金属工艺学电子教学教案——第四章钢的热处理03（高教版王英杰主编）(中职教育)

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1、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S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

2、。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

3、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

4、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。(二)火焰加热表面淬火♦火焰加热表面淬火是利用乙炊-•氧或其它可燃气燃烧的火焰对工件表层加热，随Z快速冷却的淬火工艺。火焰加热表面淬火的淬硬层深度一般为2mni〜6mni,若淬硬层过深，往往会引起工件表面产生过热，甚至产生变形与裂纹。火焰加热表面淬火操作简便，不需要特殊设备，成本低。但生产率低，工件表而容易过热，质量难以控制，因此

5、，使用受到一定限制。火焰加热表而淬火主要用于单件或小批量生产的各种齿轮、轴、轧辘等。二、钢的化学热处理♦钢的化学热处理是将工件置于适当的活性介质中加热、保温，使i种或几种元素渗入到它的表层，以改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺。其特点是表层不仅有组织的变化，而且有成分的变化。化学热处理方法很多，通常以渗入元素来命名，如渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗硼、渗硅、渗金属等。化学热处理由分解、吸收和扩散三个基木过程所组成。即渗入介质在高温下通过化学反应进行分解，形成渗入元索的活性原子；渗入元索的活性原子被钢的表面吸附，进入

6、晶格内形成同溶休或形成化合物；被吸附的渗入原子由钢的表层逐渐向内扩散，形成一定深度的扩散层。(一)渗碳♦为捉高工件表层碳的质量分数并在其中形成一定的碳含量梯度，将工件在渗碳介质中加热、保温，使碳原子渗入的化学热处理工艺称为渗碳。渗碳所用钢种一般是碳的质量分数为0.10%〜0.25%的低碳钢和低合金钢，如15、20、20r>20CrMnTi等钢。经渗碳后的工件，都要进行淬火和低温回火，使工件表面获得高的硬度(56〜64HRC)、耐磨性和疲劳强度，而心部仍保持一定的强度和良好的韧性。渗碳被广泛应用于要求表而硬而心部韧

7、的工件上，如齿轮、凸轮轴、活塞销等。根据渗碳吋介质的物理状态不同，渗碳可分为气体渗碳、固体渗碳和液体渗碳。气体渗碳应用最广泛。气体渗碳是工件在气体渗碳介质中进行的渗碳工艺。渗碳零件的工艺路线一般如下:毛坯锻造（或轧材卜•料）f止火f粗加工、半糟加工f渗碳f淬火f低温回火f精加工（磨削加工）。（―）渗氮（氮化）♦在一定温度下于一定介质中，使氮原了渗入工件表层的化学热处理工艺称为渗氮，乂称氮化。其目的是为了捉高工件表层的硬度、耐磨性、红硬性、耐腐蚀性和疲劳强度。渗氮处理广泛应用于各种高速传动的精密齿轮、高精度机床主轴

8、、交变循环载荷作用下要求疲劳强度高的零件（如高速柴油机曲轴）以及要求变形小和具有一定耐热、抗腐蚀能力的耐磨零件（如阀门）等。钢件渗氮后不需淬火就可达到68〜72HRC的硬度目前常用的渗氮方法主要有气体渗氮和离子渗氮两种o渗氮工件的加工工艺路线一般如下：毛坯锻造一退火一粗加工一调质一精加工一去应力退火一粗磨一镀锡（非渗氮而）一渗氮一精磨或研磨。（三）碳氮共渗♦在奥氏体状态下