鋼的表面熱處理教案

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上鋼的表面熱處理教案課程機(jī)械制造基礎(chǔ)專業(yè)模具設(shè)計(jì)與制造學(xué) 時(shí)2一、教學(xué)課題：4.4 鋼的表面熱處理二、教學(xué)目的掌握部分：1、表面熱處理的目的、分類；2、常用的表面熱處理工藝（感應(yīng)加熱表面淬火、滲碳）。了解部分：表面熱處理的典型零件。三、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)：重點(diǎn)：鋼的化學(xué)熱處理工藝(滲碳)。難點(diǎn)：表面淬火與化學(xué)熱處理的區(qū)別。四、教學(xué)方法： 以課堂講授為主，演示法為輔。（實(shí)物樣件、動(dòng)畫(huà)和視頻演示）。五、教學(xué)過(guò)程備注教學(xué)準(zhǔn)備課件、視頻及動(dòng)畫(huà)、多媒體教室、實(shí)物樣件組織教學(xué)檢查學(xué)生到課情況 復(fù)習(xí)復(fù)習(xí)上節(jié)課學(xué)習(xí)的鋼的普通熱處理部分內(nèi)容。課堂導(dǎo)入導(dǎo)入方法：?jiǎn)栴}導(dǎo)入法、實(shí)例導(dǎo)入法。一、問(wèn)題

2、導(dǎo)入：拿出一把銼刀和一塊做過(guò)表面熱處理的45號(hào)鋼（已鋸開(kāi)，露出心部），讓學(xué)生動(dòng)手銼一下，感覺(jué)表面與心部硬度的不同。讓學(xué)生思考這樣的零件具有哪些特點(diǎn)？二、實(shí)例導(dǎo)入：機(jī)械制造業(yè)中，很多機(jī)器零件要求表面耐磨損，不易產(chǎn)生疲勞破壞，而心部卻要求有足夠的塑性和韌性，如齒輪、軸、凸輪等。在這種情況下，單從材料選擇入手或采用普通熱處理方法（結(jié)合上節(jié)課內(nèi)容）， 都不能滿足其要求。低碳鋼：可滿足心部要求，表面要求不能滿足。高碳鋼：可滿足表面要求，心部要求不能滿足。解決這一問(wèn)題的方法是表面熱處理。新 課4.4 鋼的表面熱處理一、表面熱處理的目的：（外硬內(nèi)韌）1、 提高零件的表面性能，具有高硬度、高耐磨和高的疲勞強(qiáng)度

3、。2、使零件心部具有高的韌性和塑性防止脆性斷裂。二、表面熱處理的分類：主要有兩大類：表面淬火和化學(xué)熱處理。4.4.1 鋼的表面淬火按照實(shí)現(xiàn)方式，表面淬火可分為：感應(yīng)加熱表面淬火、火焰加熱表面淬火。4.4.1.1 感應(yīng)加熱表面淬火 一般用于中碳鋼和中碳低合金鋼，如45、40Cr、40MnB 鋼等。用于齒輪、軸類零件的表面硬化，提高耐磨性。 感應(yīng)加熱淬火零件的加工工藝路線為：下料-鍛造-調(diào)質(zhì)或正火-切削加工-感應(yīng)加熱淬火+低溫回火-精加工-檢驗(yàn)。一、工作原理感應(yīng)線圈交變磁場(chǎng)感應(yīng)電流工作電阻加熱，集膚效應(yīng)表層加熱，快冷淬硬層。二、感應(yīng)加熱的分類名稱頻率淬硬深度適用零件高頻感應(yīng)加熱50-300KHZ1

4、-2mm小型軸，齒輪中頻感應(yīng)加熱2.5-10KHZ2-10 mm中型軸、齒輪工頻感應(yīng)加熱50HZ10-20mm大型軸、齒輪在淬火溫度狀態(tài)下，電流透入的深度與感應(yīng)電流的頻率有關(guān)，電流頻率越高，電流透入深度越薄，淬火后硬化層也就越薄。三、感應(yīng)加熱的特點(diǎn)1、 加熱快，生產(chǎn)率高，氧化脫碳少，變形?。?、 表面組織細(xì)，硬度高；3、 容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；4、 工件形狀受限制，圓截面的軸、齒輪等；5、 設(shè)備昂貴，維修、調(diào)整困難。四、應(yīng)用：軸類、齒輪類、工模具等。如：機(jī)床和精密機(jī)械上的中小模數(shù)齒輪，汽車、礦山機(jī)械上的大模數(shù)齒輪；花鍵軸，汽車半軸等；滾絲模、剪刀刃、銼刀。4.4.1.2、火焰加熱表面淬火一、概念火焰

5、加熱表面淬火是用乙炔氧或煤氣氧等進(jìn)行淬火。 火焰加熱表面淬火示意圖：二、特點(diǎn)1、設(shè)備簡(jiǎn)單, 操作方便, 成本低；2、淬火質(zhì)量不穩(wěn)定；3、適于單件、小批量及大型零件的生產(chǎn)。三、應(yīng)用：軋鋼機(jī)齒輪、軋輥；礦山機(jī)械齒輪、軸；普通機(jī)床導(dǎo)軌、齒輪。4.4.2 鋼的化學(xué)熱處理一、定義將金屬或合金工件置于一定溫度的活性介質(zhì)中保溫，使一種或幾種元素滲入它的表層，以改變其化學(xué)成分、組織和性能的熱處理工藝。二、種類滲碳； 滲氮； 碳氮共滲等。三、化學(xué)熱處理的基本過(guò)程：分解：化學(xué)介質(zhì)在高溫下釋放出待滲的活性原子，例如：2CO CO2 +C；吸收：活性原子被零件表面吸收和溶解；擴(kuò)散：活性原子由零件表面向內(nèi)部擴(kuò)形成一定的

