渗入工件表层。目的：提高工件表面含碳量。注意：工件渗碳后需进行淬火和低温回火。（2）渗氮在一定温度下，使活性氮原子渗入工件表面。目的：提高工件表面硬度、耐磨性、耐蚀性及疲劳强度。注意：工件渗氮后不用淬火即可获得高硬度，但生产周期长，成本高。（3）碳氮共渗在一定温度下，将碳、氮原子同时渗入工件表层中，并以渗碳为主。注意：工件碳氮共渗后，也要进行淬火和低温回火处理。碳氮共渗加热温度低，零件变形小，生产周期短，且渗层具有较高的硬度、耐磨性和疲劳强度。目前，常用来处理汽车和机床上的齿轮、蜗杆和轴类零件等。提问：为什么工件渗碳后需进行淬火和低温回火？六、任务实施（10分钟）根据所学相关知识，由学生分组讨论，为前面所提出的活塞销制定出合理的热处理工艺。活塞销的制造材料为20钢，属于低碳钢，应首先进行渗碳处理，提高工件表面含碳量，再进行淬火和低温回火处理。经上述处理后，工件表面为高碳回火马氏体，心部为珠光体和铁素体，可满足“外硬内韧”的性能要求。学生讨论过程中，教师进行巡回指导，给予必要的提示和鼓励。七、知识链接（5分钟）热处理新工艺和新技术简介利用视频让学生感性的了解热处理工艺的发展趋势和前沿技术。4教学过程教学内容附记八、课堂小结（7分钟）1、表面淬火（1）定义（2）适用范围★（3）分类感应加热表面淬火火焰加热表面淬火2、化学热处理（1）定义★（2）过程★（3）分类渗碳★渗氮碳氮共渗总结要点,问题回归九、布置作业（3分钟）1、什么是表面淬火？表面淬火适用于哪些材料？常用的表面淬火方法有哪两种？2、什么是化学热处理？其基本过程是什么？常用的化学热处理方法有哪些？3、查阅相关资料，试制定出汽车变速齿轮（由20CrMnTi制造）的热处理工艺。帮助学生巩固重点、难点，为后面的学习打好基础。注意：分析理解，避免错误。