鋼材熱處理教案

1、課題：鋼材熱處理一、教學(xué)目的掌握部分： 1、熱處理的目的、分類(lèi)；2、常用熱處理工藝的方法和應(yīng)用。了解部分： 典型零件的常用熱處理工藝分析。二、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)：重點(diǎn)： 鋼的常用熱處理工藝 （四把火 ）。難點(diǎn)：退火、正火、淬火和回火的區(qū)別與應(yīng)用。一、鋼的熱處理的概念：1、鋼的熱處理是采用適當(dāng)?shù)姆绞綄?duì)鋼鐵材料或工件進(jìn)行加熱、 保溫和冷卻以獲得預(yù)期的組織結(jié)構(gòu)與性能的工藝。2、熱處理能顯著提高鋼的力學(xué)性能，滿足零件使用要求和延長(zhǎng) 壽命；還可改善鋼的加工性能，提高加工質(zhì)量和勞動(dòng)生產(chǎn)率。3、熱處理在機(jī)械制造中應(yīng)用很廣，汽車(chē)、拖拉機(jī)中有70%80%的零件進(jìn)行熱處理，各種刀具、量具、模具等幾乎100%要進(jìn)行熱處

2、理。1熱處理的應(yīng)用鋼是現(xiàn)代工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通、國(guó)防及生活中應(yīng)用最為廣泛的一種 金屬材料，具有許多良好的性能。 但隨著科學(xué)技術(shù)的不斷提高和發(fā)展， 對(duì)金屬材料的性能要求也不斷的提高， 其中熱處理工藝就是提高和改 善鋼性能的一種重要方法，如齒輪、曲軸、彈簧、錘子、刃具等它們 的各種機(jī)械性能都是通過(guò)熱處理的加工來(lái)達(dá)到要求的。2熱處理的基本過(guò)程定義：采用適當(dāng)?shù)姆绞綄?duì)鋼鐵材料進(jìn)行加熱、保溫和降溫，以獲 得所要求的組織結(jié)構(gòu)與性能的工藝。圖1熱處理工藝曲線示意圖制作工件的材料對(duì)熱處理工藝有非常大的影響。工件在進(jìn)行熱處 理操作之前首先要確定工件的具體材料。 因?yàn)椴煌牟牧希幕瘜W(xué) 成份不同，它的熱處理工藝也不同

3、，但總體來(lái)說(shuō)工藝都如上圖所示。1）工件加熱升溫的目的一般金屬材料在常溫下其內(nèi)部組織有許多種。 例如鋼在常溫下其內(nèi)部 有珠光體、鐵素體等組織。隨著溫度的升高，當(dāng)達(dá)到727C或超過(guò)727C 時(shí)，就發(fā)生了組織轉(zhuǎn)變。常溫的組織開(kāi)始轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷氐慕M織，也就是 向奧氏體轉(zhuǎn)變。此階段主要就是奧氏體的形成，包括：（1）奧氏體晶 核的形成；（2）奧氏體晶核長(zhǎng)大；（3）殘余奧氏體溶解；（4）奧氏體 成分均勻化。2）保溫的目的金屬材料隨著溫度的升高超過(guò)臨界溫度就會(huì)發(fā)生組織轉(zhuǎn)變。但是 轉(zhuǎn)變數(shù)量的多少同加熱溫度，加熱速度和工件幾何尺寸等因素有關(guān)。 工件加熱到確定溫度后，還要使工件表面溫度和工件心部溫度一樣， 也就是表面組

4、織轉(zhuǎn)變和心部組織轉(zhuǎn)變一樣。 因?yàn)楣ぜ负徒M織轉(zhuǎn)變 都需要一定時(shí)間的，所以工件到溫度后要進(jìn)行保溫。3）降溫的目的將高溫下獲得的內(nèi)部是奧氏體組織的工件以不同的冷卻速度冷卻到室溫，可以獲得不同的金屬組織。因?yàn)榻饘俨牧蟽?nèi)部組織不同，它的機(jī)械性能是不一樣的，所以可以根據(jù)不同技術(shù)要求而選擇不同的冷卻速度，獲得我們所要求的組織和性能。二、常用熱處理的工藝方法：主要有退火、正火、淬火和回火，簡(jiǎn)稱“四把火”。任何一種熱處理工藝都由加熱、保溫、冷卻三個(gè)階段組成。1、退火退火是將丁件加熱到適當(dāng)溫度(一般為5OO6O0o) C,保持一定 時(shí)間，然后隨爐緩慢冷卻的熱處理工藝。常用加熱設(shè)備有：箱式電阻 爐、鹽浴爐、氣體

5、保護(hù)爐、高頻爐、油爐、真空爐等設(shè)備。退火目的是消除鋼材內(nèi)應(yīng)力；細(xì)化晶粒；低鋼材硬度，提高鋼材 塑性；細(xì)化鋼材組織，均勻鋼材成分，為最終熱處理做好組織準(zhǔn)備。 根據(jù)鋼材化學(xué)成分和退火目的不同，退火通常分為：完全退火、 球化退火、去應(yīng)力退火、擴(kuò)散退火和再結(jié)晶退火等。t圖2退火工藝圖2、 正火正火是指工件加熱奧氏體化后在空氣中冷卻獲得以珠光體組織為 主的熱處理工藝。正火的目的：細(xì)化晶粒、降低硬度、提高塑性、消除內(nèi)應(yīng)力、改 善切削加工性能，并為最終熱處理作好組織準(zhǔn)備。圖3正火工藝適用工件范圍：一般為鑄件、鍛件及粗車(chē)得到的工件。在生產(chǎn)中 正火主耍應(yīng)用丁如下場(chǎng)合：(1) 改善切削性能。低碳鋼和低合金鋼退火后

