钢的表面热处理,钢的化学热处理简介,热处理技术发展简介教案

第八章钢的表面热处理知识要点：表面热处理的目的、分类；常用的表面热处理工艺（感应加热表面淬火和渗碳）；了解表面热处理的典型零件。

一、表面热处理的目的1．提高零件的表面性能，具有高硬度、高耐磨和高的疲劳强度。

→保证高精度2．使零件心部具有足够高的塑性和韧性。

→防止脆性断裂。

“表硬心韧”二、表面热处理的分类及工艺特点主要有两大类：表面淬火和化学热处理。

（一）表面淬火1．工艺：将工件表面快速加热到奥氏体区，在热量尚未达到心部时立即迅速冷却，使表面得到一定深度的淬硬层，而心部仍保持原始组织的一种局部淬火方法。

工艺特点：（1）不改变工件表面化学成分，只改变表面组织和性能；（2）表面与心部的成分一致，组织不同。

2．所用材料一般多用中碳钢、中碳合金钢，也有用工具钢、球墨铸铁等。

典型零件:如用40、45钢制作的机床齿轮齿面的强化、主轴轴颈处的硬化等。

3．常用表面淬火方法主要有：感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火和激光加热表面淬火。

（1）感应加热表面淬火原理：通以一定频率交变电流的感应线圈，产生的交变磁场在工件内产生一定频率的感应电流（涡流），利用工件的电阻而将工件加热；由于感应电流的集肤效应，使工件表层被快速加热至奥氏体化，随后立即快速冷却，在工件表面获得一定深度的淬硬层。

感应线圈→交变磁场→感应电流→工件电阻→加热，集肤效应→表层加热，快冷→淬硬层。

工件淬硬层的深度与频率有关：A. 0.2～2mm，高频感应加热（100—500KHz），适用于中小型齿轮、轴等零件；B．2～10mm，中频感应加热（0.5—10KHz），大中型齿轮、轴；C．〉10—15mm，工频感应加热（50Hz），用于大型轴、轧辊等零件。

特点：淬火质量好，表层组织细密、硬度高、脆性小、疲劳强度高；生产频率高、便于自动化，但设备较贵，不适于单件和小批量生产。

应用：主要零件类型是轴类、齿轮类、工模具，最常见的有：齿轮，如机床和精密机械上的中、小模数传动齿轮，蒸汽机车、内燃机车、冶金、矿山机械等上的大模数齿轮。

钢的热处理及表面热处理一、教学目的及要求通过本章学习，使学生理解热处理的基本概念，掌握钢的加热转变和冷却转变的基本规律及特点。

掌握并了解钢的常用热处理工艺，并能够进行热处理工艺分析。

二、主要内容1．热处理的基本概念2．钢在加热和冷却时的组织转变及转变产物的形态和性能特点3．钢的退火和正火，钢的淬火和回火4．钢的表面淬火和化学热处理5.退火、正火、淬火、回火的目的；退火、正火、淬火、回火的工艺过程及其对零件加工和使用的影响。

6. 表面热处理的目的、分类；常用的表面热处理工艺（感应加热表面淬火和渗碳）；了解表面热处理的典型零件。

三、学时安排讲课5学时四、教学重点1．钢在加热和冷却时的组织转变及转变产物的形态和性能特点2．常用热处理工艺及应用五、教学难点1．钢的过冷奥氏体转变2．钢的热处理工艺及应用3．钢的淬透性的概念热处理1．定义：指将材料在固态下加热到一定温度，保温一定时间，以适当速度冷却，以获得所需组织结构和性能的工艺方法。

