机械基础《常见热处理》电子教案
《机械基础》电子教案(2) 2 、熟悉工程材料 1、认识材料的力学性能
产品是以材料为基础的。材料质量的优劣，直接影 响产品的内在质量和使用性能；材料成本的高低，也直 接影响产品的成本。合理选用材料，是保证产品质量、 提高经济效益的有效途径。
常用机械零件的材料有金属和非金属两大类。金属 材料主要有钢、铸铁、铝和铜等；非金属材料主要有工 程塑料、复合材料及新型材料等。
头施加试验力所产生永久压痕变形的度量单位。 维氏硬度标注时，硬度值写在符号HV之前，如
640HV。
维氏硬度试验的测试精度较高，测试的硬度范 围大，被测试样的厚度或表面深度几乎不受限制， 比如能测很薄的工件、渗氮层、金属镀层等。
但是，维氏硬度试验操作不够简便，试样表 面质量要求较高，故在生产现场很少使用。
布氏硬度：材料抵抗通过硬质合金球压头施 加试验力所产生永久压痕变形的度量单位，符号 为HBW。布氏硬度标注时，硬度值写在符号HBW之 前，如600HBW。
布氏硬度试验法主要用于测硬度较低且较厚 的材料和零件，如铸铁、有色金属和硬度不高的 钢。
（2）洛氏硬度 洛氏硬度是在洛氏硬度计上进行。 洛氏硬度：材料抵抗通过对应某一标尺的金 刚石圆锥体压头或硬质合金球形压头施加试验力 所产生永久压痕变形的度量单位，符号为HR。
疲劳抗力是指材料或零件抵抗循环应力作用 而不发生断裂的能力。
3、硬度
硬度是指金属材料抵抗硬物压入其表面的能 力，即抵抗局部塑性变形的能力。它是衡量金属 材料软硬程度的依据。
金属材料的硬度是通过硬度试验测定的。常 用的硬度试验方法有布氏硬度试验法，洛氏硬度 试验法，维氏硬度试验法。
（1）布氏硬度
布氏硬度是在布氏硬度计上进行。
任务一 认识材料的力学性能
任务目标： 理解强度、刚度、塑性、硬度、冲击韧性、 疲劳抗力和断裂韧性等力学性能。
电子教案-机械基础(第4版_刘跃南)电子教案-1.机械工程材料
1-1 概述
20世纪后期以来，由于电子信息、航空航天等尖端技术的迅速发展，对新材料的研究与开发起到了很大 的刺激与促进作用，以高温超导材料、精细陶瓷材料、纳米材料为代表的新材料与新材料技术不断涌现。但 存在一个较为普遍的问题，即新材料研制与制备加工工艺开发的非同步发展。高温超导材料、金属陶瓷梯度 功能材料等，作为先进材料的优越性与实用价值非常明显，但尚缺少高效、低成本的制备与加工技术。
表１－１ 金属材料强度与塑性的新、旧标准名词和符号对照
1-2 金属材料的主要性能
在拉伸试验过程中，通过自动记录或绘图装置得到的表示试样所受载荷F和伸长量Δl的关系曲线称为拉伸 曲线；经计算，可得到表示试样所受应力σ和应变ε的关系曲线，称为应力－应变曲线。图1-1所示分别为低 碳钢试样的拉伸曲线和应力－应变曲线。
1-1 概述
第一次工业革命时期（18世纪60年代——19世纪中期），人类开始进入蒸汽机时代，材料加工的特点是 以机器取代人力，以大规模工厂化生产取代个体工场手工生产。随着蒸汽机的广泛使用，以及随之出现的矿 山、冶金、轮船和机车等大型机械的发展，需要成形加工和切削加工的金属零件越来越多，所用的金属材料 由铜、铁，发展到以钢为主。材料加工包括锻造、冲压、钣金工、焊接、热处理等技术及其装备，以及切削 技术和机床、刀具、量具等得到了迅速发展。
1-2 金属材料的主要性能
3.静载荷拉伸试验 金属材料的强度、塑性可通过静拉伸试验来确定。 目前金属材料室温拉伸试验方法采用GB/T—2002，由于目前原有的金属材料力学性能 数据是采用旧标准进行测定和标注的，所以原有旧标准GB/T228—1987仍然沿用，本教材为叙述方便采用旧标 准。关于金属材料强度与塑性的新、旧标准名词和符号对照见表1-1。
第一章
汽车机械基础电子教案-单元一课题三
• （四）淬透性的实际应用：在机械设计制造过程 中合理选材和正确制定热处理工艺的重要依据
• （一）回火定义：回火是将淬火钢加热 到Ac1以下，保温一段时间，后冷却至 室温的热处理工艺。
• （二）目的：减少或消除淬火应力；防 止工件变形与开裂；改善组织。
• （三）淬火钢在回火时的组织转变 • （四）回火的分类及其应用 • （五）回火脆性
• 第一阶段 ： （80~200℃） 马氏体的 分解
• 第二阶段 ： （200~300℃）残余奥氏 体分解
• 第三阶段： （300~400℃）马氏体分解 完成和渗碳体的形成
• 第四阶段： （400℃以上）固溶体的 再结晶与渗碳体的形成
奥氏体化温度越高,保温时间越 长,奥氏体成分越加均匀;同时晶 粒也越大,晶界面积减少,使其稳 定性增大,C曲线右移
（1）共析钢的连续冷却转变图 （CCT曲线 图）
（2）马氏体转变
