中职《金属材料与热处理》5 项目五教案

材料科学与工程学院教案用纸课程章节名称项目五钢的热处理教学目的、要求●掌握“C”曲线。●掌握钢的退火、正火、淬火、回火的概念及目的。●掌握钢的表面淬火。●掌握钢的化学热处理。●熟悉零件的热处理工艺分析。重点难点1.“C”曲线2.钢的退火3.钢的淬火4.钢的化学热处理5.零件的热处理工艺教学环节时间分配3课时教学手段、教学方法和实施步骤多媒体授课内容:钢的奥氏体化：1)、奥氏体晶核的形成与长大：奥氏体晶粒最容易在铁素体与渗碳体的界面上生成。界面上原子排列紊乱，处于不稳定状态，为奥氏体的形核提供了有利条件。晶核生成后，与奥氏体相邻的铁素体中的铁原子通过扩散运动转移到奥氏体晶核上来，使奥氏体晶核长大。同时与奥氏体相邻的渗碳体通过分解不断地溶入生成的奥氏体中，也使奥氏体逐渐长大，直至珠光体全部消失为止。2)、剩余渗碳体的溶解：当铁素体转变成奥氏体后，铁素体消失，但还有相当数量渗碳体尚未溶解，这些渗碳体称为残余渗碳体。随着时间的延长，残余渗碳体继续向奥氏体中溶解，直至全部消失为止。3)、奥氏体的均匀化：渗碳体刚刚溶入奥氏体后，奥氏体浓度仍然不均匀，在原渗碳体的地方碳的浓度高，而原来铁素体的地方碳的浓度低，只有经过长时间保温或继续加热，才能使碳原子充分扩散，获得均匀的奥氏体。因此，热处理加热后的保温阶段，不仅是为了使工件热透，也是为了使组织转变完全及奥氏体成分均匀。“C”曲线：奥氏体在临界点A1以上是稳定的，不会发生转变。当奥氏体冷却到临界点以下，处于不稳定状态，必定要发生转变。但并不是一冷却到临界点温度以下立即发生转变，这种在临界温度以下存在的奥氏体叫做过冷奥氏体。将经奥氏体化后的钢冷却到相变点以下的温度区间内等温保持时，过冷奥氏体所发生的转变称为等温转变。过冷奥氏体在不同过冷度下的等温过程中转变温度、转变时间与转变产物的关系曲线图称为等温转变图，因其形状像英文字母“C”，故俗称为C曲线。等温转变图是一种用来研究冷却过程中奥氏体不平衡转变的重要工具。过冷奥氏体在A1以下等温转变的温度不同，转变产物也不同，在Ms线以上将发生两种类型的转变:1)、珠光体转变：在A1～550℃温度范围内，奥氏体等温分解为铁素体和渗碳体的片层状混合物—珠光体。即奥氏体向珠光体转变。2)、贝氏体转变：在550℃～Ms温度范围之间，因转变温度较低，原子活动能力较弱，过冷奥氏体虽然仍分解成渗碳体和铁素体的混合物，但铁素体中溶解的碳超过了正常的溶解度，转变后得到的组织为碳的质量分数具有一定过饱和程度的铁素体和极分散的渗碳体组成的混合物，称为贝氏体。3)、马氏体转变：当钢从奥氏体区急冷到Ms时，奥氏体便开始转变为马氏体，只是一种非扩散过程，因转变温度低，原子扩散能力小，在马氏体转变过程中，只有铁的晶格改组，不发生碳的扩散，为此，包含在奥氏体中的碳，转变后原封不动地保留在铁的晶格中，大量的碳原子存在，使铁的晶格发生了畸变，使马氏体晶格成了碳原子位于晶格间隙位置的体心立方晶格。三、钢的退火：1)、完全退火:将钢件或毛坯加热到Ac3以上30～50℃，保温一段时间，使钢中组织完全转变成奥氏体后，缓慢冷却以获得近于平衡组织的热处理工艺。完全退火可以降低钢的硬度，以利于切削加工;消除残余应力，稳定工件尺寸，以防工件变形和开裂;细化晶粒，改善组织，以提高力学性能和改善工艺性能，为最终热处理做好组织准备。2)、等温退火:将钢件或毛坯加热至Ac3（或Ac1）以上20～30℃，保温一定时间后，较快地冷却至过冷奥氏体等温转变曲线“鼻尖”温度附近并保温（珠光体转变区），使奥氏体转变为珠光体后，再缓慢冷却下来的热处理工艺。