2．热处理的工艺过程。

包括三个阶段：加热、保温和冷却，如图所示。

加热：热处理的第一道工序。

不同的材料，其加热工艺和加热温度都不同。

保温：目的是要保证工件烧透，防止脱碳、氧化等。

保温时间和介质的选择与工件的尺寸和材质有直接的关系。

一般，按每分种1～2毫米计算；工件越大，材料的导热性越差，保温时间就越长。

冷却：最后一道工序，也是最重要一道工序。

冷却速度不同，工件热处理后的组织和性能不同。

3．目的和作用在工业生产中，热处理的应用很广泛。

据统计，在机床制造中，约60%～70%的零件要经过热处理，在汽车、拖拉机制造中，需要热处理的零件多达70%～80%，而工模具及滚动轴承，则要100%进行热处理。

总之，凡重要的零件都必须进行适当的热处理才能使用。

目的：一是提高材料的使用性能，延长零件的使用寿命。

二是改善材料的工艺性能，确保后续加工的顺利进行。

其共同点是：只改变内部组织结构，不改变表面形状与尺寸。

钢的表面热处理教案一、表面热处理的目的：（外硬内韧）1、提高零件的表面性能，具有高硬度、高耐磨和高的疲劳强度。

2、使零件心部具有高的韧性和塑性→防止脆性断裂。

二、表面热处理的分类：主要有两大类：表面淬火和化学热处理。

4.4.1 钢的表面淬火按照实现方式，表面淬火可分为：感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火。

4.4.1.1 感应加热表面淬火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。

感应加热淬火零件的加工工艺路线为：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。

一、工作原理感应线圈→交变磁场→感应电流→工作电阻→加热，集肤效应→表层加热，快冷→淬硬层。

二、感应加热的分类名称频率淬硬深度适用零件高频感应加热50-300KHZ 1-2mm 小型轴，齿轮中频感应加热 2.5-10KHZ 2-10 mm 中型轴、齿轮工频感应加热50HZ10-20mm大型轴、齿轮为主配合视频演示在淬火温度状态下，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。

三、感应加热的特点1、 加热快，生产率高，氧化脱碳少，变形小；2、 表面组织细，硬度高；3、 容易实现自动化；4、 工件形状受限制，圆截面的轴、齿轮等；5、 设备昂贵，维修、调整困难。

四、应用：轴类、齿轮类、工模具等。

如：机床和精密机械上的中小模数齿轮，汽车、矿山机械上的大模数齿轮；花键轴，汽车半轴等；滚丝模、剪刀刃、锉刀。

4.4.1.2、火焰加热表面淬火一、概念火焰加热表面淬火是用乙炔－氧或煤气－氧等进行淬火。

火焰加热表面淬火示意图：二、特点1、设备简单, 操作方便, 成本低；2、淬火质量不稳定；3、适于单件、小批量及大型零件的生产。

三、应用：轧钢机齿轮、轧辊；矿山机械齿轮、轴；普通机床导轨、齿轮。

4.4钢的表面热处理教学设计教学内容：1、钢材进行表面热处理的原因2、表面热处理的方法、种类及特点教学目标：知识目标：1、掌握钢材进行表面热处理的原因2、掌握表面热处理的方法、种类及特点能力目标：培养学生理论联系实际、分析问题和解决问题的能力。

教学重点：钢材进行表面热处理的原因教学难点：表面热处理的方法、种类及特点教学辅助：多媒体课件教学课时：50分钟教学过程：一组织教学点名,稳定学生情绪二复习提问1、什么是回火，目的是什么？2、回火过程分几个阶段？3、回火分为哪几种，分别达到什么样的组织及特点？4、什么是调质处理，什么是回火脆性？三讲解新课在机械设备中，有许多的零件是在冲击载荷、扭转载荷及摩擦条件下工作的，如齿轮、活塞销、曲轴，它们要求表面具有很高的硬度和耐磨性，而心部要具有足够的塑性和韧性。

