机械基础《常见热处理》电子教案

项目二常见热处理
课题常见热处理
【教学目标与要求】
一、知识目标
1. 掌握退火、正火、淬火和回火的含义和不同点。

二、能力目标
1）能够掌握退火、正火、淬火和回火的工艺区别及其对钢性能的影响。

2）理解钢的常见热处理工艺的应用。

三、素质目标
了解热处理对金属材料性能的影响。

四、教学要求
1）熟悉热处理对金属材料性能的影响。

2）熟悉退火、正火、淬火和回火的含义及热处理工艺的区别和应用场合。

3）了解表面淬火的目的和常用方法。

【教学重点】
1）退火、正火、淬火和回火的工艺区别及性能特点。

2）表面热处理的作用和常用方法。

【难点分析】
加热温度和保温冷却方式的变化为什么会对金属材料的性能产生大的影响？
【分析学生】
回火的工艺区别学生不好理解，需要将加热最高温度、保温时间和冷却速度三个方面来比较它们之间的不同。

【教学思路设计】
1）突出热处理的目的及回火的工艺区别。

2）表面淬火是提高材料表面硬度的主要方法，要记住常用的淬火方法。

【教学安排】
2学时（80分钟）
【教学过程】
一、钢的热处理
热处理是对金属材料采用适当的方式进行加热、保温和冷却，以获得所需要的性能的工艺。

钢经过热处理后，能有效地改善使用性能和工艺性能，提高产品的质量，延长使用寿命。

如菜刀、斧子加热后速放入水中冷却可以提高刃口的硬度和耐磨性，使刃口变得锋利。

钢的热处理分为整体热处理和表面热处理两类。

整体热处理可以分为退火、正火、淬火和回火。

1. 退火
将钢件加热到适当温度并保持一定时间，然后缓慢冷却的工艺称为退火。

例如，用45钢制造的齿轮加热到830C左右，然后在炉中缓慢冷却，可消除锻造成形产生的内应力，细化晶粒，降低硬度，为切削加工创造条件。

2. 正火
将钢件加热到适当温度并保温适当时间后，在静止空气中冷却的工艺称为正火。

正火的目的与退火相同，加热的温度也相当，但保温时间比退火短，且在空气中冷却，相比之下冷却速度比退火快，因此得到的硬度比退火高。

正火常用于最终热处理，以提高力学性能。

3. 淬火
将钢加热到某一温度并保持一定时间，然后以适当的速度冷却的热处理工艺称为淬火。

例如，45钢加热到860C左右，保持10分钟之后，快速投入水中，即可将钢淬火。

淬火的目的是提高工具的硬度和耐磨性。

碳素钢的淬火介质常选择水，而合金钢常选择油。

4. 回火
将钢件淬硬后，再加热到某一温度并保温一定时间，再冷却到高温的热处理工艺称为回火。

例如，45钢淬火后，需再加热到860C 以下某个温度（700℃），保温10分钟后，在空气中慢慢冷却到室温。

回火的目的是消除淬火的内应力，调整硬度，提高韧性，稳定组织，以获得所需要的力学性能。

回火可分为低温回火（150C～250C）、中温回火（350C～500C）和高温回火（500C～600C），回火温度越低，淬火工件的硬度越高，但韧性差、脆性大。

高温回火的热处理工艺称为调质处理，常用于曲轴、齿轮和轴等零件的处理，以获得良好的综合力学性能。

5. 表面淬火
仅对工件表层进行淬火的工艺称为表面淬火。

表面淬火的目的是
为了获得“表硬心韧”的力学性能。

如大齿轮、钢轨的接缝两头都要进行表面淬火，以提高表层的度和耐磨性，而不降低心部的韧性。

表面淬火常选用的加热方法是高频感应加热，其加热时间短，升温快、变形小且不会形成氧化层。

火焰加热也能作表面淬火，但效果不如高频感应加热好。

6. 钢的渗碳与渗氮处理
对于低碳合金钢工件，如20CrMnTi，由于含碳量太低，表面不能淬火，为了提高表面硬度，应先作渗碳处理，使材料表面的碳升高到一定值后再作表面淬火。

