第4教学单元表面改性技术1--表面热处理.doc

冶金与建筑工程系 教 案第 4 教学单元课 题：表面改性技术一-表面热处理教学目标知识目标1 熟悉表面热处理的几种方法及其适用范围2 了解表面热处理的几种方法的原理能力目标能通过查阅相关资料对某种材料制定表面热处理工艺职业素质目标爱岗敬业 诚实守信 技能过硬 自主创新教学重点表面热处理的前三种方法的特点及其适用范围教学难点表面热处理的前三种方法的应用辅助教学手段采用实物、标本、模型、图表、幻灯和录像等手段教学准备准备教学目标、准备学生情况、准备教学材料、准备教学心理、准备教学过程、准备教学评价授课班级授课日期月 日月 日月 日月 日月 日教 学 进 程教学方法及时间分配复习提问：1.机械整平分为哪几种方法，每种方法的工艺特点如何？2.有机溶剂脱脂有什么特点？3.电化学脱脂分哪几种，各有什么优缺点？ 4.电化学除锈与化学除锈相比有什么特点？以一种实验钢为载体，采用任务教学法、案例教学法、引导文教学法、现场教学法，通过教师讲解、示范，引导学生学习。2学时导 言：在生产中，有很多零件要求表面和心部具有不同的性能，一般是表面硬度高，有较高的耐磨性和疲劳强度；而心部要求有较好的塑性和韧性。新课内容:表面改性技术是指采用某种工艺手段，改变金属表面的化学成分或组织结构，从而赋予工件表面新的性能。金属材料经表面改性处理后，既能发挥金属材料本身的力学性能，又能使其表面获得各种特殊性能，如耐磨性、耐腐蚀性、耐高温性及其它物理化学性能。表面改性技术与表面涂（覆）层技术是金属表面处理技术的两大根基，表面改性技术包括表面形变强化、表面热处理、化学热处理、高能束表面处理等技术。本单元主要介绍前三种处理技术；而高能束表面处理，如激光表面淬火、离子注入等将在第八单元介绍。 本教学单元主要介绍表面淬火。 表面淬火是通过快速加热使钢的表层奥氏体化,然后急冷,使表层形成马氏体组织,而心部仍保持不变。 按照实现方式，表面淬火可分为： 感应加热表面淬火 火焰加热表面淬火 电接触加热表面淬火 电解液加热表面淬火一、感应加热表面淬火1原理感应线圈中通以交流电时，即在其内部和周围产生一与电流相同频率的交变磁场。若把工件置于磁场中，则在工件内部产生感应电流，并由于电阻的作用而被加热。由于交流电的集肤效应，靠近工件表面的电流密度大，而中心几乎为零。工件表面温度快速升高到相变点以上，而心部温度仍在相变点以下。感应加热后，采用水、乳化液或聚乙烯醇水溶液喷射淬火，淬火后进行180-200低温回火，以降低淬火应力，并保持高硬度和高耐磨性。 感应加热表面淬火示意图电流频率与淬硬深度的关系：在淬火温度状态下，电流透入的深度与感应电流的频率有关，电流频率越高，电流透入深度越薄，淬火后硬化层也就越薄。淬火层深度()与电流频率( f )的关系: = 500 / f （mm） 2.感应加热表面淬火分类：名称频率（HZ）淬硬深度（mm)适用零件高频感应加热1001000K0.22中小型，如小模数齿轮，直径较小的圆柱型零件中频感应加热5001000028中大型，如直径较大的轴，大中等模数的齿轮工频感应加热501015 以上大型零件，如直径大于300mm的轧辊及轴类零件3.感应加热表面淬火应用范围： 一般用于中碳钢和中碳低合金钢,如45、40Cr、40MnB钢等。用于齿轮、轴类零件的表面硬化，提高耐磨性。为提高零件心部的性能，感应加热淬火的预备热处理常采用正火或调质。表面淬火后,必须对零件进行低温回火处理,以降低淬火应力和脆性。感应加热淬火零件的加工工艺路线： 下料-锻造-调质或正火-切削加工-感应加热淬火+低温回火-精加工-检验4.感应加热表面淬火特点： 高频感应加热时，钢的奥氏体化是在较大的过热度（Ac3以上80150)进行的, 因此晶核多, 且不易长大，组织细小。 表面层淬得马氏体后, 由于体积膨胀在工件表面层造成较大的残余压应力, 显著提高工件的疲劳强度。 因加热速度快，没有保温时间，工件的氧化脱碳少。另外，由于内部未加热，工件的淬火变形也小。 加热温度和淬硬层厚度（从表面到半马氏体区的距离）容易控制，便于实现机械化和自动化。 工艺设备较贵，维修调整困难，对于形状复杂的零件的感应器不易制造。二、火焰加热表面淬火1.火焰加热表面淬火原理火焰加热表面淬火是用乙炔氧或煤气氧等火焰加热工件表面，进行淬火。2.特点 火焰加热表面淬火和高频感应加热表面淬火相比，具有设备简单，成本低等优点。可对大型零件局部实现表面淬火。 缺点是生产率低，零件表面容易产生过热，淬硬层的均匀性远不如感应淬火，质量控制也比较困难。 主要适用于单件、小批量生产及大型零件（如大型齿轮、轴、轧辊等）的表面淬火。三、电接触加热表面淬火1.定义：电接触加热表面淬火是利用触头和工件间的接触电阻使工件表面加热，并借助本身未加热部分的热传导来实现淬火冷却。 2.原理：变压器二次侧线圈供给低电压大电流，在电极(铜滚轮或碳棒)与工件表面接触处产生局部电阻加热。当电流足够大时，产生的热能足以使此部分工件表面温度达到淬火临界温度以上，然后靠工件的自行冷却实现淬火。3.特点和应用电接触加热表面淬火能显著提高工件的耐磨性和抗擦伤能力，淬火后表面硬度可达5055HRC。但淬硬层较薄(0.150.30mm)，金相组织及硬度的均匀性都较差。这种方法的优点是设备简单、操作方便、工件变形小，淬火后不需回火。目前多用于机床铸铁导轨的表面淬火，也可用于