为满足这类零件的性能需求，实际生产中一般按照心部的力学性能进行选材和常规热处理，然后再通过避免热处理的方法强化零件表面的力学性能，以达到“外硬内韧”的要求。

常用的表面热处理方法有表面淬火和化学热处理两种。

一、表面淬火概念：表面淬火时一种仅对工件表层进行淬火的热处理工艺。

原理：通过快速加热，使钢的表层奥氏体化，在热量尚未传到零件中心时就立即予以冷却淬火的方法。

它不改变钢的表层好像成分，但改变了表层组织。

范围：中碳钢和中碳合金钢。

种类：火焰加热表面淬火，感应加热表面淬火，电接触表面加热淬火，激光加热表面淬火。

常用的有前两种。

1、火焰加热表面淬火：应用氧--乙炔或其他可燃气体火焰进行表面加热淬火。

淬硬层深度一般为2--6mm。

特点：加热温度及淬硬层深度不易控制，易产生过热和加热不均匀的现象，淬火质量不稳定。

但不需要特殊设备，适用于单件或小批量生产。

2、感应加热表面淬火：利用感应电流通过工件所产生的热效应进行表面加热淬火。

特点：加热速度快，仅需要几秒或几十秒的时间；由于速度快，奥氏体晶粒不易长大，淬火后表层获得细针状马氏体，硬度高，淬火质量好；淬硬层深度容易控制，易实现机械化和自动化，但设备复杂、成本高，适用于大批量生产。

第六节钢的表面热处理与化学热处理教学重点与难点1・重点表面淬火与化学热处理2 •难点渗碳与渗氮教学方法与手段1.利用挂图等教具。

2.列举生活与生产中应用表面淬火与化学热处理、渗碳与渗氮工艺的实例，分析原理与应用，以点带面，触类旁通。

教学组织1 •复习提问10分钟2.讲解75分钟3.小结5分钟教学内容的表面热处理♦表面热处理是为改变工件表面的组织和性能，仅对其表面进行热处理的工艺。

其中表面淬火是最常用的表面热处理。

♦表面淬火是指仅对工件表层进行淬火的工艺。

其目的是使工件表面获得高硬度和耐磨性，而心部保持较好的塑性和韧性。

依加热方法的不同，表面淬火方法主耍有：感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火、屯接触加热表面淬火及屯解液加热表面淬火等。

(一)感应加热表面淬火利用感应电流通过工件所产生的热效应，使工件表而、局部或整体加热并进行快速冷却的淬火工艺称为感应加热淬火。

1.感应加热基木原理依靠感应电流的热效应，使工件表层在几秒钟内快速加热到淬火温度，然后迅速冷却，淬帔工件表面层，这就是感应加热表面淬火的基本原理。

2.感应加热表面淬火的特点(1)加热时间短，工件基本无氧化、脱碳，且变形小。

奥氏休晶粒细小，淬火后获得细小马氏体组织，使工件表层比一般淬火駛度高2〜3HRC,且脆性较低。

工件表面淬火后，在淬硬的表面层中存在较大的残余压应力，因此，提高了工件的疲劳强度。

(2)加热速度快，热效率高，生产率高，易实现机械化、口动化，适于大批量生产。

(3)感应加热设备投资大，维修调试比较困难。

3 •感应加热表而淬火的应用感应加热表面淬火主要用于中碳钢和中碳合金钢制造的工件，如40钢、45 钢、400、40MnB 等。

生产上通过选择不同的电流频率来达到满足不同要求的淬硬层深度。

根据电流频率不同，感应加热淬火分为三类：高频感应加热表面淬火、中频感应加热表面淬火和工频感应加热表面淬火。

感应加热表而淬火后，需要进行低温回火。

感应加热表面淬火零件的工艺路线一般如下：毛坯锻造(或轧材下料)一退火或正火一粗加工一调质一精加工一感应加热表而淬火一低温回火一磨削加工。

《机械制造技术基础》教案教学内容：钢的表面热处理与化学热处理教学方式：结合实际，由浅如深讲解教学目的：1．掌握钢的表面热处理的目的和方法；2．掌握钢的化学热处理方法及其应用；3．了解钢的热处理的新技术。

重点、难点：钢的表面热处理方法与目的钢的化学热处理方法及应用教学过程：6.5 钢的表面热处理与化学热处理一些在弯曲、扭转、冲击载荷、磨擦条件区工作的齿轮等机器零件，它们要求具有表面硬、耐磨，而心部韧，能抗冲击的特性，仅从选材方面去考虑是很难达到此要求的。

