《汽车工程材料》教案(25,26)-有色金属的热处理

****学院教案用纸授课课题课题5金属材料的常规热处理——有色金属的热处理教学目标主要从知识目标、能力目标和情感目标三方面进行设计。?了解铝合金的基本相图、合金分类?掌握铝合金的退火工艺；?重点掌握铝合金的淬火与时效处理的原理与应用；?了解黄铜、镀青铜的热处理工艺与应用；?培养理论联系实际的学习思路与方法。教学要占八、、教学重点与难点重点：铝合金的分类、铝合金的固溶与时效难点：铝合金固溶时效与钢淬火回火的区别课型1、理论课；2、新授课。课时2课时教法与学法（教具）多媒体教学、讲授、引导提问、实物展示课后要求布置课后作业练习教学后记（教师课后填写）授课教师备课时间****学院教案用纸****学院教案用纸主要教学步骤和教学内容★课程回顾：（5min）1、灰铸铁的热处理：退火与正火；2、球墨铸铁的热处理：退火、正火、淬火与回火。★课程导入：（5min）1、与钢及铸铁相比，有色金属合金如何强化？2、是不是所有的金属材料都可以通过热处理来强化?（提出问题，学生思考并回答）★新课讲授：（70min）一、铝合金的热处理1、铝合金的相图及分类纯铝的强度低度，不适宜作结构材料。为了提高其强度，在纯铝中加入硅、铜、镁、钮等合金元素，形成铝合金。工程上常用的铝合金大都具有与下图类似的相图。根据成分和加工工艺特点，铝合金可分为变形铝合金和铸造铝合金。凡位于相图上D点成分以左的合金，在加热至高温时能形成单相固溶体组织，塑性变形能力好，适合于冷热加工（如轧制、挤压、锻造等）而制成类似半成品或模锻件,所以称为变形铝合金。变形铝合金中成份低于F的合金，因不能进行热处理强化，称为不能热处理强化的铝合金；成分位于F、D之间的合金，可进行固溶和时效强化，称为能热处理强化的铝合金，其热处理强化原理为通过快速冷却获得过饱和固溶体，过饱和固溶体再析出某些金属化合物，使得铝合金得到强化，称为 沉淀强化或时效强化。凡位于D点成分以右的合金，因含有共晶组织，熔液流动性好，收缩性好，抗热裂性高，具有良好的铸造性能，可直接浇铸在砂型或金属型内制成各种形状复杂的甚至薄壁的零件或毛坯，所以称为铸造铝合金。（提示：类似与铁碳相图中钢与铸铁的关系）2、变形铝合金的热处理（1）退火?变形铝合金的退火目的是消除冷变形的产生的残余应力。?消除加工硬化，应进行中间退火，加热温度在再结晶温度以上。（2）淬火与时效在可热处理的Al-Cu、Al-Cu-Mg、Al-Mg-Si等铝合金中，Cu、Mg、Si等元素与Al形成CuAl2、Mg2Si、Al2CuMg等金属化合物（强化相）。强化相在铝中有较大溶解度，且随温度下降而显著减小。在脱溶过程中的某些中间状态具有特殊晶体结构，而使铝合金得到强化。铝合金加热到单相区保温后，快速冷却得到过饱和固溶体的热处理工艺称为固溶处理，也可称为淬火。但铝合金淬火与钢淬火不同。对于含碳量较高的钢，经淬火后立即获得很高的硬度，而塑性则很低。然而对铝合金并不然，铝合金淬火后的强度与硬度并不立即升高，至于塑性非但没有下降，反而有所上升。但这种淬火后的合金，放置一段时间，强度和硬度会显著提高，而塑性则明显降低。淬火后铝合金的强度、硬度随时间增长而显著提高的现象，称为时效。时效可以在常温下发生，称自然时效,也可以在高于室温的某一温度范围（如100〜200C）内发生，直人工时效。2,铸造铝合金的热处理除ZL102、ZL302外，其他铝合金均能热处理强化。与变形铝合金相比，由于铸造铝合金的组织粗大，偏析严重，所以，淬火加热温度一般比较高，保温时间比较长，一股均在15〜20小时。此外，因铸件的形状比较复杂，壁厚不均匀，为防止淬火时引起变形和开裂，一般采用60〜100c水作淬火介质，最后根据需要采用人工时效处理。二、铜合金的热处理.黄铜的热处理因为铜无同素异构转变，所以普通黄铜的强化不能通过热处理实现。黄铜的主要热处理是低温退火和再结晶退火。(1)低温退火：目的是消除应力，防止黄铜墙铁壁的应力腐蚀开裂和工件加工时发生变形。退火温度为260〜300C,彳^温1小时。(2)再结晶退火：目的是消除加工硬化和恢复塑性，为下道冷加工工序做准备。常用的再结晶退火温度为550〜650c.镀青铜的热处理镀青铜是一种用途极广的沉淀硬化型合金。它的热处理为固溶加时效。经固溶及时效处理后，强度可达1250〜1500MPa。其热处理特点是：固溶处理后具有良好的塑性，可进行冷加工变形。但再进行时效处理后，却具有极好的弹性极限，同时硬度、强度也得到提高。(1)镀青铜的固溶处理一般固溶处理的加热温度在780〜820c之间。为避免氧化应在真空炉或氨分解、惰性气体、还原性气氛(如氢气、一氧化碳等)中加热。淬火介质一般采用水，形状复杂的零件为了避免变形也可采用油。(2)镀青铜的时效处理★课程小结：(10min)1、铝合金的相图与基本分类2、变形铝合金、镀青铜的固溶与时效作业:

