钢的表面热处理

2013 年年 教学质量月优秀教案评选教学质量月优秀教案评选 参评教案参评教案 课程 金属材料与热处理 2013 2014 学年 第 一 学期 教师 课题课题 第第 四四 章章 钢钢 的的 热热 处处 理理 4 4 4 4 钢钢 的的 表表 面面 热热 处处 理理 教具教具 实物 活塞销 投影仪 教学方法教学方法 任务驱动法 讲授法 课堂互动法 小组讨论法等 审批意见审批意见 知识目标知识目标 1 熟悉表面淬火的概念 特点及应用 2 熟悉化学热处理的概念和种类 能力目标能力目标 能根据工件的化学成分和性能要求选择正确的表面热处理方法 教学目标教学目标 情感目标情感目标 1 培养学生认真 细致的学习态度 2 通过发现问题 解决问题的过程 增强学生的求知欲和学习热情 教学重点教学重点 表面热处理的目的 方法和应用 教学难点教学难点 理论联系实际 将学到的基础理论做为实际选择表面热处理方法及工艺参数的理论依据 课后分析课后分析 本课题内容是常用热处理方法中最后介绍的一种 与前面所学内容既有相似又有所 区别 讲授时可加以对比联系 以帮助学生理解 且本课题内容与实际联系密切 讲授 时以实例为载体 采用任务驱动法 效果较好 1 教教 学学 过过 程程教教 学学 内内 容容附附 记记 一 组织教学一 组织教学 2 分钟 1 点名 稳定学生情绪 2 分成四个学习小组 二 复习提问二 复习提问 7 分钟 常用的回火方法有哪几种 并分别指出其获得的组织 性能及适用范围 参考答案 1 低温回火低温回火 150 250 回火马氏体 具有较高的硬度 耐磨性 和一定韧性 主要用于刀具 冷作模具 轴承零件及其它要求硬而耐磨 的零件等 2 中温回火中温回火 350 500 回火屈氏体 具有高的弹性极限 屈服 强度和适当的韧性 主要用于弹性零件及热作模具等 3 高温回火高温回火 500 650 回火索氏体 具有良好的综合力学性能 强度 硬度 塑性和韧性具有良好的配合 广泛应用于连杆 曲轴 齿 轮等承受交变载荷或冲击载荷的重要零件等 巩固旧知识 承接新知识 加强知识的 连贯性 三 任务提出三 任务提出 6 分钟 右图为活塞销的实物图 活塞销通常在冲击载荷 交 变载荷和强烈摩擦条件下工作 活塞销选用 20 钢制造 试根据其 化学成分和使用性能要求 选择 正确的热处理方法 鼓励学生结 合生活实际 积极思考 踊跃回答 四 任务分析四 任务分析 5 分钟 活塞销在工作时 同时受到冲击载荷 交变载荷和表面摩擦作用 因此要求工件心部具有足够的塑性塑性 韧性韧性和一定的强度一定的强度 表面具有高硬 度和高耐磨性 即所谓的 外硬内韧外硬内韧 前面所学的常规热处理方法无 法满足上述性能 需要采用一种新的热处理方法 表面热处理表面热处理 提问 常规 的热处理方 法有哪些 2 教教 学学 过过 程程教教 学学 内内 容容附附 记记 五 相关知识五 相关知识 40 分钟 表面热处理是一种对工件表面进行硬化表面进行硬化的热处理方法 根据硬化机 制不同 表面热处理可分为表面淬火表面淬火和化学热处理化学热处理两大类 一 表面淬火 一 表面淬火 1 定义 对工件表层表层进行淬火淬火的工艺 2 适用范围 中碳钢和中碳合金钢 3 分类 1 火焰加热表面淬火 火焰加热表面淬火 特点 用氧 乙炔火焰对零件表 面进行加热 随之快速冷却的工艺 加热温度及淬硬层不易控加热温度及淬硬层不易控 