6、鐵素體所占比例較 大，硬度偏低，切削加工時(shí)有“粘刀”現(xiàn)象，而且表面粗糙度值較大。通過(guò)正火能適當(dāng)提高硬度，改善切削加工性。(2) 消除網(wǎng)狀碳化物，為球化退火作組織準(zhǔn)備。對(duì)于過(guò)共析鋼， 正火加熱到Accm以上可使網(wǎng)狀碳化物充分溶解到奧氏體中，空氣冷卻時(shí)碳化物來(lái)不及析出，則消除了網(wǎng)狀碳化物組織，同時(shí)細(xì)化了珠光體 組織，有利于以后的球化處理。(3) 用于普通結(jié)構(gòu)零件或某些大型非合金鋼工件的最終熱處理， 以代替調(diào)質(zhì)處理，如鐵道車(chē)輛的車(chē)軸。(4) 用于淬火返修件，消除應(yīng)力，細(xì)化組織，防止重新淬火時(shí)產(chǎn) 生變形與開(kāi)裂。3、淬火淬火是指工件加熱奧氏體化后以適當(dāng)方式冷卻獲得馬氏體或(和)貝氏體組織的熱處理工藝。淬

7、火時(shí)的臨界冷卻速度是指鋼材荻得馬氏體的最低冷卻速度。 目的：為了使工件獲得馬氏體組織，從而使工件的強(qiáng)度、硬度、 耐磨性等力學(xué)性能提高。適用工件范圍：軸類(lèi)、齒輪、軸承、刀具、模具等。首先根據(jù)工件所用具體材料制定出操作工藝，然后根據(jù)工件的技 術(shù)要求選擇加熱和淬火設(shè)備。淬火工藝方法：整體加熱淬火、局部淬火、表面淬火、分級(jí)淬火 等常用的淬火冷卻介質(zhì)有油、水、鹽水、硝鹽浴和空氣等。淬火方法(1) 單液淬火。它是將已奧氏體化的鋼件在一種淬火介質(zhì)中冷卻 的方法。例如，低碳鋼和中碳鋼在水中淬火，合金鋼在油中淬火等。 單液淬火方法匸耍應(yīng)用于形狀簡(jiǎn)單的鋼件。(2) 雙液淬火。它是將工件加熱奧氏體化后先浸入冷卻能力

8、強(qiáng)的 介質(zhì)中，在組織即將發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)立即轉(zhuǎn)入冷卻能力弱的介質(zhì)中 冷卻的淬火方法，稱為雙液淬火。例如，先在水中冷卻后在油中冷卻 的雙液淬火。雙液淬火主要適用于中等復(fù)雜形狀的高碳鋼工件和較大 尺寸的合金鋼丁件。3、回火回火是指工件淬硬后，加熱到 Aci( 727C )以下的某一溫度，保 溫一定時(shí)間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝?；鼗鸬哪康氖窍蜏p小內(nèi)應(yīng)力， 穩(wěn)定組織，調(diào)整性能以獲得較 好的強(qiáng)度和韌性配合。目的：降低工件淬火后的脆性，消除在快速冷卻過(guò)程中產(chǎn)生的內(nèi) 應(yīng)力，使組織趨于穩(wěn)定，獲得要求的機(jī)械性能。適用工件范圍：淬火以后的工件一般情況下都需要進(jìn)行回火處理。 具體工藝方法：回火工藝根據(jù)回火溫

9、度的不同，常見(jiàn)的有3種：(1) 低溫回火：加熱溫度為150250C之間，在保證工件高硬度等技術(shù)要求 前提下，盡量降低材料內(nèi)部的脆性和內(nèi)應(yīng)力。 同學(xué)制作的錘子在經(jīng)過(guò) 淬火后就要進(jìn)行低溫回火處理。采用低溫回火的典型工件還有：鉆頭、 鋸條、齒輪、鋰刀、軸承等。(2) 中溫回火：加熱溫度為300450C之間，為使工件獲得較好的彈性和一 定的韌性和硬度。此工藝常用于熱鍛模和彈簧工件。 如有的彈簧件在 受力的情況下發(fā)生變形。有時(shí)出現(xiàn)斷裂或載荷卸去之后，形狀沒(méi)有回 到原來(lái)的狀態(tài)。這些現(xiàn)象說(shuō)明彈簧件的熱處理質(zhì)量沒(méi)有達(dá)到技術(shù)要求。(3) 高溫回火：加熱溫度為500650C。淬火+高溫回火在機(jī)械工業(yè)中又叫調(diào) 質(zhì)熱處理。通過(guò)調(diào)質(zhì)處理可使鋼獲得較好的綜合的力學(xué)性能。主要用于受力復(fù)雜工件，如軸類(lèi)、曲軸、齒輪類(lèi)等重要的機(jī)械零部件。調(diào)質(zhì)處理一般作為最終熱處理，但由于調(diào)質(zhì)處理后鋼的硬度不高， 便于切削加工，并能得到較好的表面質(zhì)量，故也作為表面淬火和化學(xué) 熱處理的預(yù)備熱處理。三、學(xué)生自主學(xué)習(xí)活動(dòng)1. 相互討論各類(lèi)正火與退火方法的區(qū)別。2. 相互討論各類(lèi)回火與淬火方法的應(yīng)用范圍。四、教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)1. 重點(diǎn)：淬火加熱溫度和方法、