等温退火的目的与完全退火相同，但是等温退火时的转变容易控制，能获得均匀的预期组织，对于大型制件及合金钢制件较适宜，可大大缩短退火周期。3)、球化退火:将钢件或毛坯加热到略高于Ac1的温度（一般Ac1以上20～30℃）保温（一般2～4h）;或Ar1以下20℃左右长时间保温，使钢中二次渗碳体自发转变为颗粒状（或称球状）渗碳体，然后缓慢冷却到室温的热处理工艺。球化退火的目的主要有降低硬度，均匀组织，改善切削加工性能，为淬火作准备。4)、均匀化退火:均匀化退火是将钢锭、铸件加热到略低于固相线温度（钢熔点以下100～200℃或Ac3、Accm以上150～300℃），长时间保温并缓冷的热处理工艺。扩散退火目的是为了消除晶内偏析，使钢锭等化学成分和组织均匀化，实质是使原子在奥氏体中充分扩散。扩散退火的周期长、烧损严重、热耗大、成本高，因此只有优质合金钢且偏析较严重使用此工艺。5)、去应力退火:去应力退火是将钢加热到Ac1温度以下（500～650℃左右），保温一定时间后缓慢冷却到室温的热处理工艺。去应力退火其目的是为了消除铸件、锻件和焊接件以及冷变形等加工中所造成的内应力。因去应力退火温度低、不改变工件原来的组织，故应用广泛。钢的正火：正火将钢加热到Ac3或Accm以上30～50℃，保温适当的时间，在空气中冷却的热处理工艺。正火与退火的目的基本相同，但正火的冷却速度比退火稍快，故正火后得到的珠光体组织比较细，强度、硬度比退火钢高。正火能够改善低碳钢和低合金钢的切削加工性、作为普通结构零件的最终热处理、作为中碳结构钢的较重要零件的预先热处理、消除热加工缺陷。钢的淬火：淬火是指将钢加热到Ac3或Ac1以上某一温度，保温一定时间，以适当速度冷却，获得马氏体或下贝氏体组织的热处理工艺。淬火的主要目的就是为了获得马氏体，提高钢的强度和硬度。1)、单液淬火法：将奥氏体化的工件投入一种淬火介质中，一直冷却至室温的淬火，称为单液淬火法。可见在整个冷却过程中，工件表面与中心的温差较大，这会造成较大的热应力和组织应力，从而易引起变形和开裂。但此方法简便、经济、易于掌握，一般碳钢在水或水溶液中淬火，合金钢在油中淬火，它们都属于单液淬火。2)、双液淬火法：先把奥氏体化的工件投入到冷却能力较强的介质中，冷却到稍高于Ms温度，再立即投入另一种冷却能力较弱的介质中冷却，使之发生马氏体转变的淬火工艺，称为双液淬火法。3)、分级淬火法：把奥氏体化的工件投入温度在Ms点附近的盐溶液或碱浴中，保持适当的时间，待工件内外层都达到介质温度后取出空冷，以获得马氏体组织的淬火方法，称为分级淬火。4)、等温淬火：把奥氏体化的工件投入温度稍高于Ms点的盐浴或碱浴中，保温足够的时间，使其发生下贝氏体转变后取出空冷，此方法为等温淬火。但贝氏体转变不完全的钢，剩余奥氏体空冷时变成马氏体，须回火消除脆性。钢的回火：回火是将淬火后的钢，再加热到低于Ac1的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。回火的目的主要有消除或减少淬火内应力、获得工件所需的力学性能、稳定工件组织和尺寸。钢的表面淬火：钢的表面淬火是一种不改变钢表面化学成分，但改变钢表层组织的局部热处理方法。它是通过快速加热，使钢的表层奥氏体化，在热量还没有传到心部时，立即淬火冷却，使表面获得硬而耐磨的马氏体组织，而心部保持原来塑性、韧性良好的退火、正火或调质状态的组织。七、钢的化学热处理：化学热处理是将钢件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几