渗氮的方法与渗碳相似。

二、小结
钢的热处理有“四火”，其区别在于加热温度和冷却速度各不相同。

退火、正火和淬火加热的温度相差不大，但是退火在炉内冷却，正火在空气中冷却，淬火在水或油中快速冷却。

回火的加热温度分，低、中和高温三种。

高温回火被称为调质处理。

三、布置作业
任务二选用热处理
【教学目标与要求】
一、知识目标
1.了解不同热处理方法对材料使用性能和寿命的影响。

2.能选择典型零件的热处理工艺。

二、能力目标
能够初步了解根据工件的工作条件，选用合适的材料热处理方法和工艺。

三、素质目标
了解各种热处理方法的应用场合。

四、教学要求
能读懂图样上标注的热处理要求，了解该零件的工作要求，初步了解不同零件的热处理方法。

【教学重点】
能初步根据工件的工作条件选用合适的热处理工艺。

【教学难点】
能为学生提供更多的实践机会，了解不同工件的工作场合，从而掌握为什么需要对工件进行相应的热处理。

【教学思路设计】
1）不同的热处理方法的目的、作用以及对工件产生的影响。

2）用的热处理零件分类，找出热处理的不同方法，用举例、归纳总结的方法来讲授课程。

【教学安排】
2学时（80分钟）
【教学过程】
一、热处理的目的
改善钢材内部组织结构和性能，达到消除内力、降低硬度、容易切削或提高硬度、耐磨性、延长使用寿命的目的。

通常可分成三类零件来作热处理。

二、弹簧的热处理
弹簧的使用功能要求材料在弹簧变形的许可范围内，能够达到设计的使用寿命，即反复循环受力作用而不会发生塑性变形。

因此，必须进行热处理。

1.小直径弹簧
一般弹簧的直径小于4 mm时，采用卷弹簧机器冷绕加工成形。

此类弹簧选用低温回火处理。

小直径弹簧一般常用高碳钢作原料（如65Mn），也有选用合金钢的（如60Si2Mn），还可用不锈钢、黄铜作原料的，如沙发弹簧、笔芯弹簧和拉力弹簧等。

弹簧的断面形状以圆形为多，也有选用方形断面的。

2.大直径弹簧
一般弹簧的直径大于4 mm时，冷绕加工成形困难，需要将材料加热后再卷曲成形，如火车箱底上的压缩弹簧。

此类热加工弹簧需要先进行淬火再作回火处理。

淬火是为了提高材料的硬度，使其有足够
的硬度，但淬火后材料的脆性增加了，必须作回火处理，消除内部组织的应力，以提高抗疲劳循环次数，达到使用寿命要求。

冷绕弹簧应用较多、较广。

三、齿轮的热处理
齿轮作为机械传动的主要零件，以圆柱齿轮的应用最广。

由于轮齿表面作反复循环接触和挤压，要求具有足够的接触疲劳强度和抗弯疲劳强度，因此要求齿面硬度高，而齿根要求具有一定的韧性，具有较高的抗冲击能力，才能达到使用要求。

所以，必须进行热处理。

1.材料的选择
齿轮材料以中碳钢为多，如45、40Cr钢。

对于心部韧性要求较高的变速箱齿轮，选用低碳合金钢表面，渗碳后再淬火处理，以达到外硬内韧的效果。

2.热处理方法
热处理的方法应按淬火后的硬度要求来安排，如以布氏硬度要求的一般作调质处理，以洛氏硬度要求的应先淬火再低温回火处理。

根据硬度的不同要求和材质来决定淬火的温度和方式等。

淬火常选用高频加热的方式，其优点是受热均匀，时间短，不易发生氧化，仅淬硬表面而不会影响心部组织。

如果齿轮的模数较大，可选用单齿加热逐个淬火的方法。

四、轴类零件的热处理
轴类零件在传动中受到弯曲和扭转的组合作用，要求轴类材料具
有较好的抗弯曲和扭转能力。

一般选用中碳钢（45钢）或中碳合金钢（40Cr）作轴的材料，再作热处理。

1.一般轴类零件
一般轴类零件硬度要求不高，如果要求硬度在220~250HBW之间，一般只作调质处理即可；如果要求硬度在28~35HRC之间，可选用合金钢再正火或调质处理。

2．主轴零件
机床主轴一般采用中空结构，轴的长度较大，且对刚度要求较高，如CA6140机床主轴选用40Cr作材料。

对安装滑动齿轮和花键处作必要的局部高频淬火，达到较高的硬度，提高表面的耐磨性，而整个轴在加工前要先作调质处理。

五、小结
1.常用轴选用45钢，作调质处理。

2.重要的主轴选用45钢或合金钢，如40Cr等，要正火或调质处理，表面作高频淬火处理，以提高局部耐磨性。

六、布置作业。