钢的表面热处理教案

一、定义
将金属或合金工件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或
几种元素渗入它的表层，以改变其化学成分、组织和性能的热处理
工艺。
配合视频
二、种类 渗碳； 渗氮； 碳氮共渗等。
演示
三、化学热处理的基本过程：
分解：化学介质在高温下释放出待渗的活性原子，例如：2CO
→ CO2 +〔C〕；
吸收：活性原子被零件表面吸收和溶解；
钢的表面热处理教案
课程
机械制造基础
专业 模具设计与制造 学 时 2
一、教学课题： 4.4 钢的表面热处理
二、教学目的 掌握部分：1、表面热处理的目的、分类； 2、常用的表面热处理工艺（感应加热表面淬火、渗碳）。 了解部分：表面热处理的典型零件。
三、教学重点、难点： 重点：钢的化学热处理工艺(渗碳)。 难点：表面淬火与化学热处理的区别。
物 AlN、MoN、CrN 等）-过渡层-基体； 3、层深：一般小于 1.0mm； 4、硬度：69-73HRC； 5 、 工 艺 ： 加 热 温 度 500-600 ℃ ( 温 度 较 低 ) ， 保 温 时 间 ：
0.3-0.5mm/20-50h； 6、热处理特点：氮化前调质处理，氮化后不需要后续处理； 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、应用：要求精度高、冲击载荷小，抗热、抗腐蚀的耐磨件：
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。
4.4.2 钢的化学热处理
20%的碳酸盐（BaCO3 或 Na2CO3 等）。
渗碳是工 业中最常
用的表面
热处理工
艺。重点
讲授。
四、气
体渗碳
气
体渗
碳法是
把工件置于密封的井式气体渗碳炉中，通入渗碳剂，并加热到渗碳
温度 900-950℃（常用 930℃），使工件在高温的气氛中进行渗碳。渗
碳时间一般为 3～9 小时。
炉内的渗碳气氛主要由滴入炉内的煤应加热 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 50HZ
10-20mm 大型轴、齿轮
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，
配合视频 演示
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
四、教学方法： 以课堂讲授为主，演示法为辅。（实物样件、动画和视频演示）。
五、教学过程 教学准备 课件、视频及动画、多媒体教室、实物样件 组织教学 检查学生到课情况
备注 教师提前 10 分钟 到教室准 备
复习 复习上节课学习的钢的普通热处理部分内容。 课堂导入
抽点
导入方法：问题导入法、实例导入法。 一、问题导入：拿出一把锉刀和一块做过表面热处理的 45 号钢 （已锯开，露出心部），让学生动手锉一下，感觉表面与心部硬度的 不同。让学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。
扩散：活性原子由零件表面向内部扩形成一定的扩散层。
四、工艺特点：
1、即改变工件表面化学成分，又改变了工件表面组织与性能。
2、表面与心部的成分不同，组织不同。
4.4.2.1 渗碳
一、定义与目的
定义：
向钢的表面渗入碳原子的过程。 目的：
通过化学
获得具有表硬里韧性能的零件。 二、工艺参数 温度：900-950℃；层深：0.2-2.0mm；硬度：58-62HRC；
在这种情况下，单从材料选择入手或采用普通热处理方法（结 合上节课内容）， 都不能满足其要求。
低碳钢：可满足心部要求，表面要求不能满足。 高碳钢：可满足表面要求，心部要求不能满足。 解决这一问题的方法是表面热处理。
新课
4.4 钢的表面热处理 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。
有机液体在高温下分解而成，主要由 CO、CO2、H2 和 CH4 等组成。
气体渗碳法示意图：
演示
五、渗碳后的组织分析
配合动 画、视频
演示
4.4.2.2 渗氮 一、定义与目的 定义：向钢的表面渗入氮原子的过程。 目的：提高工件的表面硬度、耐磨性、疲劳强度、耐蚀性及红
硬性。 二、分类 有气体氮化、离子氮化等工艺方法，其中气体氮化应用最广泛。 三、工艺参数： 1、常用氮化介质：2NH3→3H2+2[N]； 2、氮化层组织：光亮层（高硬度、高弥散度的稳定的合金氮化
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。
热处理与 表面淬火
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%；
的不同之 处引入。
应用：汽车齿轮、活塞销等。
目的：表面硬、耐磨，心部韧性好；
三、固体渗碳：固体渗碳是一种应用最早的渗碳方法。质量、
劳动条件较差，生产率低，应用较少。渗碳介质常用块状木炭加 10～
以讲授法 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。 为主 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