钢的表面热处理金属材料与热处理课程教学设计

1、精选优质文档-倾情为你奉上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

2、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

3、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

4、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

5、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

6、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