課題名稱鋼的表面熱處理工藝課次16教學(xué)目的與要求知識目標(biāo)：1.了解鋼的表面熱處理目的及途徑；2.熟悉鋼的表面淬火方法及應(yīng)用；3.了解鋼的化學(xué)熱處理過程；4.掌握鋼的滲碳工藝及應(yīng)用；5.掌握鋼的滲氮工藝及應(yīng)用。能力目標(biāo)：1.能合理的選擇熱處理方法和制定工藝過程。重點、難點重點：鋼的表面淬火方法及應(yīng)用，滲碳工藝及應(yīng)用，滲氮工藝及應(yīng)用。難點：表面淬火方法及應(yīng)用，滲碳工藝及應(yīng)用，滲氮工藝及應(yīng)用。教學(xué)設(shè)計（方法、教具、手段、內(nèi)容）教學(xué)方法：多媒體、板書講解、簡圖分析教學(xué)用具：教材、教案、PPT、視頻教學(xué)內(nèi)容：課題引入一、鋼的表面熱處理及目的1）概念2）目的二、表面淬火表面淬火的方法三、感應(yīng)加熱表面淬火四、表面化學(xué)熱處理1）表面化學(xué)熱處理原理2）滲碳工藝3）滲氮工藝五、內(nèi)容小結(jié)課外作業(yè)簡述感應(yīng)淬火的目的、特點及其應(yīng)用范圍。進(jìn)行化學(xué)熱處理的主要目的是什么？試分析比較滲碳和氮化的特點。課后總結(jié)鋼的表面熱處理是工業(yè)上廣泛采用的一種方法，它能使材料具有外硬內(nèi)韌的特質(zhì)，滿足使用的要求。重點掌握鋼的表面熱處理工藝的目的、方法以及種類。授課教案鋼的表面熱處理工藝在生產(chǎn)中，有不少零件(如齒輪，凸輪等)是在彎曲、扭轉(zhuǎn)等循環(huán)載荷，沖擊載荷以及摩擦條件下工作的，它們要求具有表面硬、耐磨，而心部韌，能抗沖擊的特性，僅從選材方面去考慮是很難達(dá)到此要求的。如用高碳鋼，雖然硬度高，但心部韌性不足，若用低碳鋼，雖然心部韌性好，但表面硬度低，不耐磨，所以工業(yè)上廣泛采用表面熱處理來滿足上述要求一、鋼的表面熱處理及目的1.鋼的表面熱處理表面熱處理是指為改變工件表面的成分、組織和性能，僅對工件表層進(jìn)行的熱處理工藝。2.目的（表硬里韌）=1\*GB3①提高零件的表面性能，具有高硬度、高耐磨和高的疲勞強(qiáng)度；=2\*GB3②使零件心部具有高的韌性和塑性→防止脆性斷裂。3.途徑=1\*GB3①只改變表面組織（表面淬火）；=2\*GB3②同時改變表面化學(xué)成分和組織（表面化學(xué)熱處理）。二、表面淬火鋼的表面淬火是將工件表面快速加熱到淬火溫度，迅速冷卻，使工件表面得到一定深度的淬硬層，而心部仍保持未淬火狀態(tài)的組織的熱處理工藝。表面淬火一般適用于中碳鋼（0.4～0.5%C）和中碳低合金鋼（40Cr、40MnB等），也可用于高碳工具鋼，低合金工具鋼（如T8、9Mn2V、GCr15等）。以及球墨鑄鐵等。表面淬火的方法很多，目前廣泛應(yīng)用的有感應(yīng)加熱表面淬火、火焰加熱表面淬火等。感應(yīng)加熱表面淬火火焰加熱表面淬火三、感應(yīng)加熱表面淬火感應(yīng)淬火是指利用感應(yīng)電流通過工件所產(chǎn)生的熱量，使工件表層、局部或整體加熱并快速冷卻的淬火。1.感應(yīng)加熱的基本原理感應(yīng)加熱是利用電磁感應(yīng)原理，使工件表面產(chǎn)生密度很高的感應(yīng)電流，將工件表層迅速加熱。2.感應(yīng)加熱表面淬火的種類1)高頻感應(yīng)加熱表面淬火常用頻率為200～300KHz，淬硬層深度為0.5～2mm。主要用于要求淬硬層較薄的中、小模數(shù)齒輪和中、小尺寸軸類零件等。2)中頻感應(yīng)加熱表面淬火常用頻率為2500～8000Hz，淬硬層深度為2～10mm。主要用于大、中模數(shù)齒輪和較大直徑軸類零件。3)工頻感應(yīng)加熱表面淬火電流頻率為50Hz，淬硬層深度為10～20mm。主要用于大直徑零件（如軋輥、火車車輪等）的表面淬火和直徑較大鋼件的穿透加熱。