钢的表面热处理金属材料与热处理课程教学设计

4.4钢的表面热处理教学设计教学内容：1、钢材进行表面热处理的原因2、表面热处理的方法、种类及特点教学目标：知识目标：1、掌握钢材进行表面热处理的原因2、掌握表面热处理的方法、种类及特点能力目标：培养学生理论联系实际、分析问题和解决问题的能力。教学重点：钢材进行表面热处理的原因教学难点：表面热处理的方法、种类及特点教学辅助：多媒体课件教学课时：50分钟教学过程：一组织教学点名,稳定学生情绪二复习提问1、什么是回火，目的是什么？2、回火过程分几个阶段？3、回火分为哪几种，分别达到什么样的组织及特点？4、什么是调质处理，什么是回火脆性？三讲解新课在机械设备中，有许多的零件是在冲击载荷、扭转载荷及摩擦条件下工作的，如齿轮、活塞销、曲轴，它们要求表面具有很高的硬度和耐磨性，而心部要具有足够的塑性和韧性。为满足这类零件的性能需求，实际生产中一般按照心部的力学性能进行选材和常规热处理，然后再通过避免热处理的方法强化零件表面的力学性能，以达到“外硬内韧”的要求。常用的表面热处理方法有表面淬火和化学热处理两种。一、表面淬火概念：表面淬火时一种仅对工件表层进行淬火的热处理工艺。原理：通过快速加热，使钢的表层奥氏体化，在热量尚未传到零件中心时就立即予以冷却淬火的方法。它不改变钢的表层好像成分，但改变了表层组织。范围：中碳钢和中碳合金钢。种类：火焰加热表面淬火，感应加热表面淬火，电接触表面加热淬火，激光加热表面淬火。常用的有前两种。1、火焰加热表面淬火：应用氧--乙炔或其他可燃气体火焰进行表面加热淬火。淬硬层深度一般为2--6mm。特点：加热温度及淬硬层深度不易控制，易产生过热和加热不均匀的现象，淬火质量不稳定。但不需要特殊设备，适用于单件或小批量生产。2、感应加热表面淬火：利用感应电流通过工件所产生的热效应进行表面加热淬火。特点：加热速度快，仅需要几秒或几十秒的时间；由于速度快，奥氏体晶粒不易长大，淬火后表层获得细针状马氏体，硬度高，淬火质量好；淬硬层深度容易控制，易实现机械化和自动化，但设备复杂、成本高，适用于大批量生产。二、化学热处理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。它不仅改变了钢的表层组织，还改变了表层的化学成分。化学热处理有渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗金属等。1、化学热处理的过程：（1）分解：介质在一定温度下发生化学分解，产生可渗入元素的活性原子。（2）吸收：活性原子被工件表面吸收，形成固溶体或化合物。（3）扩散：渗入工件表层的活性原子，有表面向中心迁移的过程，形成一定厚度的渗层。扩散过程要在有浓度差和一定的加热条件下进行。2、钢的渗碳通过表层渗入碳原子提高钢件表层的含碳量。渗碳零件必须用低碳钢或低碳合金钢来制造，并在渗碳后进行热处理。渗碳工件的工艺路线为：锻造→正火→机械加工→渗碳→淬火+低温回火渗碳方法可分为固体渗碳、盐浴渗碳及气体渗碳三种。渗碳层深度取决于保温时间，一般按每小时0.2mm--0.5mm的速度估算，可根据所需渗碳层厚度决定保温时间。一般零件渗碳后，其表面含碳量控制在0.85%--1.05%，含碳量从表层到心部逐渐减少，心部仍保持原来低碳钢的含碳量。在缓慢冷却条件下，渗碳层的组织由表面向中心依次为：过共析组织，共析组织，亚共析组织，中心为原来的亚共析组织。渗碳工件经淬火及低温回火后，表层显微组织为细针状马氏体和均匀分布的细小颗粒状渗碳体，硬度高达58--64HRC。心部由于是低碳钢，显微组织依然是铁素体和珠光体，具有良好的综合力学性能，即较高的韧性和适当的强度。3、钢的渗氮表层渗入氮原子的表面热处理工艺。目的是提高零件表面的硬度、耐磨性、耐腐蚀性及疲劳强度。特点：渗氮表层中形成稳定的金属氮化物，具有很高的硬度和耐磨性，一般不需要淬火，而且具有较高的红硬性。渗氮层可防止水、蒸汽、碱性溶液的腐蚀。工件变形小。但由于生产周期长，成本高，渗氮层薄而脆不宜承受集中的重载荷。一般用于处理重要和复杂的精密零件。渗氮工件的工艺路线为：锻造→退火→机械粗加工→调质→机械精加工→去应力退火→粗磨→渗碳→精磨或研磨。渗氮方法有气体渗氮和离子渗氮。4、碳氮共渗在一定温度下，将碳、氮原子同时渗入工件表层奥氏体中，并以渗碳为主的化学热处理，气体碳氮共渗最为常用。气体碳氮共渗的温度为820--870℃，共渗层表面含碳量为0.7%--1.0%，含氮量为0.15%--0.5%。热处理后表层组织为含碳、氮的马氏体及呈均匀分布的细小碳氮化合物。碳氮共渗时加热温度低，工件变形小，生产周期短，渗层具有高硬度、高耐磨性和高疲劳强度。常用于处理汽车和机床上的齿轮、蜗杆及轴等。软氮化：以渗氮为主的碳氮共渗。四小结1、表面热处理的概念和目的。2、表面热处理的分类及特点。五布置作业课本P81-14，15教学后记：讲理论的时候要结合实际举例，这样效果会更好