1) 马氏体转变的特点： 属于无扩散型转变 ，转变的速度快
2) 马氏体的组织和性能： 板条状马氏体 片状马氏体
• 2）贝氏体型转变 转变发生在550℃~Ms温度范围内 一般 分为上贝氏体和下贝氏体
• 3）马氏体转变 当奥氏体被迅速冷却到Ms温度以下时 发生马氏体转变
F
Fe3C
上贝氏体示意图
F
Fe3C
下贝氏体组织示意图
影响奥氏体等温转变的因素
一 碳的影响 二 合金元素的影响 三 加热温度和保温时间的影响
亚共析钢的C曲线随含碳量的增 加向右移
过共析钢的C曲线随含碳量的增 加向左移
共析钢的过冷奥氏体最稳定
最新机械基础——钢的热处理教学教案(高教版)
钢的热处理[课题名称]钢的热处理[教材版本]李世维主编．中等职业教育国家规划教材——机械基础（机械类）．第二版．北京：高等教育出版社，2006［教学目标与要求］一、知识目标了解钢的热处理含义、目的、种类，钢的退火、正火、淬火、回火、表面热处理、化学热处理的方法与用途。
二、能力目标较熟练地掌握钢的退火、正火、淬火的方法与应用，能正确选择回火方法。
三、素质目标较熟练地掌握钢的退火、正火、淬火、回火的方法及应用，具有初步运用能力；了解热处理、化学热处理方法与应用，会初步安排选用其加工工序。
四、教学要求较熟练地掌握钢的退火、正火、淬火、回火的方法及应用，具有初步运用能力；一般了解钢的表面热处理、化学热处理方法与应用。
[教学重点]钢的退火、正火、淬火、回火的目的、方法及应用。
[难点分析]淬透性、淬硬性概念及应用。
[分析学生]1．具有学习的知识水平。
2．具有学习的能力水平。
3．钢的退火与正火、淬火、回火是最常用的热处理方法。
退火与正火常用作毛坯和零件的预备热处理；淬火是钢强化的主要手段，与回火配合多用作零件的最终热处理，要引导学生认真学习，努力掌握。
表面热处理、化学热处理主要解决零件的表面强化问题，是钢的整体热处理（退火、正火、淬火、回火）的补充和完善，相互配合，全面达到零件多种多样的使用性能要求。
本次课工艺性强，多利用网络课程视频资料。
[教学设计思路]教学方法：讲练法、演示法、讨论法、归纳法。
[教学资源]机械基础网络课程．北京：高等教育出版社，2006[教学安排]2学时（90分钟）教学步骤：讲授与演示交叉进行，讲授中穿插练习与设问、穿插讨论，最后进行归纳。
[教学过程]一、复习旧课（15分钟）1．简述合金工具钢的分类与用途；灰铸铁、球墨铸铁的牌号与用途。
2．讲评作业批改情况3．提问题4-8；4-10。
二、导入新课钢的热处理是采用适当的方式对钢铁材料或工件进行加热、保温和冷却以获得预期的组织结构与性能的工艺。
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。
电子课件-《机械基础》-A02-8567 1-5
中温回火（主要用于弹性零件及热作模具） 高温回火 （调质处理主要用于各种重要的受力构件，如
连杆、螺栓、齿轮、曲轴等零件）
调质处理——生产中淬火及高温回火相结合的复合热处理 工艺。
第一章 材料及热处理
六、热处理工艺应用实例
例：车床主轴的热处理分析。
车床主轴
第一章 材料及热处理
主轴加工过程中热处理要达到的技术要求如下： 整体调质后硬度为220～250HBW； 锥孔和外锥体硬度为45～48HRC； 花键齿廓部分硬度为48～53HRC。 正火、调质属于预备热处理；锥孔及外锥体的 局部淬火、回火属于最终热处理。
第一章 材料及热处理
它们的作用如下：
因淬火后会降低钢的韧性，易引起开裂，因此淬 火后的钢必须配以适当的回火。
临界冷却速度是指淬火时向马氏体转变的最小 冷却速度，即冷却速度v临恰与C曲线“鼻尖”相切。
第一章 材料及热处理
常用的淬火方法： 单液淬火 双液淬火 分级淬火 等温淬火
淬透性好的钢，在淬火冷却时可采用比较缓和 的淬火介质，以减小工件淬火后的变形及开裂倾向。
1．正火
主要是为了消除毛坯的锻造应力，降低硬度，以 改善切削加工性，同时均匀组织，细化晶粒，为以后 的热处理作组织准备。
2．调质处理
主要是使主轴具有良好的综合力学性能，经淬 火及高温回火后，其硬度应达到220～250HBW。
3．淬火
锥孔、外锥体及花键部分的淬火是为了获得所 要求的表面硬度。
第一章 材料及热处理
淬火缺陷 一、氧化与脱碳 二、过热与过烧 三、变形与开裂 四、硬度不足
第一章 材料及热处理
§1—5 普通热处理及其应用
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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。