6、擴(kuò)散層。四、工藝特點(diǎn)：1、即改變工件表面化學(xué)成分，又改變了工件表面組織與性能。2、表面與心部的成分不同，組織不同。4.4.2.1 滲碳一、定義與目的定義：向鋼的表面滲入碳原子的過(guò)程。目的：獲得具有表硬里韌性能的零件。二、工藝參數(shù)溫度：900-950；層深：0.2-2.0mm；硬度：58-62HRC；表面Wc：0.85-1.0%；組織：過(guò)共析、共析、亞共析組織；后續(xù)處理：淬火+低溫回火；材料：低碳鋼0.15-0.25%；應(yīng)用：汽車齒輪、活塞銷等。目的：表面硬、耐磨，心部韌性好；三、固體滲碳：固體滲碳是一種應(yīng)用最早的滲碳方法。質(zhì)量、勞動(dòng)條件較差，生產(chǎn)率低，應(yīng)用較少。滲碳介質(zhì)常用塊狀木炭加1020%

7、的碳酸鹽（BaCO3或Na2CO3等）。四、氣體滲碳?xì)怏w滲碳法是把工件置于密封的井式氣體滲碳爐中，通入滲碳劑，并加熱到滲碳溫度900-950（常用930），使工件在高溫的氣氛中進(jìn)行滲碳。滲碳時(shí)間一般為39小時(shí)。爐內(nèi)的滲碳?xì)夥罩饕傻稳霠t內(nèi)的煤油、丙酮、甲苯及甲醇等有機(jī)液體在高溫下分解而成，主要由CO、CO2、H2和CH4等組成。氣體滲碳法示意圖：五、滲碳后的組織分析4.4.2.2 滲氮一、定義與目的定義：向鋼的表面滲入氮原子的過(guò)程。目的：提高工件的表面硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度、耐蝕性及紅硬性。二、分類有氣體氮化、離子氮化等工藝方法，其中氣體氮化應(yīng)用最廣泛。三、工藝參數(shù)：1、常用氮化介質(zhì)：2NH3

8、3H2+2N；2、氮化層組織：光亮層（高硬度、高彌散度的穩(wěn)定的合金氮化物AlN、MoN、CrN等）-過(guò)渡層-基體；3、層深：一般小于1.0mm；4、硬度：69-73HRC；5、工藝：加熱溫度500-600(溫度較低)，保溫時(shí)間：0.3-0.5mm/20-50h；6、熱處理特點(diǎn)：氮化前調(diào)質(zhì)處理，氮化后不需要后續(xù)處理；7、材料：中碳，0.25-0.6%，通常是含有Al、Cr、Mo等元素，如38CrMoAl、35CrMo、40Cr等；8、應(yīng)用：要求精度高、沖擊載荷小，抗熱、抗腐蝕的耐磨件：發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸、排氣門(mén)、精密齒輪、精密模具等。四、優(yōu)缺點(diǎn)溫度低，變形?。?硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度較高；耐蝕性、熱硬

9、性好； 滲層薄且脆；時(shí)間長(zhǎng)，效率低。五、滲碳與滲氮工藝比較：名稱處理溫度（）處理時(shí)間（h）處理后是否需要熱處理滲碳900-9503-9需要滲氮500-60020-50不需要4.4.2.3 碳氮共滲-氰化處理一、定義與目的定義：向鋼的表面同時(shí)滲入碳和氮原子的過(guò)程。目的：獲得具有表硬里韌性能的零件。二、方法氣體碳氮共滲（高溫、低溫）液體碳氮共滲 名稱低溫氣體氰化高溫氣體氰化溫度500-600830-850作用以滲氮為主以滲碳為主滲層0.01-0.02mm0.5-0.8mm熱處理不需要淬火低溫回火三、應(yīng)用 形狀復(fù)雜、要求變形小的小型耐磨件，汽車轉(zhuǎn)向蝸桿等。4.4.3 表面淬火和化學(xué)熱處理的比較一、表

10、面淬火與滲碳都是提高工件表面硬度的一種方法，前者屬于普通熱處理，后者屬于化學(xué)熱處理，對(duì)于不同的材料提高表面硬度應(yīng)有不同的熱處理方法，如低碳應(yīng)滲碳處理，高碳可以直接表面淬火。二、表面淬火便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化，質(zhì)量穩(wěn)定，變形小，熱處理周期短，費(fèi)用少，成本低；化學(xué)熱處理生產(chǎn)周期長(zhǎng)，不便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)，工藝復(fù)雜，質(zhì)量不夠穩(wěn)定，輔助材料消耗多、費(fèi)用大、成本高。 三、化學(xué)熱處理只在獲得表面層的更高硬度與某些特殊性能及心部的高韌性等方面優(yōu)于表面淬火。教師提前10分鐘到教室準(zhǔn)備 抽點(diǎn) 以講授法為主配合視頻演示配合視頻演示通過(guò)化學(xué)熱處理與表面淬火的不同之處引入。滲碳是工業(yè)中最常用的表面熱處理工藝。重點(diǎn)