****教案用纸授课课题课题5金属材料的热处理——表面处理的分类、表面淬火教学目标主要从知识目标、能力目标和情感目标三方面进行设计。?了解表面处理的主要作用；?了解表面处理技术的分类及基本应用；?掌握火焰淬火的原理、方法及应用；?掌握感应淬火的原理、方法及应用；?注重培养学生理论联系生产实际的思维习惯。教学要占八、、教学重点与难点重点：火焰淬火的分类及应用特点感应淬火的分类及应用特点难点：感应淬火的原理课型1、理论课；2、新授课。课时2课时教法与学法（教具）多媒体教学、引导提问、讲授课后要求布置课后作业练习教学后记（教师课后填写）授课教师备课时间****学院教案用纸****学院教案用纸主要教学步骤和教学内容★课程回顾：(5min)1、铝合金的基本分类：变形铝合金(可热处理、不可热处理)、铸造铝合金2、变形铝合金、镀青铜的固溶与时效★课程导入：(5min)1、金属材料为什么要进行表面处理？2、如何使得一些零件(如齿轮)通过处理后变得内韧外硬？(观看表面处理录像视频、提出问题，学生思考并回答)★新课讲授：(70min)一、金属材料表面处理概述磨损、腐蚀和断裂是机械零部件、工程构件的三大主要失效形式。磨损和腐蚀都是发生于零部件表面的材料流失过程，而疲劳裂纹的萌生一般都也形成于零件的表面。1、表面处理技术的作用(1)提高表面耐蚀性和耐磨性，减缓、消除和修复材料表面的变化及损伤。(2)使普通材料获得具有特殊功能的表面。(3)表面处理技术可用于节约能源、降低成本、改善环境。2、表面处理技术的分类(1)表面合金化技术：包括喷焊、堆焊、离子注入、激光融覆等。(2)表面覆盖与覆膜技术：包括电镀、化学镀、化学转化膜、气相沉积等。(3)表面组织转化技术：包括表面淬火、化学热处理等热处理技术及喷丸、滚压等表面加工硬度技术。二、表面淬火表面淬火是通过不同的方法对零件进行快速加热，使零件表面迅速达到淬火温度,然后快速冷却、便表层获得淬火组织而心部仍保持原始组织的热处理工艺 。

1、火焰加热表面淬火火焰加热表面淬火是利用氧一乙快气体或其他可燃气体(如天然气、焦炉煤气、石油气等)以一定比例混合进行燃烧，形成强烈的高温火焰，并通过喷嘴喷射零件表面，使表层面迅速加热至淬火温度，然后急速冷却(冷却介质最常用的是水，也可以用乳化液)，使表面获得要求的硬度和一定的硬化层深度，而中心保持原有组织的一种表面淬火方法。火焰淬火示意图(1)固定法：适用于淬硬面积不大的零件。如气门顶杆、导轨接头、离合器的卡牙部分等。(2)前进法：对长形零件进行表面淬火，如长轴、机床床身、导轨等，也适用于大模数齿轮进行逐齿的淬火。(3)旋转法：这种方法适用于小直径的轴和模数小于5的齿轮等。(4)联合法：适用于大型长轴类和冷轧辗的表面淬火。a)固定法b)前进法c)旋转法d)联合法a)固定法b)前进法c)旋转法d)联合法火焰表面淬火方法示意图主要特点为:设备简单、体积小，成本低，使用方便，受工件体积大小的限制;淬火后表面清洁，很少氧化与脱碳，变形小；操作简便，工艺灵活，淬火成本低；火焰加热温度高、加热快、生产效率高；加热温度和淬层深度不容易控制，质量不稳定。2、感应加热表面淬火感应加热表面淬火是利用感应电流通过零件所产生的热效应，使零件表面很快加热到淬火温度，然后迅速冷却的热处理方法。 是目前应用最广泛的一种表面淬火。感应加热表面淬火示意图高频感应加热炉感应加热表面淬火示意图高频感应加热炉感应电流频率越高，电流透入深度越小，工件加热层越薄，淬硬层越浅。因此，感应加热进入工件表层的深度主要取决于电流频率。感应淬火主要用于中碳钢和中碳合金结构钢制造的齿轮和轴类零件等。它们经正火或调质后再进行表面淬火，使得零件心部具有良好的综合力学性能，而表面具有较高的硬度(>50HRC和耐磨性。(1)工频感应淬火。电流频率为50HZ；可获得1055mmz上的淬硬层，适用于大直径的穿透加热及要求淬硬层深的大工件的表面淬火。(2)中频感应淬火。常用电流频率为2500〜8000Hz可获得3~6mms的淬硬层:主要用于要求淬硬层较深的零件，如发动机曲轴、凸轮轴、大模数齿轮、较大尺寸的轴和钢轨的表面淬火。(3)高频感应淬火。常用电流频率为200~300kHz,可获得的表面淬硬层深度为0.5~2mm主要用于中小模数齿轮和小轴的表面淬火。感应表面淬火主要特点为：热效率高，淬火后表面一般比火焰淬火高2~3HRC由于感应淬火升温速度快，保温时间极短，零件表面氧化脱碳少，与其他热处理相比，零件废品率极低；感应加热设备紧凑，占地面积小，使用简便，劳动条件较好；生产效率高，而且淬硬层深度易于控制；感应加热不仅应用于零件的表