3.方法同時加熱和連續(xù)加熱兩種。四、表面化學(xué)熱處理化學(xué)熱處理是將工件置于活性介質(zhì)中加熱和保溫，使介質(zhì)中活性原子滲入工件表層，以改變其表面層的化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)和性能的熱處理工藝。1.化學(xué)熱處理的基本過程任何化學(xué)熱處理方法的物理化學(xué)過程基本相同，都要經(jīng)過分解、吸收和擴(kuò)散三個過程。（1）介質(zhì)分解：分解出活性的原子（2）吸收：活性原子被工件表面吸收、先固溶于基體金屬，當(dāng)超過固溶度后，使可能形成化合物。（3）原子向內(nèi)擴(kuò)散：形成具有一定厚度的滲層。目前常用的化學(xué)熱處理有：滲碳、滲氮、碳氮共滲等。2.滲碳所謂滲碳是將工件放入滲碳?xì)夥罩?，并?00～950℃的溫度下加熱、保溫，以提高工件表層碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)并在其中形成一定的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)梯度的化學(xué)熱處理工藝。其目的是使工件表面具有高的硬度和耐磨性，而心部仍保持一定強(qiáng)度和較高的韌性。齒輪、活塞銷等零件常采用滲碳處理。1）滲碳的方法滲碳所用介質(zhì)稱為滲碳劑，根據(jù)滲碳劑的不同，滲碳的方法分為固體滲碳、氣體滲碳、真空滲碳和液體滲碳等。2）滲碳用鋼滲碳用鋼為低碳鋼和低碳合金鋼，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為0.1%～0.25%。如20、20Cr、20CrMnTi、20SiMnVB等。3）滲碳層深度一般規(guī)定，從滲碳工件表面向內(nèi)至碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為規(guī)定值處(一般Wc＝0.4%)的垂直距離為滲碳層深度。鋼滲碳后表面層的含碳量可達(dá)到0.8～1.1%C范圍，工件的滲碳層深度取決于工件尺寸和工作條件，一般為0.5～2.5mm。4）滲碳件的熱處理工件滲碳后必須進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚?，即淬火并低溫回火，才能達(dá)到性能要求。熱處理方法常用以下三種：=1\*GB3①直接淬火法先將滲碳件自滲碳溫度預(yù)冷至某一溫度（一般為850～880℃），立即淬入水或油中，然后再進(jìn)行低溫回火。=2\*GB3②一次淬火法工件滲碳后出爐緩冷，然后再重新加熱進(jìn)行淬火、低溫回火。=3\*GB3③二次淬火法第一次淬火是為了改善心部組織和消除表面網(wǎng)狀二次滲碳體，加熱溫度為Ac3以上30～50℃。第二次淬火是為細(xì)化工件表層組織，獲得細(xì)馬氏體和均勻分布的粒狀二次滲碳體，加熱溫度為Ac1以上30～50℃。二次淬火法工藝復(fù)雜，生產(chǎn)周期長，成本高，變形大，只適用于表面耐磨性和心部韌性要求高的零件或本質(zhì)粗晶粒鋼。5）滲碳后的組織分析3.滲氮滲氮是指在500～600℃溫度下，使活性氮原子滲入鋼件表面的化學(xué)熱處理工藝。其目的是使工件表面獲得高硬度、高耐磨性、高疲勞強(qiáng)度和高熱硬性和良好耐蝕性，因氮化溫度低，變形小，應(yīng)用廣泛。常用的氮化方法有：氣體滲氮和離子滲氮。應(yīng)用最廣泛的滲氮用鋼是38CrMoAl鋼，鋼中Cr、Mo、Al等元素在滲氮過程中形成高度彌散、硬度很高的穩(wěn)定氮化物(CrN、MoN、A1N)，使?jié)B氮后工件表面有很高的硬度（1000～1200HV，相當(dāng)于72HRC）和耐磨性，因此滲氮后不需再進(jìn)行淬火。且在600℃左右時，硬度