金属材料组织与性能电子教案 第5单元教案14 热处理的质量控制

教案14授课教师课题名称5.6钢的表面热处理

5.7钢的化学热处理

5.8热处理的质量控制授课学科金属材料组织与性能授课班级授课地点课时2总学时48教学目标知识目标1.掌握表面热处理的原理2.熟悉感应加热表面淬火和表面化学热处理的基本原理,能力目标1.能正确掌握电镀、氧化、磷化和电泳等热处理方法2.能正确理解感应加热表面淬火和表面化学热处理的基本原理,素质目标1.培养学生较好的分析和解决问题的方法和能力；2.培养学生严谨的工作态度和较强的质量和成本意识；3.熟悉中国材料工艺现状，提升民族自信；4.培养学生自强不息、勇于担当的责任感。教学重点感应加热表面淬火和表面化学热处理的基本原理教学难点感应加热表面淬火和表面化学热处理的基本原理教学方法讲授法、演示法、多媒体教学法、阅读指导法、讨论法教学手段多媒体教学课件教材及参考资料学情分析授课对象：智能轧钢技术专业一年级学生；前序课程：《工程力学》、《工程制图》等；已有技能：学生对材料发展历程以及材料力学的理论基础有了一定认识主要问题：对金属材料拉伸力学性能的测试方法缺乏认识与实践操作过程。教学过程教学内容师生活动思政元素设计案例课前回顾(5分钟）：导入新课（10分钟）讲授新知(70分钟)回顾上节课学习的关于钢的常规热处理“四把火”内容。许多机械零件（如齿轮、轴、凸轮等）都是在承受大的载荷、经常磨损和高速运转的情况下工作的，它们的表面或轴颈部分应具有高的硬度和耐磨性，而心部则应具有高的韧性。在这种情况下，如果单从钢材的选择上考虑，很难满足其要求。若选用高碳钢制造，则心部韧性不够；若采用低碳钢制造，则表面硬度和耐磨性低。采用表面热处理就能达到工件表面耐磨损、心部耐冲击的要求。根据工艺特点可将表面热处理分为表面淬火和化学热处理两种。一、表面淬火表面淬火是指通过快速加热，使工件表层奥氏体化后，立即淬火冷却，使表层获得硬而耐磨的马氏体组织，而心部组织不变，仍保持原来的塑性、韧性。这里介绍应用比较广泛的火焰加热表面淬火和感应加热表面淬火。（一）火焰加热火焰加热表面淬火是利用乙炔-氧化焰或煤气-氧化焰等将工件表面快速加热到淬火温度，随即喷水或用乳化液淬火冷却，如图4-17所示。淬硬层深度一般为1～6mm火焰加热表面淬火主要用于中碳钢和中碳合金钢制成的大型工件，如轧辊、轴类、齿条、齿轮等。（二）感应加热表面淬火感应加热表面淬火的原理如图4-18所示。将工件放入由空心铜管绕制的感应器中，然后向感应器通入一定频率的交流电，以产生交变磁场，于是工件内就会产生频率相同的感应电流，使工件表面迅速加热到淬火温度，而心部温度仍接近于温度，随后喷水或喷乳化液快速冷却，就达到了表面淬火的目的。工件淬硬层深浅依所选择的交流电频率高低而定。交流电频率越高，感应电流集中在工件表层越浅，因而淬硬层就越薄。按频率的高低，可将热处理用的感应加热分为以下三种：1.高频感应加热表面淬火，高频感应加热表面淬火是应用最广泛的表面淬火法。工作频率在70～1000kHz，常用频率为200～300kHz，淬硬层深度为0.5～2mm。它主要用于齿轮、轴、花键及其它主中、小型零件的表面热处理。2.中频感应加热表面淬火

工作频率为500～10000Hz，常用频率为2500Hz和8000Hz，淬硬层深度为2～10mm。通常用于曲轴、轨端、机床导轨、模数较大的齿轮等的表面热处理。3.工频感应加热表面淬火

工业用的交流电频率为50Hz，由于频率低，其淬硬层深度可达1015mm以上。主要用于冷轧辊、火车车轮等大型零件的表面热处理。为了保证零件感应加热表面淬火后的表层硬度及心部的强度和韧性，零件一般用中碳钢（0.4%～0.5%）和中碳合金钢，如45钢、50钢、40Cr等。感应加热表面淬火对工件的原始组织有一定的要求，应预先进行正火或调质处理。淬火后需要进行低温回火，以降低内应力。感应加热表面淬火是一种先进的热处理方法，它的特点是加热速度快（几秒到几十秒），淬火组织细，硬度比普通淬火高HRC2～3，耐磨性提高，表面氧化、脱碳极微，工件变形很小，淬硬层深度容易控制，操作容易实现机械化和自动化，产生率高等。它的不足是感应加热设备较为复杂昂贵，维修、调整比较困难。对小批量或不规则外形的工件不够经济。二、化学热处理把工件置放于能产生某种元素活性原子的介质中，加热到预定温度，保温一定时间，使活性原子渗入工件表层，改变表层的化学成分，从而获得所需组织和性能，这种工艺过程称为化学热处理。目的提高工件表面硬度、耐磨性、耐蚀性、耐热性与疲劳强度等，心部仍保持高的塑性和韧性。根据渗入元素所起的作用，化学热处理可分为两大类型。1.提高表面力学性能的化学热处理，主要目的是提高工件和刀具表面的疲劳强度、硬度等力学性能，如渗碳、渗氮、碳氮共渗等。2.提高表面化学稳定性的化学热处理，如渗铬、渗铝、渗硅可以达到表面抗腐蚀的作用和提高表面的化学稳定性。无论哪一种方法，都是由以下三个基本过程来完成：1.分解介质在一定温度下发生化学分解，产生渗入元素的活性原子（或离子）。2.吸收活性原子被工件表面吸收，也就是活性原子吸入钢的固溶体中，或与中的某种元素形成化合物。3.扩散已被吸收的活性原子由表面向内部扩散，形成一定厚度的扩散层。师：提问生：思考并回答问题师：教师利用多媒体课件、视频演示的方式进行讲解。生：听老师讲授，认真记笔记知识小结（3分钟）1.掌握表面热处理的原理2.掌握表面淬火和化学热处理的特点师：进行总结，给出答案生：认真听，记强化本次教学内容的