制制 质量不稳定质量不稳定 应用 适用于单件或小批量生产 2 感应加热表面淬火 感应加热表面淬火 特点 利用感应电流通过工件所 产生的热效应 使工件表 面局部加热 然后快速冷却的工艺 加热速度快加热速度快 淬硬层深度易于控制淬硬层深度易于控制 淬火质量高淬火质量高 应用 适用于大批量生产 二 化学热处理 二 化学热处理 1 定义 将工件置于一定温度的活性介质活性介质中保温保温 使一种或几种 元素渗入元素渗入它的表层表层 以改变改变其化学成分化学成分 组织组织和性能性能的热处理工艺 化学热处理不仅改变了钢的组织 而且其表层的化学热处理不仅改变了钢的组织 而且其表层的化学成分化学成分也发生也发生 了了改变改变 因而更能有效地改善零件表层的组织 因而更能有效地改善零件表层的组织 2 化学热处理的过程 化学热处理是通过以下三个基本过程来完成 1 分解 分解 介质介质在一定温度下发生化学分解分解 产生活性原子活性原子 2 吸收 吸收 活性原子被工件表面吸收工件表面吸收 3 扩散 扩散 渗入工件表层的活性原子活性原子 由表层向中心扩散向中心扩散 提问 为什 么低碳钢不 能进行表面 淬火 提示学生注 意 热处理 工艺中 只 有化学热处 理不仅改变 了组织 还 改变了化学 成分 3 教教 学学 过过 程程教教 学学 内内 容容附附 记记 五 相关知识五 相关知识 40 分钟 3 常用的化学热处理方法 1 渗碳 渗碳 将工件置于渗碳介质渗碳介质中 加热加热并保温保温 使碳原子渗入工 件表层 目的目的 提高工件表面含碳量 注意 工件渗碳后需进行淬火和低温回火 注意 工件渗碳后需进行淬火和低温回火 2 渗氮 渗氮 在一定温度下 使活性氮原子渗入工件表面 目的 目的 提高工件表面硬度 耐磨性 耐蚀性及疲劳强度 注意 注意 工件渗氮后不用淬火即可获得高硬度不用淬火即可获得高硬度 但生产周 期长 成本高 3 碳氮共渗 碳氮共渗 在一定温度下 将碳 氮原子同时渗入工件表层中 并以渗碳为主 注意 工件碳氮共渗后 也要进行淬火和低温回火处理注意 工件碳氮共渗后 也要进行淬火和低温回火处理 碳氮共渗加热温度低 零件变形小 生产周期短 且渗 层具有较高的硬度 耐磨性和疲劳强度 目前 常用来 处理汽车和机床上的齿轮 蜗杆和轴类零件等 提问 为什 么工件渗碳 后需进行淬 火和低温回 火 六 任务实施六 任务实施 10 分钟 根据所学相关知识 由学生分组讨论 为前面所提出的活塞销制定 出合理的热处理工艺 活塞销的制造材料为 20 钢 属于低碳钢 应首先进行渗碳处理渗碳处理 提高工件表面含碳量 再进行淬火和低温回火淬火和低温回火处理 经上述处理后 工件表面为高碳回火马氏体 心部为珠光体和铁素 体 可满足 外硬内韧 的性能要求 学生讨论过 程中 教师 进行巡回指 导 给予必 要的提示和 鼓励 4 七 知识链接七 知识链接 5 分钟 热处理新工艺和新技术简介 利用视频让 学生感性的 了解热处理 工艺的发展 趋势和前沿 技术 教教 学学 过过 程程教教 学学 内内 容容附附 记记 八 课堂小结八 课堂小结 7 分钟 1 表面淬火 1 定义 2 适用范围 3 分类 感应加热表面淬火 火焰加热表面淬火 2 化学热处理 1 定义 2 过程 3 分类 渗碳 渗氮 碳氮共渗 总结要点 问题回归 九 布置作业九 布置作业 3 分钟 1 什么是表面淬