如用高碳钢，虽然硬度高，但心部韧性不足，若用低碳钢，虽然心部韧性好，但表面硬度低，不耐磨，所以工业上广泛采用表面热处理来满足上述要求。

6.5.1 钢的表面淬火仅对工件表层进行淬火的工艺，称为表面淬火。

它是利用快速加热使钢件表面奥氏体化，而中心尚处于较低温度即迅速予以冷却，表层被淬硬为马氏体，而中心仍保持原来的退火、正火或调质状态的组织。

表面淬火一般适用于中碳钢（W C=0.4～0.5%）和中碳低合金钢（40Cr、40MnB等），也可用于高碳工具钢，低合金工具钢（如T8、9Mn2V、GCr15等）。

以及球墨铸铁等。

目前应用最多的是感应加热和火焰加热表面淬火。

1、感应加热表面淬火它是工件中引入一定频率的感应电流（涡流），使工件表面层快速加热到淬火温度后立即喷水冷却的方法。

（1）工作原理如图6-14所示，在一个线圈中通过一定频率的交流电时，在它周围便产生交变磁场。

若把工件放入线圈中，工件中就会产生与线圈频率相同而方向相反的感应电流。

这种感应电流在工件中的分布是不均匀的，主要集中在表面层，愈靠近表面，电流密度愈大；频率愈高，电流集中的表面层愈薄。

这种现象称为“集肤效应”，它是感应电流能使工件表面层加热的基本依据。

（2）感应加热的分类根据电流频率的不同，感应加热可分为：高频感应加热（50～300kHz），适用于中小型零件，如小模数齿轮；中频感应加热（2.5～10kHz），适用于大中型零件，如直径较大的轴和大中型模数的齿轮；工频感应加热（50Hz），适用于大型零件，如直径大于300mm的轧辊及轴类零件等。

金属材料的常规热处理生思考这样的零件具有哪些特点？二、实例导入：机械制造业中，很多机器零件要求表面耐磨损，不易产生疲劳破坏，而心部却要求有足够的塑性和韧性，如齿轮、轴、凸轮等在这种情况下，单从材料选择入手或采用普通热处理，都不能满足其要求。

满足这一要求的是钢的表面热处理。

垫。

新课讲授（75分钟）1.表面热处理的目的2.表面热处理的分类（1）钢的表面淬火○1感应加热表面淬火○2火焰加热表面淬火感应加热工作原理：感应线圈→交变磁场→感应电流→工作电阻→加热，集肤效应→表层加热，快冷→淬硬层（配合视频演示）感应加热分类：感应加热的特点及应用（2）火焰加热表面淬火学生通过老师的引导结合书本知识，掌握表面热处理的目的和分类；通过视频演示和老师的讲解掌握，感应加热表面淬火和火焰加工表面淬火的工作原理，了解两种表面热处理的特点及应用。

教师借助动画演示引导学生进行观察和总结，配合知识讲解，让学生掌握表面热处理的目的、分类、工作原理、特点及应用，讲授法结合演示法，提高课堂效率，增强课堂氛围。

以讲授型为主，结合实物演示和视频动画演示，直观，形象的展示两种表面热处理的工作原理，加强学生的课堂参与度和积极性，让教学变得更轻松，高效。

○1概念：火焰加热表面淬火是用乙炔－氧或煤气－氧等进行淬火。

示意图：（配合视频演示）火焰加热表面淬火的特点及应用1.钢的化学热处理的定义2.种类：渗碳、渗氮、碳氮共渗3.化学热处理的基本过程分解、吸收、扩散4.工艺特点（1）渗碳：○1目的与定义○2工艺参数温度：900-950℃；层深：0.2-2.0mm；硬度：58-62HRC表面wc：0.85-1.0%；组织：过共析、共析、亚共析组织；后续处理：淬火低温回火；材料：低碳钢0.15-0.25%应用：汽车齿轮、活塞销等。

目的：表面硬、耐磨，心部韧性好○3固体渗透（配合动画演示）○4气体渗碳（配合动画演示）学生通过老师的引导结合书本知识，掌握钢的化学热处理的定义和分类；通过视频演示和老师的讲解掌握化学热处理的基本过程，渗碳、渗氮、碳氮共渗的目的与定义、工艺参数。